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Arthur Santos Jr. Gerente de Datacom arthur@carmehil.com.br
Projeto de radioenlace para Wi-Fi www.carmehil.com.br
Agenda: • Redes Cabeadas x Redes wireless • Sistema de comunicação sem fio • Definição Radiofreqüência • Banda ISM • Padrões IEEE 802.11 • Anatomia da forma de onda • Matemática da forma de onda • Potência irradiada efetiva (eirp) • Dipolo de meio onda • Linha de visada
• Ganho de antena • Polarização de antenas • Largura de feixes • Diagrama de irradiação • Tipos de antenas: Antena Omnidirecional Antena Painel Antena grade • Conectores • Cálculo de enlaces
Estrutura de uma rede cabeada www.carmehil.com.br Internet
• Placa de Rede
• Hub/Switch • Cabos de rede • Print Server onboard
• Modem
• Roteador
Estrutura wireless LAN www.carmehil.com.br • Placa de Rede Wireless • Access Point • Print Server Wireless • Modem • Roteador
USB
Sistema de comunicação sem fio www.carmehil.com.br
Distância
Atmosfera Antena
Antena Linhas de transmissão
Transmissor/ Receptor
Transmissor/ Receptor
Radiofrequência - Definição www.carmehil.com.br
• RF são correntes alternadas de alta freqüência que passam através de condutores de cobre e, então, são radiadas pelo ar através de antenas. • As antenas transferem a energia do sinal do cabo para o espaço na forma de ondas e vice-versa. • As ondas de rádio se propagam em todas as direções.
Banda ISM - Industrial, Scientific and Medical www.carmehil.com.br
Banda dedicada disponĂvel para redes LAN
902 a 928 MHz 26 MHz
2,4 GHz a 2,4835 GHz 83,5 MHz (IEEE 802.11b/g/n)
5,15 - 5,35 GHz 5,470 - 5,725 GHz 5,725 - 5,850 GHz 480MHz (IEEE 802.11a/n)
Padrões Wireless LAN www.carmehil.com.br
Velocidade
802.11b
802.11g
802.11a
802.11n
Até 11 Mbps
Até 54 Mbps
Até 54 Mbps
Até 600 Mbps
5 GHz
2,4 GHZ e 5 GHz
Frequência
2,4 GHz
Tecnologia
DSSS
DSSS/OFDM
OFDM
MIMO/OFDM
Compatibilidade
802.11.g/n
802.11b/n
802.11a/n
802.11a/b/g
Anatomia da forma de onda www.carmehil.com.br
y λ = Comprimento de onda (metros)
0o 90o 180o 270o
360o
f=c/λ
X
f = freqüência = número de ciclos por segundo (Hertz)
Anatomia da forma de onda www.carmehil.com.br
λa
λb
λa > λb
f=c/λ
=>
fa < fb
Comprimento de onda www.carmehil.com.br
λ = 12,24 cm
λ = velocidade da luz no vácuo freqüência
λ = 300.000 Km/s = 12,24 cm 2.450.000.000 Hz 802.11a -> Melhor penetração em obstáculos com estruturas metálicas de espaçamento pequeno
λ = 300.000 Km/s = 5,19 cm 5.775.000.000 Hz
2,45 GHz
λ = 5,19 cm
5,75 GHz
Matemática da Radiofreqüência Potências a serem determinadas www.carmehil.com.br GA = Ganho antena A
GB = Ganho antena B Latm = Perdas na Atmosfera
Sensibilidade de recepção do rádio
SRXA
PeA Perdas nas Linhas de transmissão PTXA
Transmissor/ Receptor
Potência de transmissão do rádio
SRXA = PTXB – PeB + GB - Latm + GA - PeA SRXB = PTXA – PeA + GA - Latm + GB - PeB
PeB
Sensibilidade de recepção do rádio
PTXB
Transmissor/ Receptor
SRXB
Logarítmo www.carmehil.com.br
• Logarítmo: ac = b logab = c Exemplo: log 1000 = 3 porque 103 = 1000 Representa-se como log10 1000 = 3 log 100 = 2 porque 102 = 100 log 10 = 1 porque 101 = 10 log 1 = 0 porque 100 = 1 log 2 =
0,3 porque 100,3 = 2
Relação de potências – Decibel (dB) www.carmehil.com.br
PRef = 50 mW
X2
PSaída = 100 mW
Ex.: Antena
PSaída 100 mW =2 Relação ent/saída= RE/S = = PRef 50 mW dBm = 10 log RE/S = 10 log 2 = 3 dBm
Decibel www.carmehil.com.br
dBm = 10 log RE/S = 10 log 2 = 3 dBm -40 dBm
-30 dBm
-20 dBm
-10 dBm
0 dBm
+10 dBm
÷10000
÷1000
÷100
÷10
1
x10
-12 dBm
-9 dBm
-6 dBm
-3 dBm
0 dBm
+3 dBm
÷16
÷8
÷4
÷2
1
x2
+20 dBm
+30 dBm
+40 dBm
x1000
x10000
+6 dBm
+9 dBm
+12 dBm
x4
x8
x16
x100
Irradiador Isotrópico www.carmehil.com.br
• Transmissor teórico que irradia com igual intensidade em todas as direções.
• dBi: Representa o ganho de uma antena em relação a um irradiador “isotrópico” (i).
Potência isotrópica irradiada específica (eirp) www.carmehil.com.br
Rádio Psaída
Cabo
Cabo Antena Feixe de RF
Conector
Potência do transmissor (dBm) – perdas de conexão (dB) – perdas nos cabos (dB) + ganho da antena (dBi)
= eirp (dBm)
eirp (potência de saída)
Dipolo de meia onda www.carmehil.com.br
Cabo AP
Dipolo
Linha de visada (zona de Fresnel) www.carmehil.com.br
• Linha direta de visão entre transmissor e receptor; • Obstáculos prejudiciais: montanhas, árvores, raio de curvatura da terra, prédios, etc...
r0
Até 40% de bloqueio da Zona de Fresnel é um valor aceitável para a boa transmissão/recepção de sinal
Ganho da antena www.carmehil.com.br
É a capacidade de uma antena em concentrar, na direção de interesse, a potência que seria irradiada em outras direções, caso utilizasse uma antena isotrópica. 100%100% de luz passando de luz passando pelo círculo pelo círculo
Ganho ocorre tanto na transmissão quanto na recepção
10% de luz passando pelo círculo
10% de luz passando pelo círculo de mesma área
30% de luz passando pelo círculo
30% de luz passando pelo círculo
63% de63% luzde luz Somente passando pelo círculo de passa pelo mesma área círculo de mesma área
Polarização das antenas www.carmehil.com.br
Polarização: orientação das linhas de força do campo elétrico da onda. Campo Elétrico
Campo Elétrico
Perda de isolação por polarização cruzada www.carmehil.com.br
Nível de recepção (dBm)
Vertical - Vertical Isolação por polarização cruzada
Freqüência
Vertical - Horizontal
Largura de feixe (ângulo de meia potência) www.carmehil.com.br
Tipo de antena
Largura de feixe vertical (Elevação) (em graus)
Largura do feixe horizontal (Azimute) (em graus)
Omnidirecional
7 a 80
360
Patch/Painel
6 a 90
30 a 180
Parabólica
4 a 21
4 a 25
Setorial
7 a 26
60 a 180
Diagrama de irradiação www.carmehil.com.br Vista de corte vertical ou de elevação (Plano-H).
Vista superior Diagrama horizontal ou de Azimute (Plano-E).
Tipos de antenas www.carmehil.com.br
•Ominidirecionais: todas as direções; •Semi-Direcionais: focadas em um ângulo específico; •Direcionais: muito focadas em uma direção.
Antenas Omnidirecionais www.carmehil.com.br
½λ
Múltiplos dipolos em fase Malha externa
Isolante
Condutor interno Linha de transmissão do transmissor
Núm. de dipolos
Ganho médio (dBi)
1
2,15
2
5,15
4
8,15
8
11,15
16
14,15
Antenas omnidirecionais – Aplicação www.carmehil.com.br
Antena painel www.carmehil.com.br
Painel setorial - Aplicação www.carmehil.com.br
Vantagem: . Maior número de assinantes . Maior alcance Pilhagem: . 6 paineis de 60° = ominidirecional . 4 paineis de 90° = Ominidirecional
Antenas direcionais grade www.carmehil.com.br
Prato refletor
Ganho (dBm) ĂŠ proporcional a ĂĄrea
Cabo
Fonte do sinal
Vista lateral
Vista superior
Antenas grade - Aplicação www.carmehil.com.br
Antenas grade - Aplicação www.carmehil.com.br
Conectores www.carmehil.com.br
Exemplo de cรกlculo de link www.carmehil.com.br
10 Km Antena A = 17 dBi
Antena B = 17 dBi
Conector = 0,25 dB Cabo LMR 400 = 0,22 dB Protetor de surto = 0,05 dB PigTail = 0,50 dB Access Point 20 dBm
Access Point 20 dBm
Exemplo de cálculo de link www.carmehil.com.br Antena A = 17 dBi
10 Km
Antena B = 17 dBi
Conector = 0,25 dB Cabo LMR 400 = 0,22 dB Protetor de surto = 0,05 dB PigTail = 0,50 dB
Access Point 20 dBm 1)
Access Point 20 dBm
Atenuação sofrida pelo sinal no trajeto entre as antenas:
L = 20 log(d) + 20 log(f) + 92,44 + 10 L = 20 log(10) + 20 log(2,437) + 92,44 + 20 L = 130 dB
Exemplo de cálculo de link www.carmehil.com.br Antena A = 17 dBi
10 Km
Antena B = 17 dBi
Conector = 0,25 dB Cabo LMR 400 = 0,22 dB Protetor de surto = 0,05 dB PigTail = 0,50 dB
Access Point 20 dBm
Access Point 20 dBm
2) Sinal recebido no rádio A: SA = Pot. Rádio B – Perdas linha B + Ganho antena B – Perdas espaço livre + Ganho antena A – Perdas linha A SA = 20 – 1,02 + 17 – 130 + 17 – 1,02 SA = - 78 dBm
Exemplo de cálculo de link www.carmehil.com.br Antena A = 17 dBi
10 Km
Antena B = 17 dBi
Conector = 0,25 dB Cabo LMR 400 = 0,22 dB Protetor de surto = 0,05 dB PigTail = 0,50 dB
Access Point 20 dBm
Access Point 20 dBm
3) Sinal recebido no rádio B: SB = Pot. Rádio A – Perdas linha A + Ganho antena A – Perdas espaço livre + Ganho antena B – Perdas linha B
SB = 20 – 1,02 + 17 – 130 + 17 – 1,02 SB = - 78 dBm
Exemplo de cálculo de link www.carmehil.com.br
4) Verifique dos dados do fabricante se o valor de sinal que chega a cada rádio é suficiente para sensibilizar o rádio: Sensibilidade de recepção do rádio 11 Mbps
54 Mbps
-84 dBm
- 71 dBm
Como os rádios estão recebendo apenas -78 dBm, faltam 7 dBm para o sistema funcionar na máxima velocidade. Logo, resolvo o problema trocando as antenas de 17dBi por antenas de 25 dBi.
Obrigado www.carmehil.com.br
Arthur Santos Jr. arthur@carmehil.com.br