Workshop-Palestra radioenlace para wi-fi

www.carmehil.com.br

www.carmehil.com.br

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