Enlaces Externos Wireless

Enlaces Externos

Requieren antenas externas y opcionalmente amplificadores.Debe existir línea de vista entre las antenasConfiguraciones:

Punto a PuntoPunto a Punto con repetidorPunto - Multipunto

Configuraciones de Planta ExternaEnlaces Punto a Punto

Requiere de antenas Direccionales en ambos puntos conectados a los Access Point

Configuraciones de Planta ExternaEnlaces punto a punto con repetidor

Cuando no hay línea de vista se puede usar una estación repetidora, que consiste de un Access Pointcon dos radios y sus respectivas antenasRequiere antenas direccionales en todos los puntos conectados a los access point.

Configuraciones de Planta ExternaEnlaces Punto a Multipunto

Requiere una antena omnidireccional en el edificio central y antenas direccionales en los edificios remotos.

Componentes de un Enlace ExternoAntena Externa

Cable de Antena

Protector de línea

Pigtail

Access Point

Antena Externa

Cable de Antena

Protector de línea

Pigtail

Access Point

Tipos de antenas Utilizadas

En la banda ISM de 2.4 GHz se usan las siguientes antenas:

Antenas OmnidireccionalesDipolo

Antenas DireccionalesYaguiGrilla SemiparabólicaPanel Direccional

Antena Omnidireccional

Se usa en enlaces Punto a Multipunto, en el edificio centralEnfoca la energía de RF en un patrón circularGanancia: entre 7 y 20 dBi

Antena Direccional (Yagi)

Usada en configuraciones Punto a Punto y Punto-MultipuntoGanancia: 9 – 14 dBiAncho de lóbulo: 60º

Antena Direccional (Parabolic Grid)

Usada en configuraciones Punto a Punto y Punto MultipuntoGanancia: 24 dBiAncho del lóbulo: 12º

Antena Panel Direccional

Usada en configuración Punto a Punto o Punto a MultipuntoGanancia: 14 - 20 dBiAncho de Lóbulo: 90 horizontal, 20 vertical

Arreglo de Antenas Direccionales

Antena Omnidireccional Móvil

Se usa en soluciones móviles de campus (vehículos)Debe ser usada en combinación de una antena estacionaria omnidirecional.Ganancia: 3 - 8.5 dBi

Diseño de Sistemas Microondas: Visión General

Un sistema de microondas requiere de la planificación cuidadosa y del análisis previo para la instalación del equipo. Una ruta pobremente diseñada puede producir períodos de paros del sistema, aumento en la latencia del sistema, disminución del rendimiento, o un fallo completo para comunicarse por el enlace.Los siguientes pasos se requieren para planear y analizar apropiadamente un enlace: 1. Preparar el análisis preliminar del enlace 2. Preparar el perfil preliminar de la ruta 3. Realizar el estudio del sitio 4. Realizar el estudio de campo de la ruta 5. Finalizar el análisis del enlace y perfil de la ruta basados en los

resultados del estudio del sitio y estudio de campo de la ruta.

1. Análisis Preliminar de la Ruta

Análisis del Enlace Un análisis del enlace determina si un enlace propuesto es factible calculando cuánta ganancia excesiva del sistema (ó Fade Margin) se exige para lograr un nivel específico de la disponibilidad del sistema.

Cálculo de la Viabilidad de la ruta Permite determinar si un enlace propuesto es factible.

Antes de que se pueda determinar si un enlace es factible, se debe calcular primero la Pérdida de Espacio Libre del enlace.

1.1 Pérdidas en Espacio Libre (Free Space Loss – FSL)

Es la atenuación esperada de una señal mientras viaja fuera del dispositivo transmisor. Una señal electromagnética radiada desde un punto central en espacio libre, sufre un ensanchamiento y por tanto la densidad de potencia disminuye a medida que la señal se aleja de la fuente.

1.1.1 Cálculo de FSLLa fórmula que permite calcular las pérdidas en espacio Libre en dB es:FSL(dB) = 36.5 + (20 log10(DKm) + (20 log10FMHz)Donde:

DKm = distancia en KilómetrosFMHz = Frecuencia en MHz

A mayor distancia, mayores pérdidas, A mayor frecuencia, mayores pérdidas.Ejemplo: para una señal de 2.4 GHz a una distancia de 1,5 Km

FSL(dB) = 36.5 + (20 log10(1,5) + (20 log10(2400))=107,5 dB

1.2 Nivel de Señal Recibida (ReceivedSignal Level – RSL)

RSL es la potencia esperada de una señal cuando alcanza el radio receptor. Su fórmula es:RSL = Po - Lctx + Gatx - Lcrx + Garx – FSLDonde:

Po es la salida de potencia del transmisor (en dBm)Lctx es la pérdida del cable entre el transmisor y su antena (en dB)Gatx es la ganancia de la antena del transmisor (in dBi)Lcrx es la pérdida del cable entre el receptor y su antena (en dB)Garx es la ganancia de la antena del receptor (in dBi)FSL es la pérdida en espacio libre (in dB)

1.2.1 Cálculo de RSL - Ejemplo

Dos transmisores/receptores que operan en la frecuencia de 2.4 Ghz con potencia de +12 dBm, son instalados en una configuración punto a punto sobre una distancia de un Km. Cada transmisor/receptor usa una antena con ganancia de 12 dBi y 6 metros de cable con pérdida de 1.5 dB.

RSL = Po - Lctx + Gatx - Lcrx + Garx – FSL

FSL = 36.5 + (20 log10(1) + (20 log102400)= 104.1 dB

RSL = 12 dBm – 1.5 dB + 12 dBi – 1.5 dB + 12 dBi –104.1 = -71.1 dB.

1.3 Sensitividad del Receptor

Umbral de Sensibilidad del ReceptorEl Umbral de Sensibilidad del Receptor (Rx) define la potencia mínima requerida de la señal para que un radio reciba una señal con éxito. Un radio no puede recibir o interpretar una señal que es más débil que el umbral de sensibilidad del receptor. La sensitividad se mide en dBm. (decibel milivatio)

1.4 Margen de Desvanecimiento (FadeMargin)

El Fade Margin es la cantidad de señal que se recibe por encima del nivel de sensitividad del receptor.

Se calcula como la diferencia entre el Nivel de Señal Recibida (RSL) y el Umbral de Sensibilidad del receptor (RX).

Fade Margin = RSL – SensitividadCada enlace debe tener Fade Margin suficiente para protegerse contra pérdidas en la ruta que debilitan las señales de radio. Entre mayor Fade Margin existe, mayor confiabilidad tendráel enlace.El Fade margin mínimo recomendado depende de la distancia y está dado por:

Fade Margin Mínimo = 5.25 + 11Log10 DKm

1.5 Fórmula de un enlace Factible

Para determinar si un enlace es factible, compare el Nivel de Señal Recibido calculado con el Umbral de Sensibilidad Recibido. El enlace es teóricamente factible si

RSL >= RX

Si el Nivel de Señal Recibido es mayor que o iguala al Umbral de Sensibilidad Recibido, entonces el enlace puede ser factible dado que la señal es lo suficientemente fuerte para ser interpretada con éxito por el destino.

Cálculo de un EnlaceDos estaciones IEEE 802.11b en el canal 1 (2412 MHz) están separadas 2 Km.Hay instalada una antena de 24 dBi en cada extremo.Los cables de las antenas tienen una pérdida de 2dB c/uno.Los protectores de línea tienen pérdida de inserción de 0,5 dBi.La potencia de transmisión es de 13 dBmSensitividad del receptor = -80 dBm.

FSL= 36.5 + 20Log10(2) + 20Log10 (2412) = 110.16 dB

RSL=13 dBm – 2dB – 0,5 dB + 24dBi - 2dB – 0,5 dB + 24dBi -110.16 dB

RSL= -54,16 dBm

Fade Margin Mínimo= 5.25 + 11Log10(2) = 8.56 dB

Fade Margin= -54,16 dBm – (-80) dBm = 25,84 dB > 8.56 dB

FSL(dB) = 36.5 + (20 log10(DKm) + (20 log10FMHz)

RSL = Po - Lctx + Gatx - Lcrx + Gatx – FSL

Fade Margin Mínimo = 5.25 + 11Log10 DKm

2. Perfil de la Ruta

Condiciones del clima y Desvanecimiento de la Ruta

El desvanecimiento de la ruta frecuentemente ocurre más en entornos planos y húmedos que en los sitios rocosas y secas. Por consiguiente, un enlace en un área plana y húmeda requiere un mayor margen de desvanecimiento para lograr el mismo nivel de disponibilidad del enlace que un enlace en un sitio rocoso y seco.

2. Perfil de Ruta

Es una representación gráfica de la ruta recorrida por las ondas de radio entre los dos extremos de un enlace. Determina la ubicación y altura de la antena en cada extremo del enlace, y asegura que el enlace está libre de obstrucciones y no sujeto a las pérdidas de propagación. Un Perfil de Ruta puede dibujarse a mano en papel cuadriculado usando mapas topográficos del área para determinar la elevación de cada punto final y del área intermedia.Además de la elevación del terreno, un Perfil de Ruta debe considerar los efectos de algunos fenómenos de radio, incluso las reflexiones de multipath y refracción, y debe proporcionar la Zona despejada de Fresnel adecuada.

2.1 Zona despejada de FresnelLos sistemas de 2.4 GHz deben tener Línea de Vista de RF entre las antenasLa línea de vista de RF no es lo misma Línea de Vista Óptica.Adicionalmente a la Línea de Vista Óptica, se requiere una zona limpia denominada Primera Zona de Fresnel.

Línea de vista ópticaPrimera zona de Fresnel

2.1.1 Zona de Fresnel

El tamaño de cada Zona de Fresnel varía basado en la frecuencia de la señal de radio y la longitud de la ruta:

Así como la frecuencia disminuye, el tamaño de la Zona de Fresnel aumenta. Así como la longitud de la ruta aumenta, el tamaño de la Zona de Fresnel también aumenta.

El radio de una Zona de Fresnel es más grande en el punto medio de la ruta. Por consiguiente, el punto medio requiere de mayor despeje que cualquier punto en la ruta

2.1.1 Zona de FresnelMínimo el 60% de la Zona de Fresnel debe estar libre de obstáculos.Los objetos, como los árboles, edificios, o colinas que invaden más del 40% de la primera Zona de Fresneldebilitarán una señal de microonda y pueden evitar la comunicación por el enlace de radio.

2.1.1 Zona de FresnelLa tabla siguiente ilustra la cantidad de despeje que se requiere para los puntos diferentes a lo largo de una ruta de 2-millas para radios que operan a 5.8 GHz.

La tabla siguiente ilustra la cantidad de despeje que se requiere para los puntos diferentes a lo largo de una ruta de 2 millas para radios que operan a 2.4 GHz.

2.1.2 Cálculo de la Zona de Fresnel

El Radio de la zona de Fresnel está dado por:

Donde:D1 = distancia a la antena 1 en KmD2 = distancia a la antena 2 en KmD = distancia entre antenas en KmF = Frecuencia en Ghz

DFDD

FGHz

KmKm

×

×= )(2)(13.171

2.1.2 Cálculo de Zona de Fresnel

1 Km. 2 Km.

15 m

.

20 m

.

21 m

.

18 m

.

19 m

.

h=?h=?

A B C

mA 1.4%608.624.25.15.03.17 =⇒=

××

=

500 m. 1,7 Km.

mB 7.4%609.724.2

113.17 =⇒=××

=

mC 4.3%606.524.27.13.03.17 =⇒=

××

=

Altura mínima de las antenas= 25.7 metros