Introducción a la Tecnología Inalámbrica

• Inalámbrico – describe la transmisión y recepción de señales que

son transportadas por ondas electromagnéticas.• Señales de Radio Frecuencia (Radio

Frequency RF) – Señales de corriente alterna (AC) de frecuencia altas

compuestas de energía electromagnética.– Las radio frecuencias cubren una parte significante

del espectro de radiación electromagnética – Desde los 9 kHz hasta los miles de gigahertz

Introducción a la Tecnología Inalámbrica: Ejemplo de Transmisión Inalámbrica

Gs

Pca

Pna

Pca

Gaa

Gab

Pp

Pcb

Pnb

Pcb

Señales eléctricas

Señales electromagnéticas

Introducción a la Tecnología Inalámbrica

• Espectro de radiación electromagnética – Es el rango completo de longitudes de onda

de la radiación electromagnética, comenzando por las ondas que tienen la mayor longitud de onda y extendiéndose a través de la luz visible hasta los rayos gamma cortos.

Introducción a la Tecnología Inalámbrica: Usos de la tecnología inalámbrica

• Inalámbrico fijo: son dispositivos provistos con facilidades de comunicación inalámbricas que se encuentran fijos en casas, oficinas entre otras.

• Inalámbrico Móvil: dispositivos con capacidades de comunicación inalámbricas que pueden portarse de un lugar a otro mientras mantienen una conexión vía el enlace inalámbricos tales como los teléfonos celulares, PDAs, laptops.

Introducción a la Tecnología Inalámbrica: Usos de la tecnología inalámbrica

• Dispositivos que operan con RF.

• Dispositivos Infrarrojo

Propiedades de las Señales RF

• Amplitud• Frecuencia• Fase

Amplitud

• Se puede medir el cambio en la energía causada por el paso de una onda RF.

• Este cambio es conocido como amplitud.

• Señales con mayores amplitudes tienen, con mayor probabilidad, mayor fuerza.

• La potencia de la señal la cual mide la fuerza de la misma es medida en Watts mientras que la amplitud es medida en voltios.

Amplitud

• Para tener una idea intuitiva de cómo las ondas RF se propagan imagine que deja caer una roca en un charco con aguas tranquilas y mira las ondas fluyendo desde el punto donde cayo la roca.

Frecuencia

• La frecuencia (f) es la tasa de cambio de la señal, generalmente, medida en Hertz (Hz) o ciclos por segundo.

• Note que una señal que no cambia no puede transportar ninguna información.

Período y Longitud de Onda

• El período (T) de una señal es definido como el tiempo de una repetición de una señal y es el inverso de la frecuencia, T = 1/f.

• La longitud de onda () se define como la distancia ocupada por un ciclo o la distancia entre dos puntos que tienen fase correspondiente en dos ciclos consecutivos.

• Asumiendo que la velocidad de la señal es v:• = vT• = v/f• Un caso particular es cuando v= c= 3*108 m/s (velocidad de la luz

en el espacio libre).• Por ejemplo, una señal 802.11 con una frecuencia de 2.4 GHz tiene

una longitud de onda de:• = 300000000 m/s / 2400000000 Hz = 0,125 m = 12,5 cm

Fase

• La fase () de una señal es la posición relativa de una señal en el tiempo.

• Es el método de expresar la relación entre las amplitudes de dos señales RF que tiene la misma frecuencia.

• La fase es medida en grados. • Si dos señales están alineadas alcanzando sus picos al

mismo tiempo, se dice que ellas tienen cero grados de fase.

• Si las señales están alineadas de forma tal que una alcanza su pico al mismo tiempo que la otra su menor valor de amplitud, se dice que ellas tienen 180 grados de fase.

Bandas de Frecuencia

• Rango Microonda:– L banda 1GHz - 2 GHz– S banda 2GHz - 4GHz– C banda 4GHz - 8GHz– X banda 8GHz - 12GHz– Ku banda 12GHz - 18GHz– K banda 18GHz - 27GHz– Ka banda 27GHz - 40GHz

• Bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) (ver ITU-T S5.138 S5.150) – bandas no licenciadas: – “900MHz” ISM banda 902MHz - 928MHz (Americas only)– “2.4GHz” ISM banda 2400MHz - 2483.5MHz– ”5GHz” ISM banda 5725MHz - 5875MHz

Ancho de banda

• Ancho de banda– Usualmente usado para expresar la cantidad de

información transportada en cierto tiempo.– Una definición más especifica:– Ancho del rango de frecuencias que una señal

eléctrica ocupa.– Se expresa como la diferencia entre el componente de

la señal de más alta frecuencia y el de menor frecuencia.

– Por ejemplo:• Transmisión de voz tiene aprox. 3kHz.• Radio FM tiene 200 kHz.• TV tiene 6 MHz.

Unidades de Medida: Watts

• El Watt (vatio) es la unidad básica de la potencia y se define como un amperio (A) de la corriente en un voltio (V).

• Se puede observar que se requiere relativamente poca potencia para formar un enlace RF de gran distancia.

• Por ejemplo, CONATEL permite solamente 1 W de potencia radiada en dispositivos para redes inalámbricas de uso libre en la frecuencia 2400 – 2483,5 MHz y 5725 – 5825 MHz.

• Es también común el uso de los mili vatios (mili Watts). • Un mili vatio es 1/1000 W y es abreviado como mW. • Por ejemplo, la mayoría de dispositivos 802.11 usan

niveles de potencia entre 1 y 1000 mW. Clientes PCMCIA comúnmente usan niveles de potencia de 15 a 30 mW

Unidades de Medida: Decibelios

• El decibelio es diseñado para expresar diferencias entre dos medidas.

• Por ejemplo, un decibelio es una manera de decir “esta señal es tal y tal fracción de esta otra”.

• El decibelio (dB) es una expresión logarítmica que mide el radio entre la potencia, voltaje o corriente de dos señales.

• La diferencia entre una medida como el decibelio y el mW son:– Un decibelio siempre mide la fuerza relativa entre dos señales,

mientras que un MW mide la potencia absoluta.– El mW es una medida lineal, mientras que el decibelio es una

medida logarítmica.

Antenas

• Dispositivo usado para transformar una señal RF, viajando sobre un conductor, en una onda electromagnética en el espacio libre.

• Reciprocidad: se refiere al hecho que una antena conserva sus mismas características sin importar que este trasmitiendo o recibiendo.

Antenas

• Ancho de banda: – Rango de frecuencias sobre el cual la antena

puede operar.• Directividad (Directivity):

– Habilidad de una antena de enfocar la energía en una dirección en particular cuando transmite o de recibir energía mejor de una dirección particular cuando esta recibiendo.

Antenas

• Patrón de radiación: – Distribución relativa de la

potencia radiada en el espacio.

– Una gráfica de la intensidad de campo emitido en función del ángulo a partir de la dirección de máxima emisión.

Antenas: Polarización

• Una onda de radio esta compuesta por dos planos, uno eléctrico y uno magnético

• Estos son perpendiculares entre ellos.

• La suma de los campos se llama campo electromagnético.

• El plano que es paralelo al elemento de la antena ( el metal de la antena que emite la radiación) se denomina E-plane y el perpendicular a dicho elemento es el H-plane.

Antenas: Polarización

• Polarización: dirección del campo eléctrico emitido por una antena.

• Puede ser:– Vertical – Horizontal – Elíptica– Circular

Antenas: Polarización

• Para lograr una potencia máxima de transferencia es ideal que la polarización de las antenas en ambos extremos de la comunicación sea la misma.

• Cuando las antenas no tienen la misma polarización, habrá una reducción en la potencia de transferencia entre las dos antenas.

• Esto conllevará a una reducción en el rendimiento y eficiencia del sistema completo.

Tipos de Antenas

• Antena isotrópica (ideal)– Radia potencia en todas las direcciones por igual.– Produce un campo electromagnético útil en todas

las direcciones con igual intensidad y 100% de eficiencia.

– El sol es un ejemplo de un objeto que se acerca mucho a los que es un radiador isotrópico.

– La energía medida a cualquier distancia del mismo es la misma sin importar donde uno la mida.

Antena Half-Wave Dipole

• La antena más corta que puede ser usada para radiar señales en el espacio libre.

• Está formada por un conductor eléctrico recto.• Este mide ½ la longitud de onda.• Es una de las antenas más simples.

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Tipos de Antena

• Según la frecuencia y el tamaño:– Los tipos de antena varían

de acuerdo a las bandas de frecuencias donde se vayan a utilizar.

– El tamaño de la antena varía también de acuerdo a la longitud de onda en las diferentes frecuencias.

Tipos de Antena:Antena de Patch o Plana

Tipos de Antena:Antena Parabólica

• El reflector Parabólico enfoca la señal Puede ser sólido o grillado– 25 cm -15dBi – 1 m X 50 cm -24 dBi – 1 m sol -27 dBi – 2m sol -31 dBi – 3m sol -37 dBi

Tipos de Antena: Reciclaje de un Reflector Parabólico

• Transceptor colocado en el foco de la parábola.

• Puede alcanzar unos 10 km.

• Es fácil de construir y de bajo costo.

• Se puede utilizar en el interior.

Tipos de Antena: Antena Parabólica con Reflectores Grillados

Tipos de Antena: Antena Guía-Onda o “Cantenna”

• Tubo metálico tapado en un extremo dotado de un elemento activo de ¼ λ (= 12 cm a 2,4 GHz).

• El diámetro debe ser tal que se pueda propagar el modo fundamental pero se atenúen los modos superiores.

• En 2,4 GHz esto significa que el diámetro debe ser mayor que 73 mm y preferiblemente menor que 95 mm.

• La longitud no es crítica, idealmente > 2 λ.

Modos de Propagación

• La manera en que viaja una onda depende de la frecuencia de la misma.

• Hay tres forma básicas:– Ondas de Tierra– Ondas del Cielo– Línea de Vista

Modos de Propagación: Ondas de Tierra

• Las señales siguen el contorno de la tierra.

• Pueden propagarse a grandes distancias.

• Se encuentra en ondas de hasta aprox 2 MHz.

• Eg AM radio.

Modos de Propagación: Ondas de Cielo

• Las señales son reflejadas desde la capa superior de la ionosfera de regreso a la tierra.

• La reflexión es causada por la refracción.

• Ondas con estas características están ubicadas en approx. 3 a 30 MHz.

• Eg radio amateur.

Cableado RF para Antenas

• Los cables introducen pérdida en la señal RF.• Adquirir cables de longitudes pre-cortadas y conectores

preinstalados de fábrica. • Adquirir cables de la misma impedancia que los demás

componentes de la red (generalmente 50 ohms). – Adquirir cables certificados para la frecuencia en que trabaja la red.

• Tomar en cuenta que los conectores rebajan la señal aproximadamente 0.25 dB y lo cables la rebajan significativamente dependiendo de la marca y la distancia.

Conectores RF para Antenas

• La impedancia del conector debe corresponder a la del resto de los componentes de la red (cables, antenas, etc.).

• Se debe conocer la cantidad de pérdida que introduce el conector en el camino de la señal RF.

• Es importante conocer el límite superior de la frecuencia especificado para cada conector en particular.

• Es recomendable considerar en primer lugar conectores de calidad y fabricantes reconocidos.

• Es importante determinar y conocer el tipo de conector que se necesita, y su categoría de “hembra” o “macho”.

Antenas: Conectores

• Conector N: – Tipo rosca.– Habitual en antenas de 2,4 GHz.

• Conector BNC:– Tipo bayoneta.– Bueno para bajas frecuencias.

• Conector TNC:– Similar al anterior pero roscado.– Utilizado en telefonía celular.– Utilizado en muy altas frecuencias.

Antenas: Conectores

• Conector SMA:– Roscado.– Pequeño.– Uso interior.– Baja pérdida.

• Conector MC Card:– Son conectores miniatura usados en microndas– Usado, especialmente en– las tarjetas PC Cards (PCMCIA) de– fabricantes copmo: Apple, Avaya,– Buffalo, Compaq, Dell, Enterasys, IBM yOrinoco. – No tiene rosca– Esta dotado de un pin central.

Antenas: Conectores

• Conector MMCX:– Conector microminiatura.– Usado por fabricantes como: Cisco, Microtik,

Samsung y Zcom. – No tiene rosca y esta dotado de un pin central.

• Ver http://www.hyperlinktech.com/web/connectors.php para una buena referencia de tipos de conectores y su utilización.

Antenas: Cables - PigTail

• Usado para conectar la antena (con un conector N) al equipo inalámbrico (con conector distinto).

Instalación de la Antena

• Ubicación• Montaje• Uso Apropiado• Orientación• Alineación• Seguridad• Mantenimiento