En esta entrada voy a definir toda una serie de conceptos básicos que se ha han de conocer para diseñar redes Wireless. La fuente de informacion proviene del libro del Sr Coeman CWMA 107 y para ayudarme a comprender los conceptos del video también estoy visializando los siguientes videos de Mark Long Wireless Networking Fundamentals. El contenido coincice con la primera parte de las 4 que forman el primer modulo del temario para la certificación:
En
esta entrada voy a definir toda una serie de conceptos básicos que se ha han de
conocer para diseñar redes Wireless. La fuente de información
proviene del libro del David D. Coleman CWMA 107 y para ayudarme a comprender los conceptos del
video también estoy visualizando los siguientes videos de Mark Long Wireless
Networking Fundamentals. El contenido coincide con la primera parte de
las 4 que forman el primer módulo del temario para la certificación:
1.
Radio Frequency (RF) Technologies – 15%
1.1 Define and explain the basic
characteristics of RF and RF behavior
Para empezar, hemos de tener en cuenta que para propagar las
ondas de radios principalmente necesitamos un transmisor. Éste genera corriente
alterna que es trasmitida a la antena que la convierte en ondas de radio. Estas
ondas son las que proporcionan la señal Wireless. A medida que está onda viajan
por el aire, se producen toda una serie fenómenos que se han de conocer para
prever problemas que puedan surgir si no se tienen en cuenta determinados
comportamientos de las ondas
1.1.1
Wavelength,
frequency, amplitude, phase, sine waves
Como se ha comentado las ondas de RF vienen producidas por
un transmisor que genera corriente alterna, ésta llega a la antena. Cuando
llega a la antena la corriente fluye de abajo a arriba dentro de ésta (o de
positivo a negativo). Una analogía es cuando cogemos una cerda y le damos una
sacudida, esto genera una onda en la cuerda se propaga a lo largo de ella.
Longitud de onda (wavelength): hace referencia a la
distancia que hay entre los dos puntos más altos de dos ondas consecutivas, es
decir es la distancia que recorren una onda en un ciclo de RF (360°)
Existe una relación directa entre la longitud de onda y la frecuencia.
Mientras más baja es la frecuencia, mas larga es la longitud de onda y al
revés, mientras más corta es la longitud más alta puede ser la frecuencia.
2.45 GHz = 12,24m
5.775GHz= 5,19
Frecuencia: la frecuencia hace referencia al numero
de eventos en un determinado intervalo de tiempo. La unidad de medida es el
Hertz (Hz). Un evento que se repite cada intervalo de tiempo igual a 1 segundo
es 1Hz.
2.4 GHz = 2.400.000.000 de ciclos por segundo
5 GHz = 5.000.000.000 de ciclos por segundo.
Amplitud: es equivalente a la potencia de la señal,
con que fuerza es captada. Se representa en positivo en el punto más alto de la
curva y en negativo en el punto más bajo. La función de las antenas juega un
papel muy importante en esté punto ya que su función es recibir la señal enviada
por el transmisor y amplificarla. La amplificación puede ser tanto a nivel de
transmisión como de recepción. Cuando se realizan estudios de cobertura, la amplitud
que se mide es la que se recibe.
Fase: la fase implica una comparación de relación
entre dos ondas que trabajan a la misma frecuencia. Tomando como referencia los puntos mas altos y
mas bajos de cada una de las ondas. Se mide tanto en distancia, tiempo y ángulo.
Si los puntos mas altos y la frecuencia de dos ondas coinciden exactamente se
denomina que ambas señales están en fase y combinan su amplitud. Por el contrario,
si hay un desfase de 180, es decir el punto más alto de una de las ondas
coincide con el punto más bajo de la segunda señal, a esto se le denomina estar
fuera de fase, cunado esto sucede las señales se cancelan. La separación de
fase es acumulativa, la fuerza de la señal se incrementará o disminuirá en
función del desfase que se produzca.
1.1.2
RF propagation and coverage
La propagación es la forma en que las ondas se desplazan. La
dirección puede varia en función de varios fenómenos como reflexiones,
refracciones, difracciones, … cada uno de estos eventos se describen a
continuación.
1.1.3
Reflection,
refraction, diffraction and scattering
Reflexión (Reflection): Es cuando la onda choca contra
una superficie lisa. Dependiendo del material contra el que choque la onda
puede salir rebotada en otra dirección. Los elementos típicos en el exterior
que pueden provocar reflexiones pueden ser edificios, superficies lisas,
carreteras, estaques de agua. En el interior los elementos mas típicos pueden
ser puertas, muros, hileras de armarios, cualquier elemento fabricado de metal
es muy susceptible a reflexiones, cristal, cemento.
·
Refracción (Refration): se produce cuando
la onda atraviesa un objeto con una densidad distinta y provoca una desviación
en la dirección. Es algo similar a que ocurre cuando metemos un lápiz en un
vaso de agua y parece que se dobla. Las condiciones que pueden provocar este
fenómeno son: vapor de agua, cambios de temperatura y cambios de presión
·
Difracción (Diffraction): se produce
cuando la señal se desdobla a encontrase con un objeto. Similar a una piedra en
media de un rio que hace que el agua la rodee.
·
Dispersión (scattering): se produce
normalmente cuando la onda choca con partículas de pequeños tamaños y esta
rebota en múltiples direcciones. La niebla, partículas de arena. Las alambradas
también producen este fenómeno, las hojas de los árboles, … Este comportamiento
puede provocar atenuación en la señal hasta incluso la perdida.
Todos los elementos anteriormente descritos pueden llevar
a provocar lo que se denomina multi-path
1.1.4
Multi-path
and RF interference
Se produce cuando la señal rebota en algún objeto y llega
al receptor por dos sitios diferentes. Las dos señales pueden llegar al mismo
tiempo o con algún nano segundo de diferencia. Las consecuencias de multipath
son las siguientes
·
Downfade: la señal de recibe con menos potencia.
·
Upfade se produce un incremento de la
fuerza de la señal
·
Nulling: la señal puede llegar fuera de
fase y se cancela
·
Data corruption: el receptor no es capaz
de descifrar las señales que le llegan
1.1.5 Gain and loss
Perdida (Loss or Atenuatio): hace referencia a la
perdida de amplitud de la señal o perdida de potencia. Esto puede producirse
por la distancia recorrida por la onda o por el paso a través de algún objeto.
1.1.6
Amplification
Amplificación (Gain or Amplification): hace
referencia al aumento de la potencia de la señal o el incremento de la
amplitud.
·
Ganancia Activa: se requiere de un
elemento amplificador o transceiver. Requieren alimentación externa
·
Ganancia Pasiva: consiste en el enfoque
de la señal mediante el uso de una antena. No requiere de alimentación externa.
1.1.7
Attenuation:
Atenuación (Attenuation): hace referencia a la
perdida de amplitud de la señal o perdida de potencia. Normalmente la
atenuación se realiza intencionadamente para controlar el tamaño de la celda de
cobertura.
1.1.8 Absorption (loss)
Absorción: se produce cuando la señal atraviesa
algún objeto. Si cuando esta señal se queda dentro del obstáculos y no pasa al
otro lado se dice que se ha producido un 100% de absorción.
1.1.9
Voltage Standing Wave
Ratio (VSWR)
Hace referencia al cambio de impedancia en el medio por
el que la corriente al alterna (AC) pasa. Recordamos que la corriente se genera
en el transmisor, pasa a través de un conector a la antena o quizás a un cable
que mediante otro conector se conecta a la antena.
Cuando no hay diferencia de impedancia la corriente fluye
de forma constante. Cuando la impedancia varía y aumenta esto provoca que la la
energía que se entrega a la entrega disminuya y parte de la energía toda de
vuelta atrás hacia él transmisor. A medida que el vswr es más alto quiere decir
que la potencia que se tiene que transmitir es menor.
1.1.10 Return Loss
Es la perdida de la amplitud con la que emita la antena debido
al VSWR debido a la potencia que retorna al transmisor por diferencias de
impedancias en él medio.
1.1.11
Free Space Path Loss (FSPL)
Free space path lost:
es la Perdida natural de potencia de la señal a medida que recorre
el medio sin que haya obstrucción en el camino también conocida como
desvanecimiento de la onda (bean divergence)
1.1.12 Delay Spread
Cuando se produce multi-path las ondas puede tardar
intervalos de tiempo en llegar desde el transmisor al receptor debido a que algunas
de las ondas rebotadas tengan que recorrer una distancia superior. El
diferencial de tiempo entre estas múltiples vías es lo que se denomina Delay
Spread
1.1.13
Modulation (ASK and PSK)
Cuando hablamos de transmisión de datos siempre hablamos de envíos
de 1 y 0 por un medio determinado. Para poder conseguir esto con las ondas de
radio, se hace uso de lo que se denomina modulación. Hay varias formas de
modulación:
ASK: Amplitude Shift Keying se juega con la potencia de envío
de la señal para determinar si se envía un 1 o un 0, si la amplitud tiene un
valor máximo puede simbolizar un 1 y un valar más bajo determina un 0
Phase Shift Keying: se juega con el cambio de fase de la
señal para representar los 1 y 0. Tenemos una señal que comienza en 0 grados y
al finalizar el ciclo completa los 360. Si al iniciar el siguiente ciclo sigue
su curso y no hay variaciones, representaría un 0, por el contrario hay un cambio
de fase y la señal a principio de ciclo cambia a 180º se habría producido el
cambio de fase y representaría un valor igual a 1
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