Midiendo señales

En esta entrada se repasara como medir la señal RF y las distintas unidades que se utilizan.

1.2.        Apply the basic concepts of RF mathematics and measurement

Para poder medir la señal Wireless disponemos de dos tipos de unidades de medias, absolutas y relativas. Con las absolutas tenemos en todo momento el conocimiento del valor total de la señal. Con las relativas el valor va relacionado a valor medido inicialmente. Ej. podemos tener dos personas y preguntar por cuanto mide y tener valores absoluto  1,7 y 1,80. O podemos tener medidas relativas y si decimos que el primero mide 1,70 y el segundo mide 10 cm más que el primero.

Medidas Absolutas:

·         Watt (W)

·         mW (mW)

1.2.1.    Decibelios relativos a 1mW (dBm)

Unidades Relativas:

·         Decibelios (dB)

·         Decibelios relativos a radiadores isotrópicos (dBi)

·         Decibelios relativos a antenas dipolo half-wave (dBd)

1.2.2.    Watt and milliwatt

Se trata de una medida de energía eléctrica.

W=Volts* Ampers

1 milliwat es igual a 1 watt entre 1000.

La regulación de potencia de los equipos 802.11 funcionan entre los valores de 1 mW y 100mW

1.2.3.    Decibel (dB)

En una unidad de medida que se utiliza como comparación es relativa a un cambio de potencia de una señal que se genera en un punto determinado y viaja hacia otro punto. Por ejemplo, cuando emitimos una señal vemos con qué nivel de potencia se realiza, cuando ésta llega al receptor esta potencia de atenúa. Para tener la relación de la potencia inicial respecto a la final se usan os decibelios.

Cuando no hay variación de señal en el punto inicial y en el punto final se puede decir que el valor en dB = 0

Cuando se dobla el valor de la señal inicial se añaden 3 dB. Ej. si al inicio tenemos un valor de 1 mW y en segundo punto tenemos un valor de 2mw se dice que la potencia ha aumentado 3dB

De la misma manera cuando la potencia se incrementa 10 veces también aumentan en 10 dB

Ej. si el valor inicial son 10mw y el segundo punto de referencia tenemos 100mw podemos decir que la señal ha aumentado 10 dB y tenemos un valor de 20 dBm (Los dBm se analizaran próximamente)

Siguiendo la misma lógica, cada vez que dividimos por dos, quitamos 3 dB. Si dividimos por 10, restamos 10 dB.

Hay una regla importante que debemos recordar. Cuando se dobla la diferencia, se pierden 6 dB. Con la misma lógica a la mitad de esa distancia se pierden 3dB. Esto es interesante ya que si ponemos dos AP que se vean entre sí a 70dBm de señal el punto medida entre los dos será 67dBm que es la señal mínima que ha de tener la VoIP

1.2.4.    dBm, dBd and dBi

·         dBm: hace referencia a potencia eléctrica. Toma como referencia 1 mW lo que equivale a 0 dBm. Si doblamos la potencia 2mw añadimos 3 dBm lo que equivale a 3dBm

·         dBi:  sirve para comparar coberturas entes distintas antenas. Toma como referencia el patrón de radiación de una antena isotrópica. Este tipo de antena irradia de la misma manera en todas las direcciones, pero no existe ya que físicamente es imposible construir una antena similar. Gracias a esta medida podemos comparar y ver que, si tenemos una antena de 4 dBi y una de 8dBi, podemos saber que la segunda tiene un poco más del doble de potencia que la primera.

·         dBd: toma como referencia el patrón de radiación de una antena dipolo.

§  0dBd = 2.14 dBi

1.2.5.    Noise floor

Es la suma de todas las señales de RF que no son deseadas. Estas pueden provenir desde distintas fuentes como el calor de la tierra, de espacio, sistemas de medida, …

1.2.6.    SNR and SINR

Signal to Noise Ratio (SNR). El SNR es igual al índice de potencia de la señal recibida (RSSI) menos el ruido de fondo (Noise Floor) Cuanto mayor sea la diferencia de la potencia de la señal respecto al ruido, más inteligible será la transmisión principal.

1.2.7.    RSSI

Received Signal Stregth Indicator (RSSI) muestra la cantidad total de señal recibida.

Se suele mostrar con un valor negativo ya que lo que se recibe una parte de la potencia inicial generada en el transmisor. Se suele medir en dBm. Este valor depende de cada fabricante. Dos antenas colocadas a la misma distancia con las mismas potencias pueden mostrar diferentes valores (o incluso del mismo fabricante).             

1.2.8.    Signal metric conversions

Para poder convertir de dBm a mW y viceversa sin calculadora se ha de recurrir a la regla de 10 y el 3.

Cada vez que añadimos 3 dB de ganancia quiere decir que doblamos la potencia de la señal

Cada vez que añadimos 10 dB de ganancia quiere decir que multiplicamos por 10 potencia de la señal

Cada vez que restamos 3 dB de ganancia quiere decir que dividimos por dos la potencia de la señal

Cada vez que quitamos 10 dB de ganancia quiere decir que dividimos por 10 la potencia de la señal.

Partiendo de esta regla podemos decir que, si partimos que 0 dBm es igual a 1mw, si ampliamos la potencia 3 dB tendremos 2mw de potencia.

A continuación, se detalla una tabla de combinaciones que se pueden usar para hacer cálculos por medio de la regla del 3 y el 10.

Perdida o Ganancia (dB)	Combinación de 10 y 3
-10	-10
-9	-3 - 3 - 3
-8	-10 -10 +3 +3 +3 +3
-7	-10 + 3
-6	-3 - 3
-5	-10 – 10 +3 +3 +3 +3 +3
-4	-10 + 3 + 3
-3	-3
-2	-3 -3 -3 -3 +10
-1	-10 + 3 + 3 + 3
1	3+3+3-10
2	3+3+3+3-10
3	3
4	10 - 3 - 3
5	10 + 10 -3 -3 -3 -3 -3
6	3 + 3
7	10 – 3
8	10 +10- 3 -3 - 3 -3
9	3 + 3 + 3
10	10

1.2.9.    System Operating Margin (SOM), fade margin and link budget calculations

Todos los dispositivos tienen una sensibilidad diferente a la hora de ser capaces de interpretar las señales que les llegan, en principio mientras más modernos son los dispositivos más capacidad de saber interpretar señales con un nivel más bajo.

Link budget se utiliza para garantizar que una señal que sale de un transmisor y sufre las correspondientes ganancias y perdida de señal, una vez llegue al receptor, éste sea capaz de interpretarla.

Dado que la señal en el trascurso de la transmisión puede sufrir ciertas fluctuaciones a nivel de señal es recomendable dejar margen a esta estos desniveles. Esto se ha de tener en cuenta sobre todo en instalaciones de exterior donde por ejemplo las condiciones atmosféricas pueden variar la amplitud de una misma señal.

Fade marging es como se denomina a este margen para fijar una potencia algo mejor a con la que los dispositivos podrían trabajar sin problemas para en situaciones en las que la señal llegue un poco más atenuado, estos valores todavía estarían dentro de los que el receptor es capaz de interpretar.

System operating margin (SOM): es el término que se aplica para definir la diferencia de señal que receiver el receptor y la señal necesaria para que el receptor pueda establecer una comunicación confiable.

1.2.10.    Intentional Radiator compared with Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP)

Se denomina IR a un dispositivo diseñado para emitir ondas electromagnéticas. La potencia a la que pueden emitir está regulada por los organismos pertinentes de cada país. El nivel de señal se mide normalmente en mili vatios (mW) o decibelios respecto a la potencia de 1 mW (dBm)