REDES INALAMBRICAS
TEMA IV
Señales de RF
EN EL MUNDO REAL
Documento Base
CCNA Wireless 200-355 Official Cert Guide
Señales de RF en el mundo real
Las señales de radiofrecuencia (RF) viajan a través del aire como ondas electromagnéticas. En una configuración ideal, una señal llegaría al receptor exactamente como lo envió el transmisor. En el mundo real, este no es siempre el caso. Muchas cosas afectan las señales de RF cuando viajan de un transmisor a un receptor. Este capítulo explora muchas de las condiciones que pueden afectar la propagación de la señal inalámbrica.
Interferencia
La idea detrás de la modulación WLAN es empaquetar la mayor cantidad de datos posible en la señal inalámbrica y minimizar la cantidad de datos que podrían perderse debido a interferencia o ruido. Cuando los datos se pierden, se deben retransmitir, utilizando más recursos inalámbricos. Por lo tanto, siempre es mejor si un transmisor está configurado para usar un canal que está abierto y está libre de cualquier otro transmisor.
Interferencia co-canal
Cuando la señal de un transmisor se superpone a otra en una frecuencia o canal, las señales interfieren entre sí. La interferencia puede describirse por la forma en que las señales se superponen. Por ejemplo, la interferencia co-canal ocurre cuando dos o más transmisores usan el mismo canal. En la Figura 3-1, los Transmisores A y B están transmitiendo una señal de RF en el canal 6 en la banda de 2.4 GHz.
transmitiendo en un momento dado, alguien puede usar el canal. Cuando ambos transmisores están ocupados enviando datos, el canal puede estar muy congestionado.
Las dos señales comienzan a interferir y causar daños en los datos, lo que hace que los dispositivos retransmitan los datos perdidos, que utilizan más tiempo aire, y así sucesivamente. En el mundo real, la interferencia co-canal es a menudo un mal necesario. La banda de 2.4 GHz ofrece solo tres canales no superpuestos. Si tiene muchos transmisores en un edificio o área, es probable que algunos de ellos transmitan en el mismo canal que otros. La mejor solución es utilizar una planificación cuidadosa cuando selecciona el canal para cada transmisor. Por ejemplo, dos transmisores cercanos nunca deben colocarse en el mismo canal porque es más probable que sus señales fuertes interfieran.
En cambio, un transmisor solo debe compartir un canal con otros transmisores distantes cuyas señales recibidas son mucho más débiles. Una práctica recomendada es colocar un transmisor en un canal solo si su señal será más fuerte que cualquier otra señal recibida por algún margen. Un margen común es de al menos 19 dB, como se muestra en la Figura 3-2.
Interferencia de canal vecino
Suponga que dos transmisores se colocan en dos canales diferentes. Sin embargo, los canales están demasiado juntos para que se superpongan entre sí. Quizás alguien decidió usar canales vecinos, en lugar de reutilizar el mismo canal, para evitar la interferencia co-canal. Lo más probable es que dos personas diferentes tengan transmisores ubicados en la misma área general y decidieron usar números de canal ligeramente diferentes, sin darse cuenta de que los canales vecinos en la banda de 2,4 GHz se superponen. El resultado final es la interferencia en ambos canales porque una parte de una señal se superpone a una parte de otra señal. En la Figura 3-3, el transmisor A usa el canal 6, mientras que el transmisor B usa el canal 7. Las dos señales no se superponen por completo, pero la interferencia entre ellas es suficiente para ser perjudicial para ambas.
Para remediar la situación, todos los transmisores en un área deben configurarse para usar los tres canales de 2,4 GHz no superpuestos: 1, 6 y 11. En la banda de 5 GHz, la interferencia del canal adyacente no es un problema porque los canales sí lo hacen. no se superponen significativamente; los canales tienen 20 MHz de ancho, mientras que las señales de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) tienen un ancho de banda de 20 MHz. Como práctica recomendada, debe evitar colocar puntos de acceso vecinos en los canales vecinos de 5 GHz, solo para evitar la posibilidad de aumentar el ruido de fondo.
Interferencia no 802.11
Recuerde que la banda de 2.4 GHz es una banda ISM. Esto significa que sus dispositivos LAN inalámbricos 802.11 pueden compartir el mismo espacio de frecuencia que los dispositivos que no son 802.11. Es posible que no parezca una mala situación porque los dispositivos simplemente se pueden configurar para usar canales diferentes que no se superpongan.
canales en cualquier momento dado. Peor aún, algunos dispositivos no se adhieren a ningún esquema de canales. La Figura 3-4 muestra los transmisores A, B y C utilizando los canales 1, 6 y 11, que es un mundo perfecto, hasta que alguien decida calentar su almuerzo. Un horno de microondas cercano también usa energía de RF en la banda ISM de 2.4 GHz para irradiar los alimentos. Debido a que está mal blindado, la energía de RF escapa e interfiere con la mayoría de los canales 802.11b / g cercanos. La transmisión del microondas también es constante, lo que hace que los canales de LAN inalámbrica sean en su mayoría inútiles.
Para mitigar la interferencia de dispositivos que no son 802.11, debe eliminar la fuente. Los hornos de microondas con fugas deben reemplazarse con mejores modelos que tengan un blindaje de RF adecuado. Los dispositivos como los teléfonos inalámbricos FHSS de 2.4 GHz o las cámaras de video inalámbricas deben reemplazarse por modelos que funcionen en una banda que no sea 802.11.
Pérdida de ruta espacial libre
pequeño, de modo que la energía de RF transmitida viaja en todas las direcciones. La onda que se produce tomaría la forma de una esfera; A medida que la ola viaja hacia afuera, la esfera aumenta de tamaño. Por lo tanto, la misma cantidad de energía que sale del pequeño punto pronto se extiende sobre una esfera en constante expansión en el espacio libre. La concentración de esa energía se debilita a medida que aumenta la distancia desde la antena.
Incluso si pudiera idear una antena que pudiera enfocar la energía transmitida en un haz estrecho, la energía seguiría viajando como una onda y se extendería a lo largo de una distancia. Independientemente de la antena utilizada, la cantidad de pérdida de intensidad de la señal es constante. La pérdida de trayectoria de espacio libre (FSPL) en dB se puede calcular de acuerdo con la siguiente ecuación: FSPL (dB) = 20log10 (d) + 20log10 (f) + 32.44 donde d es la distancia desde el transmisor en kilómetros yf es la frecuencia en megahercios. Se presenta aquí para mostrar dos hechos interesantes:
■ La pérdida de la trayectoria del espacio libre es una función exponencial; la intensidad de la señal cae rápidamente cerca del transmisor, pero más lentamente más lejos.
Mitigar los efectos de la pérdida de la ruta del espacio
libre
Una solución simple para superar la pérdida de espacio libre es aumentar la potencia de salida del transmisor. Aumentar la ganancia de la antena también puede aumentar la PIRE. Tener una mayor intensidad de señal antes de que ocurra la pérdida del camino del espacio libre se traduce en un mayor valor de RSSI en un receptor distante después de la pérdida. Este enfoque podría funcionar bien para un transmisor aislado, pero puede causar problemas de interferencia cuando varios transmisores están ubicados en un área.
Una solución más robusta es hacer frente a los efectos de la pérdida de espacio libre. Los dispositivos inalámbricos suelen ser móviles y pueden acercarse o alejarse de un transmisor a voluntad. A medida que un receptor se acerca a un transmisor, el RSSI aumenta. Esto, a su vez, se traduce en un aumento de la SNR..
Los dispositivos 802.11 tienen una forma inteligente de ajustar sus esquemas de modulación y codificación en función de las condiciones actuales de RSSI y SNR. Si las condiciones son favorables para una buena calidad de señal y velocidades de datos más altas, se utiliza un complejo esquema de modulación y codificación. A medida que las condiciones se deterioran, se pueden seleccionar esquemas menos complejos, lo que resulta en un rango mayor pero tasas de datos más bajas. La selección del esquema se conoce comúnmente como desplazamiento de velocidad dinámica (DRS). Como su nombre lo indica, se puede realizar dinámicamente sin intervención manual.
Suponga que un usuario móvil comienza cerca del transmisor, dentro del círculo más interno, donde la señal recibida es fuerte y la SNR es alta. Lo más probable es que las transmisiones inalámbricas utilicen el esquema de codificación y modulación OFDM 64-QAM 3/4 para lograr una velocidad de datos de 54 Mbps. A medida que el usuario se aleja del transmisor, el RSSI y el SNR disminuyen en cierta medida. Las nuevas condiciones de RF probablemente desencadenarán un cambio a un esquema de codificación y modulación diferente, lo que dará como resultado una velocidad de datos más baja.
En pocas palabras, cada movimiento en un círculo concéntrico más grande provoca un cambio dinámico a una velocidad de datos reducida, en un esfuerzo por mantener la integridad de los datos en los límites exteriores del rango del transmisor.
Efectos de los objetos físicos.
A medida que una señal de RF se propaga a través del espacio libre, puede encontrar objetos físicos en su camino. Los objetos y materiales pueden afectar una señal de RF de varias maneras, principalmente de manera degradante o destructiva. Las siguientes secciones cubren los escenarios más comunes.
Reflexión
Si una señal de RF que viaja como una onda se encuentra con un material reflectante denso, la señal puede reflejarse. Piense en la luz emitida por una bombilla; Si bien la mayor parte de la luz se desplaza en todas las direcciones lejos de la bombilla, algunas podrían reflejarse en objetos de una habitación. La luz reflejada puede viajar hacia la bombilla o hacia otra área de la habitación, haciendo que esa área sea aún más brillante.
La figura 3-8 muestra una señal de RF reflejada. Los objetos interiores como muebles de metal, archivadores y puertas de metal pueden causar reflejos. Una señal inalámbrica al aire libre puede ser reflejada por objetos como un cuerpo de agua, vidrio reflectante en un edificio o la superficie de la tierra.
computadora portátil. Las dos reflexiones toman un camino diferente y llegan a momentos diferentes.
Cuando se producen transmisiones por trayectos múltiples, puede haber dos resultados:
■ Si el receptor tiene una sola cadena de radio, todas las señales entrantes (originales y reflejadas) se combinan en una señal compuesta pobre y propensa a errores.
■ Si el receptor tiene múltiples cadenas de radio y admite múltiples entradas, múltiples salidas (MIMO), cada señal de llegada se recibirá en cada una de las diferentes antenas y radios. El procesamiento adicional puede mejorar la calidad de la señal para extraer las múltiples secuencias de datos, lo que hace que algo salga bien de una mala situación.
Absorción
Un ejemplo común de absorción es cuando una señal inalámbrica pasa a través de una pared en un edificio. Diferentes materiales de pared absorben diferentes cantidades de energía. Por ejemplo, un muro construido con yeso o paneles de yeso podría atenuar una señal en –4 dBm. Un muro de hormigón sólido podría atenuarlo en –12 dBm. Cuanto más gruesa sea la pared o más denso sea el material, mayor será la atenuación.
En escenarios inalámbricos al aire libre, las señales de RF con frecuencia tienen que viajar a través del agua. El agua puede estar contenida en las hojas de los árboles colocadas a lo largo del camino inalámbrico. Incluso en un espacio sin obstáculos, la señal puede encontrar agua en forma de lluvia, nieve, granizo o niebla. A medida que el aire se llena de lluvia o nieve más intensas, la señal se atenuará más. Debido a que las condiciones climáticas cambian con el tiempo, una señal de RF se atenuará en consecuencia; una señal fuerte en un día despejado puede desvanecerse o debilitarse en días lluviosos.
Otro ejemplo menos obvio de absorción es el cuerpo humano, que está compuesto principalmente de agua. Por lo general, una persona sostiene una computadora portátil, tableta o teléfono inteligente cerca de su cuerpo.
Dispersión
Cuando una señal de RF pasa a un medio áspero, desigual o formado por partículas muy pequeñas, la señal puede dispersarse en muchas direcciones diferentes. Esto se debe a que las pequeñas superficies irregulares del medio pueden reflejar la señal, como se muestra en la Figura 3-11. La dispersión puede ocurrir cuando una señal inalámbrica pasa a través de un ambiente polvoriento o arenoso.
Refracción
Cuando una señal de RF se encuentra con el límite entre los medios de dos densidades diferentes, también puede refractarse. Piense en la reflexión como rebotando en una superficie y la refracción como doblada al pasar a través de una superficie.
Difracción
Supongamos que una señal de RF se acerca a un objeto n opaco, o uno que es capaz de absorber la energía que lo golpea. Se podría pensar que el objeto produciría una sombra en lugar de la señal que se absorbe, al igual que un objeto podría hacer una sombra cuando la luz brilla sobre él. Si se forma una sombra, puede crear una zona muerta o silenciosa en la señal de RF detrás del objeto.
Zonas Fresnel
Si un objeto está libre, de modo que una señal de RF que viaja paralela al suelo se difracta a su alrededor en ambos lados, la señal a menudo llenará la "sombra" del objeto a medida que continúa propagándose. Sin embargo, si un objeto de pie, como un edificio o una montaña, obstruye la señal, la señal puede verse afectada negativamente en la dirección vertical.
En la Figura 3-14, un edificio obstruye parcialmente el camino de la señal. Debido a la difracción a lo largo del frente y la parte superior del edificio, la señal se dobla y también se atenúa. Esto hace que la señal esté enmascarada detrás de la mayor parte de la altura del edificio.
En una distancia muy larga, la curvatura de la tierra se convierte en un obstáculo que puede afectar la señal. A nivel del suelo, más allá de una distancia de aproximadamente dos millas, el extremo lejano no se puede ver porque se encuentra ligeramente por debajo del horizonte. Sin embargo, una señal inalámbrica tiende a propagarse a lo largo de la misma curva, siguiendo la atmósfera alrededor de la curvatura de la Tierra.
Incluso las señales estrechas de la línea de visión pueden verse afectadas por la difracción, incluso si un objeto no bloquea directamente la señal. Hay un volumen de forma elíptica alrededor de la línea de visión que también debe permanecer libre de obstrucciones. Esto se llama la zona de Fresnel, como se muestra en la Figura 3-16. Si un objeto penetra en la zona de Fresnel en cualquier lugar a lo largo del camino, alguna parte de la señal de RF puede difractarse. Esa parte de la señal se dobla, lo que hace que se retrase o se altere, de modo que afecte a la señal general que llega al receptor.
Como regla general, debe levantar las antenas de un sistema de línea de visión para que incluso el fondo de la zona de Fresnel sea más alto que cualquier obstrucción. Recuerde que a medida que el camino se hace muy largo, incluso la curvatura de la tierra puede ingresar a la zona de Fresnel y causar problemas, como muestra la Figura 3-18.
