REDES INALAMBRICAS
TEMA II
Señales de RF y modulación
Documento Base
CCNA Wireless 200-355 Official Cert Guide
Señales de RF y modulación
Las LAN inalámbricas deben transmitir una señal a través de frecuencias de radio (RF) para mover datos de un dispositivo a otro. Los transmisores y receptores pueden fijarse en ubicaciones consistentes o pueden moverse libremente.
Comparación de redes cableadas e inalámbricas
En una red cableada, los dos dispositivos que necesitan comunicarse entre sí deben estar conectados por un cable. (¡Eso era obvio!) El "cable" podría contener hebras de metal o material de fibra óptica que corren continuamente de un extremo al otro. Los datos que pasan por el cable están limitados por las propiedades físicas del cable. De hecho, el conjunto de estándares IEEE 802.3 define pautas estrictas para el cable Ethernet en sí, además de cómo los dispositivos pueden conectarse, enviar y recibir datos a través del cable.
Las conexiones por cable se han diseñado con restricciones estrictas y tienen pocas variables que podrían impedir una comunicación exitosa. Incluso el tipo y el tamaño de los hilos del cable, el número de giros que los hilos deben hacer alrededor de una distancia, y la longitud máxima del cable debe cumplir con el estándar.
Por lo tanto, una red cableada es esencialmente un medio acotado; los datos deben viajar por cualquier ruta que tome el cable o el cable entre dos dispositivos. Si el cable da vuelta a una esquina o se encuentra en una bobina, las señales eléctricas utilizadas para transportar los datos también deben dar vuelta a una esquina o una bobina. Debido a que solo dos dispositivos pueden conectarse a un cable, solo esos dos dispositivos pueden enviar o transmitir datos. Aún mejor: los dos dispositivos pueden transmitirse datos entre sí simultáneamente porque cada uno tiene una ruta privada y directa entre sí.
Las redes cableadas también tienen algunas deficiencias. Cuando un dispositivo está conectado por un cable, no puede moverse fácilmente o muy lejos. Antes de que un dispositivo pueda conectarse a una red cableada, debe tener un conector que sea compatible con el que está en el extremo del cable. A medida que los dispositivos se hacen más pequeños y más móviles, simplemente no es práctico conectarlos a un cable.
Como su nombre lo indica, una red inalámbrica elimina la necesidad de estar atado a un cable o cable. La comodidad y la movilidad se vuelven primordiales, lo que permite a los usuarios moverse a voluntad mientras permanecen conectados a la red. Un usuario puede (y a menudo lo hace) traer muchos dispositivos inalámbricos diferentes que se pueden conectar a la red de manera fácil y sin inconven
Los datos inalámbricos deben viajar a través del espacio libre, sin las restricciones y la protección de un cable. En el entorno de espacio libre, muchas variables pueden afectar los datos y su entrega. Para minimizar las variables, los esfuerzos de ingeniería inalámbrica deben centrarse en dos cosas:
■ Los dispositivos inalámbricos deben cumplir con un estándar común.
■ Debe existir cobertura inalámbrica en el área donde se esperan los dispositivos.
Comprensión de la teoría inalámbrica básica
Para enviar datos a través de un enlace alámbrico, se aplica una señal eléctrica en un extremo y se lleva al otro extremo. El cable en sí es continuo y conductor, por lo que la señal puede propagarse con bastante facilidad. Un enlace inalámbrico no tiene hilos físicos de nada para transportar la señal.¿Cómo se puede enviar una señal eléctrica a través del aire o espacio libre?
Considere una analogía simple de dos personas que se encuentran separadas y una persona quiere señalar algo a otra. Están conectados por una cuerda larga y algo suelta; La cuerda representa el espacio libre. El remitente en un extremo decide levantar su extremo de la cuerda en alto y mantenerlo allí para que el otro extremo de la cuerda también se levante y notifique al compañero. Después de todo, si la cuerda fuera un cable, sabe que podría aplicar un voltaje constante en un extremo del cable y que aparecería en el otro extremo.
La figura 1-1 muestra el resultado final; la cuerda vuelve a caer después de una pequeña distancia, y el receptor nunca nota un cambio.
El remitente intenta una estrategia diferente. No puede empujar la cuerda, pero cuando comienza a moverla hacia arriba y hacia abajo con un movimiento constante y regular, sucede algo curioso. Aparece un patrón de onda continua a lo largo de toda la cuerda, como se muestra en la Figura siguiente. De hecho, las ondas (cada una representando un ciclo ascendente y descendente del brazo del emisor) en realidad viajan del emisor al receptor.
En el espacio libre, ocurre un principio similar. El emisor (un transmisor) puede enviar una corriente alterna a una sección de cable (una antena), que establece campos eléctricos y magnéticos en movimiento que se propagan hacia afuera y hacia afuera como ondas que viajan. Los campos eléctricos y magnéticos viajan juntos y siempre están en ángulo recto entre sí, como se muestra en la siguiente figura. La señal debe seguir cambiando, o alternando, subiendo y bajando en ciclo,
Remitente Receptor
?
para mantener los campos eléctricos y magnéticos en ciclo y empujando hacia afuera.
Las ondas electromagnéticas no viajan en línea recta. En cambio, viajan expandiéndose en todas las direcciones lejos de la antena. Para obtener una imagen visual, piense en dejar caer una piedra en un estanque cuando la superficie está quieta. Cuando cae, la piedra coloca la superficie del agua en un movimiento cíclico. Las olas que resultan comienzan pequeñas y se expanden hacia afuera, solo para ser reemplazadas por nuevas olas. En el espacio libre, las ondas electromagnéticas se expanden hacia afuera en las tres dimensiones.
La siguiente figura muestra una antena idealista simple que es un único punto al final de un cable. Las ondas producidas se expanden hacia afuera en forma esférica. Las aves eventualmente llegarán al receptor, además de muchas otras ubicaciones en otras direcciones.
En el extremo receptor de un enlace inalámbrico, el proceso se invierte. Cuando las ondas electromagnéticas llegan a la antena del receptor, inducen una señal eléctrica. Si todo funciona correctamente, la señal recibida será una copia razonable de la señal transmitida original.
Campo Electrico
Compresión de frecuencia
Las ondas involucradas en un enlace inalámbrico se pueden medir y describir de varias
maneras. Una propiedad fundamental es la frecuencia de la onda, o la cantidad de veces que la señal completa un ciclo ascendente y descendente en 1 segundo.
La Figura muestra cómo se puede identificar un ciclo de una onda. Un ciclo puede comenzar cuando la señal se eleva desde la línea central, cae a través de la línea central y se eleva nuevamente para encontrarse con la línea central. Un ciclo también se puede medir desde el centro de un pico hasta el centro del siguiente pico. No importa dónde comience a medir un ciclo, la señal debe hacer una secuencia completa de regreso a su posición inicial, donde está lista para repetir el mismo patrón cíclico nuevamente.
En la Figura, suponga que ha transcurrido 1 segundo, como se muestra. Durante ese 1 segundo, la señal progresó a través de cuatro ciclos completos. Por lo tanto, su frecuencia es de 4 ciclos / segundo o 4 hertzios. Un hertz (Hz) es la unidad de frecuencia más utilizada y no es más que un ciclo por segundo.
La frecuencia puede variar en un rango muy amplio. A medida que la frecuencia aumenta en órdenes de magnitud, los números pueden llegar a ser bastante grandes. Para simplificar, el nombre de la unidad de frecuencia se puede modificar para indicar un número creciente de ceros, como se enumera en la Tabla
Unidad Abreviatura Meaning
Hertz Hz Cycles per second
Kilohertz kHz 1000 Hz
Megahertz MHz 1,000,000 Hz
Gigahertz GHz 1,000,000,000 Hz
La Figura muestra una representación simple del espectro de frecuencia continua que varía de 0 Hz a 1022 (o 1 seguido de 22 ceros) Hz. En el extremo inferior del espectro hay frecuencias demasiado bajas para ser escuchadas por el oído humano,
1 Segundo
seguidas de sonidos audibles. El rango más alto de frecuencias contiene luz, seguido de X, gamma y rayos cósmicos.
El rango de frecuencia de alrededor de 3 kHz a 300 GHz se denomina comúnmente radiofrecuencia (RF). Incluye muchos tipos diferentes de comunicación por radio, incluyendo radio de baja frecuencia, radio AM, radio de onda corta, televisión, radio FM, microondas y radar. La categoría de microondas también contiene los dos rangos de frecuencia principales que se utilizan para la comunicación LAN inalámbrica: 2.4 y 5 GHz.
Debido a que se puede usar un rango de frecuencias para el mismo propósito, es costumbre referirse al rango como una banda de frecuencias. Por ejemplo, las estaciones de radio AM utilizan el rango de 530 kHz a alrededor de 1710 kHz; por lo tanto, comúnmente se llama banda AM o banda de transmisión AM.
Uno de los dos rangos de frecuencia principales utilizados para la comunicación LAN inalámbrica se encuentra entre 2.400 y 2.4835 GHz. Esto generalmente se llama la banda de 2.4 GHz, aunque no abarca todo el rango entre 2.4 y 2.5 GHz. Es mucho más conveniente referirse al nombre de la banda en lugar del rango específico de frecuencias incluido.
El otro rango de LAN inalámbrica generalmente se denomina banda de 5 GHz porque se encuentra entre 5.150 y 5.825 GHz. La banda de 5 GHz en realidad contiene las siguientes cuatro bandas separadas y distintas:
Frequency ) (Hz Frequency Notation 1022 1021 1020 1019 1018 1017 1016 1015 1014 1013
1012 100 GHz
1010 10 GHz
109 1 GHz
108 100 MHz
107 10 MHz
106 1 MHz
105 100 kHz 104 10 kHz
103 1 kHz
102 100 Hz
101 10 Hz
0 0 Hz Subsonic
Sound AM Radio Shortwave Radio Television and FM Radio Microwave and Radar Infrared Light Visible Light Ultraviolet Light X-Rays Gamma Rays Cosmic Rays
5 GHz Wireless
2.4 GHz Wireless
Low Frequency Radio
5.150 a 5.250 GHz
5.250 a 5.350 GHz
5.470 a 5.725 GHz
5.725 a 5.825 GHz
Es interesante que la banda de 5 GHz pueda contener varias bandas más pequeñas. Recuerde que el término banda es simplemente un término relativo que se usa por conveniencia. En este punto, no se preocupe por memorizar los nombres de las bandas o los rangos de frecuencia exactos; El Capítulo 2 aborda esto con más detalle. Una banda de frecuencia contiene un rango continuo de frecuencias. Si dos dispositivos requieren una sola frecuencia para un enlace inalámbrico entre ellos, ¿qué frecuencia pueden usar? Más allá de eso, ¿cuántas frecuencias únicas se pueden usar dentro de una banda?
Para mantener todo ordenado y compatible, las bandas generalmente se dividen en varios canales distintos. Cada canal es conocido por un número de canal y se asigna a una frecuencia específica. Siempre que los canales estén definidos por un organismo de estándares nacional o internacional, se pueden usar de manera consistente en todas las ubicaciones.
Por ejemplo, la Figura muestra la asignación de canales para la banda de 2.4 GHz que se usa para la comunicación LAN inalámbrica. La banda contiene 14 canales numerados del 1 al 14, cada uno asignado a una frecuencia específica. Primero, observe cuán más fácil es referirse a los números de canal que a las frecuencias. En segundo lugar, observe que los canales están espaciados a intervalos regulares que están separados por 0.005 GHz (o 5 MHz), excepto por el canal 14. El espacio entre canales se conoce como separación de canales o ancho de canal.
Ejemplo de espaciado de canales en la banda de 2,4 GHz Si los dispositivos usan una frecuencia específica para un enlace inalámbrico, ¿por qué los canales
deben estar separados? La razón radica en las limitaciones prácticas de las señales de RF, la electrónica involucrada en la transmisión y recepción de las señales y la sobrecarga necesaria para agregar datos a la señal de manera efectiva. En la práctica, una señal de RF no es infinitamente estrecha; en cambio, se derrama por encima y por debajo de una frecuencia central hasta cierto punto, ocupando también frecuencias vecinas. Es la frecuencia central que define la ubicación del canal dentro de la banda. El rango de frecuencia real necesario para la señal transmitida se conoce como el ancho de banda de la señal, como se muestra en la siguiente figura. Como su nombre lo indica, el ancho de banda se refiere al ancho del espacio de frecuencia requerido dentro de la banda. Por ejemplo, una señal con un ancho de banda de 22 MHz está limitada a 11 MHz por encima y por debajo de la frecuencia central. En las LAN inalámbricas, el ancho de banda de la señal se define como parte de un estándar. Aunque la señal puede extenderse más allá de la frecuencia central que el ancho de banda, los dispositivos inalámbricos usarán algo llamado máscara espectral para ignorar partes de la señal que caen fuera de los límites del ancho de banda.
Idealmente, el ancho de banda de la señal debe ser menor que el ancho del canal para que se pueda transmitir una señal diferente en cada canal posible sin posibilidad de que dos señales se superpongan e interfieran entre sí. La Figura muestra dicho espacio entre canales, donde las señales en canales adyacentes no se superponen. Puede existir una señal en cada canal posible sin superponerse con otros.
Center Frequency
Bandwidth
Bandwidth
Channel Width
Bandwidth
Sin embargo, no debe suponer que las señales centradas en las asignaciones de canales estandarizadas no se superpondrán entre sí. Es completamente posible que los canales en una banda sean más estrechos que el ancho de banda de la señal, como se muestra en la Figura 1-10. Observe cómo se han centrado dos señales en los números de canal adyacentes 1 y 2, ¡pero se superponen casi por completo! El problema es que el ancho de banda de la señal es ligeramente más ancho que cuatro canales. En este caso, las señales centradas en canales adyacentes no pueden coexistir sin superponerse e interferir. En cambio, las señales deben colocarse en canales más distantes para evitar la superposición, lo que limita el número de canales que se pueden utilizar en la banda.
Fase de comprensión
La fase se vuelve importante a medida que se reciben las señales de RF. Las señales que están en fase tienden a sumarse, mientras que las señales que están 180
grados fuera de fase tienden a cancelarse entre sí.
Medición de longitud de onda
Las señales de RF generalmente se describen por su frecuencia; Sin embargo, es difícil tener una idea de su tamaño físico a medida que se mueven a través del espacio libre. La longitud de onda es una medida de la distancia física que recorre una onda en un ciclo completo. La longitud de onda generalmente se designa con el
símbolo griego lambda (λ). Para tener una idea de las dimensiones de una señal LAN
inalámbrica, suponiendo que pueda verla mientras viaja delante de usted, una señal de 2.4 GHz tendría una longitud de onda de 4.92 pulgadas, mientras que una señal de 5 GHz sería de 2.36 pulgadas.
La Figura muestra la longitud de onda de tres ondas diferentes. Las ondas están ordenadas en orden creciente de frecuencia, de arriba a abajo. Independientemente de la frecuencia, las ondas de RF viajan a una velocidad constante. En el vacío, las ondas de radio viajan exactamente a la velocidad de la luz; en el aire, la velocidad es ligeramente menor que la velocidad de la luz. Observe que la longitud de onda disminuye a medida que aumenta la frecuencia. A medida que los ciclos de onda se hacen más pequeños, cubren menos distancia. La longitud de onda se vuelve útil en el diseño y colocación de antenas.
In Phase
Phase Shift
Comprender la potencia de RF y dB
Para que una señal de RF se transmita, propague a través del espacio libre, se reciba y se entienda con certeza, debe enviarse con suficiente fuerza o energía para hacer el viaje. Piense nuevamente en la Figura, donde las dos personas están tratando de señalarse con una soga. Si el emisor mueve continuamente su brazo hacia arriba y hacia abajo una pequeña distancia, producirá una ola en la cuerda. Sin embargo, la ola se amortiguará a poca distancia debido a factores como el peso de la cuerda, la gravedad, etc. Para mover la ola por la cuerda hasta llegar al receptor, el emisor debe mover su brazo hacia arriba y hacia abajo con un rango de movimiento mucho mayor y con mayor fuerza o fuerza.
Esta fuerza se puede medir como la amplitud, o la altura desde el pico superior hasta el pico inferior de la forma de onda de la señal, como se muestra en la Figura
La potencia de una señal de RF se mide normalmente por su potencia, en vatios
h
h
h
h= Wavelength
(W). Por ejemplo, una estación de radio AM típica emite a una potencia de 50,000 W; una estación de radio FM podría usar 16,000 W. En comparación, un transmisor LAN inalámbrico generalmente tiene una potencia de señal entre 0.1 W (100 mW) y 0.001 W (1 mW). Cuando la potencia se mide en vatios o milivatios, se considera una medida de potencia absoluta. En otras palabras, algo tiene que medir exactamente cuánta energía está presente en la señal de RF.
Esto es bastante sencillo cuando la medición se toma en la salida de un transmisor porque el nivel de potencia de transmisión generalmente se conoce con anticipación. A veces es posible que deba comparar el nivel de potencia entre dos transmisores diferentes. Por ejemplo, suponga que el dispositivo T1 está transmitiendo a 1 mW, mientras que T2 está transmitiendo a 10 mW, como se muestra en la Figura. La resta simple te dice que T2 es 9 mW más fuerte que T1. También puede notar que T2 es 10 veces más fuerte que T1.
Ahora compare los transmisores T2 y T3, que usan 10 mW y 100 mW, respectivamente. Usando la resta, T2 y T3 difieren en 90 mW, pero T3 es nuevamente 10 veces más fuerte que T2. En cada caso, la resta produce un resultado diferente que la división. ¿Qué método debes usar? Cantidades como los valores de potencia absoluta pueden diferir en órdenes de magnitud. Un ejemplo más sorprendente se muestra en la Figura 1-15, donde T4 es 0.00001 mW y T5 es 10 mW. Restar los dos valores da su diferencia como 9.99999 mW. ¡Sin embargo, T5 es 1,000,000 de veces más fuerte que T4!
Debido a que los valores de potencia absoluta pueden caer en cualquier lugar dentro de un rango enorme, desde un número decimal pequeño hasta cientos, miles o valores mayores, necesitamos una forma de transformar el rango exponencial en uno lineal. La función de logaritmo se puede aprovechar para hacer precisamente eso. En pocas palabras, un logaritmo toma valores separados en órdenes de
T1
mW 1
T2
mW 10
T3
100 mW
T2 – T1 = 9 mW T2/T1 = 10
T3 – T2 = 90 mW T3/T2 = 10
T4
mW 0.00001
T5
mW 10
magnitud (0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100 y 1000, por ejemplo) y los espacia de manera uniforme dentro de un rango razonable.
El decibel (dB) es una función útil que utiliza logaritmos para comparar una medida absoluta con otra. Fue desarrollado originalmente para comparar los niveles de intensidad del sonido, pero también se aplica directamente a los niveles de potencia. Después de que cada valor de potencia se haya convertido a la misma escala logarítmica, los dos valores se pueden restar para encontrar la diferencia. La siguiente ecuación se utiliza para calcular un valor de dB, donde P1 y P2 son los niveles absolutos de potencia de dos fuentes:
dB = 10(log10P2 –log10P1)
P2 representa la fuente de interés, y P1 generalmente se llama el valor de referencia o la fuente de comparación. La diferencia entre las dos funciones logarítmicas se puede reescribir como un solo logaritmo de P2 dividido por P1, como sigue:
P2
dB 10log10
P1
Aquí, la relación de los dos valores de potencia absoluta se calcula primero; entonces el resultado se convierte en una escala logarítmica.
Por extraño que parezca, terminamos con los mismos dos métodos para comparar los niveles de potencia con dB: una resta y una división. Gracias al logaritmo, ambos métodos llegan a valores de dB idénticos. Tenga en cuenta que la forma de relación o división de la ecuación es la más utilizada en el mundo de la ingeniería inalámbrica.
Hay tres casos en los que puedes usar matemática mental para hacer
comparaciones de nivel de potencia usando dB. Al sumar o restar cantidades fijas de dB, puede comparar dos niveles de potencia mediante multiplicación o división. Debe memorizar las siguientes tres leyes, que se basan en cambios de dB de 0, 3 y 10, respectivamente, y se conocen como la Ley de cero, Ley de 3 y Ley de 10.
Todos los demás casos de dB requieren una calculadora, por lo que no será evaluado en ellos.
■ Ley de cero: un valor de 0 dB significa que los dos valores de potencia absoluta son iguales.
Si los dos valores de potencia son iguales, la relación dentro del logaritmo es 1 y el log10 (1) es 0. Esta ley es intuitiva; Si dos niveles de potencia son iguales, uno es 0 dB más que el otro.
■ Ley de 3s: un valor de 3 dB significa que el valor de potencia de interés es el doble del valor de referencia; un valor de –3 dB significa que el valor de potencia del interés es la mitad de la referencia.
Cuando P2 es dos veces P1, la relación es siempre 2. Por lo tanto, 10log10 (2) = 3 dB.
Cuando la relación es 1/2, 10log10 (1/2) = –3 dB.
La Ley de los 3 no es muy intuitiva, pero aún así es fácil de aprender. Cada vez que se duplica un nivel de potencia, aumenta en 3 dB. Cada vez que se corta por la mitad, disminuye en –3 dB.
■ Ley de 10s: un valor de 10 dB significa que el valor de potencia de interés es 10 veces el valor de referencia; un valor de –10 dB significa que el valor de potencia de interés es 1/10 de la referencia.
Cuando P2 es 10 veces P1, la relación es siempre 10. Por lo tanto, 10log10 (10) = 10 dB.
Cuando P2 es una décima parte de P1, entonces la relación es 1/10 y 10log10 (1/10) = –10 dB.
La Ley de los 10 es intuitiva porque multiplicar o dividir por 10 suma o resta 10 dB, respectivamente.
Observe otra práctica regla práctica: cuando los valores de potencia absoluta se multiplican, el valor de dB es positivo y se puede agregar. Cuando los valores de potencia se dividen, el valor de dB es negativo y se puede restar.
La tabla resume las útiles comparaciones d B.
Power Change dB Value
= 0 dB
× 2 +3 dB
/ 2 −3 dB
× 10 +10 dB
/ 10 –10 dB
que debe ser 3 dB mayor que A. Asimismo, la fuente C es el doble del valor de B, por lo que debe ser 3 dB mayor que B.
También puede comparar las fuentes A y C. Para pasar de A a C, debe duplicar A y luego duplicarla nuevamente. Cada vez que duplique un valor, simplemente agregue 3 dB. Por lo tanto, C es 3 dB + 3 dB = 6 dB mayor que A. Luego, pruebe el ejemplo más complicado que se muestra en la Figura. Tenga en cuenta que los valores de dB se pueden sumar y restar en sucesión (en caso de que se necesiten varias operaciones de multiplicación y división que involucren 2 y 10).
Las fuentes D y E tienen niveles de potencia de 5 y 200 mW. Intenta encontrar una manera de pasar de 5 a 200 usando solo operaciones × 2 o × 10. Puede doblar 5 para obtener 10, luego doblar 10 para obtener 20, y luego multiplicar por 10 para alcanzar 200 mW. Luego, use las leyes de dB para reemplazar la duplicación y × 10 con los equivalentes de dB. El resultado es E = D + 3 + 3 + 10 o E = D + 16 dB. También puede encontrar otras formas de alcanzar el mismo resultado. Por ejemplo, puede comenzar con 5 mW, luego multiplicar por 10 para obtener 50, luego duplicar 50 para obtener 100, luego duplicar 100 para alcanzar 200 mW. Esta vez, el resultado es E = D + 10 + 3 + 3 o E = D + 16 dB.
Comparación de potencia contra una referencia: dBm
Más allá de comparar dos fuentes de transmisión, un ingeniero de LAN inalámbrica debe preocuparse por la señal de RF que se propaga de un transmisor a un receptor. Después de todo, transmitir una señal no tiene sentido a menos que alguien esté allí para recibirla y hacer uso de ella.
A
mW 4
B
8 mW
In mW: B is 2 x A
C
mW 16
In mW: C is 2 x B
D
5 mW
E
mW 200
La Figura muestra un escenario simple con un transmisor y un receptor. Nada en el mundo real es ideal, así que suponga que algo en el camino de la señal inducirá una pérdida neta. En el receptor, la intensidad de la señal se degradará en cierta medida. Suponga que puede medir el nivel de potencia que sale del transmisor, que es de 100 mW. En el receptor, puede medir el nivel de potencia de la señal que llega. Es un increíblemente bajo 0.000031623 mW.
¿No sería bueno cuantificar la pérdida neta en la ruta de la señal? Después de todo, es posible que desee probar varios otros niveles de potencia de transmisión o cambiar algo sobre la ruta entre el transmisor y el receptor. Para diseñar la ruta de señal correctamente, desea asegurarse de que la intensidad de la señal que llega al receptor esté en un nivel óptimo. Puede aprovechar la práctica fórmula dB para comparar la intensidad de la señal recibida con la intensidad de la señal transmitida, siempre que pueda recordar la fórmula y tener una calculadora cerca:
0.000031623mW dB 10log10<65dB
100mW
La pérdida neta sobre la ruta de la señal resulta ser una disminución de 65 dB. Sabiendo eso, decide probar un nivel de potencia de transmisión diferente para ver qué sucedería en el receptor. No parece muy sencillo utilizar la nueva potencia de transmisión para encontrar la nueva intensidad de señal en el receptor. Eso podría requerir más fórmulas y más tiempo en la calculadora. Un mejor enfoque es comparar cada potencia absoluta a lo largo de la ruta de la señal con un valor de referencia común. Luego, independientemente de los valores de potencia absolutos, puede centrarse en los cambios en los valores de potencia que se producen en varias etapas a lo largo de la ruta de la señal. En otras palabras, convierta cada nivel de potencia a un valor de dB y simplemente agréguelos a lo largo del camino. Recuerde que la fórmula dB pone el nivel de potencia de interés en la parte superior de la relación, con un nivel de potencia de referencia en la parte inferior. En las redes inalámbricas, el nivel de potencia de referencia suele ser de 1 mW, por lo que las unidades se designan por dBm (dB-milivatios). Volviendo al escenario de la Figura, los valores de potencia absoluta en el transmisor y el receptor se pueden convertir a dBm, cuyos resultados se muestran en la Figura. Observe que los valores de dBm se pueden agregar a lo largo de la ruta: el transmisor dBm más la pérdida neta en dB es igual a la señal recibida en dBm.
Net Loss Transmitter
Tx
Receiver Rx
Medición de los cambios de potencia a lo largo de la ruta de la señal Hasta este punto, este capítulo ha considerado un transmisor y su antena como una sola unidad. Eso puede parecer una suposición lógica porque muchos puntos de acceso inalámbrico tienen antenas incorporadas. En realidad, un transmisor, su antena y el cable que los conecta son componentes discretos que no solo propagan una señal de RF sino que también afectan su nivel de potencia absoluto. Cuando una antena está conectada a un transmisor, proporciona cierta cantidad de ganancia a la señal de RF resultante. Esto aumenta efectivamente el valor de dB de la señal por encima de la del transmisor solo. Por sí misma, una antena no genera ninguna cantidad de potencia absoluta. En otras palabras, cuando se desconecta una antena, no se expulsan milivatios de potencia. Eso hace que sea imposible medir la ganancia de la antena en dBm. En cambio, la ganancia de una antena se mide comparando su rendimiento con el de una antena de referencia y luego calculando un valor en dB. Por lo general, la antena de referencia es una antena isotrópica, por lo que la ganancia se mide en dBi (dBisotrópico). Una antena isotrópica no existe realmente, porque es ideal en todos los sentidos. Su tamaño es un punto pequeño, e irradia RF por igual en todas las direcciones. Ninguna antena física puede hacer eso. El rendimiento de la antena isotrópica se puede calcular de acuerdo con las fórmulas de RF, por lo que es una referencia universal para cualquier antena. Debido a las cualidades físicas del cable que conecta una antena a un transmisor, siempre se produce alguna pérdida de señal. Los proveedores de cable suministran la pérdida en dB por pie o metro de longitud de cable para cada tipo de cable fabricado.
Supongamos que un transmisor está configurado para un nivel de potencia de 10 dBm (10 mW). Un cable con pérdida de 5 dB conecta el transmisor a una antena con una ganancia de 8 dBi. El EIRP resultante del sistema es 10 dBm - 5 dB + 8 dBi, o 13 dBm.
Puede notar que el EIRP está formado por decibelios-milivatios (dBm), dB en relación con una antena isotrópica (dBi) y valores de decibelios (dB). Aunque las unidades parecen ser diferentes, puede combinarlas de manera segura para calcular el PIRE. La única excepción a esto es cuando la ganancia de una antena se mide en dBd (dB-dipolo). En ese caso, se ha utilizado una antena dipolo como antena de referencia, en lugar de una antena isotrópica. Un dipolo es una antena real simple,
Transmitter Tx Level mW 100 Receiver Rx Level mW 0.000031623 dBm 20 dB 65
dBm – 65 dB = –45 dBm 20
que tiene una ganancia de 2,14 dBi. Si una antena muestra su ganancia como dBi, puede agregar 2.14 dBi a ese valor para obtener su ganancia en unidades de dBi. Las consideraciones de nivel de potencia no tienen que detenerse con el PIRE. También debe preocuparse por la ruta completa de una señal, para asegurarse de que la señal transmitida tenga suficiente potencia para que un receptor pueda alcanzarla y entenderla de manera efectiva. Esto se conoce como el presupuesto de enlace.
Los valores de dB de ganancias y pérdidas se pueden combinar en cualquier número de etapas a lo largo de la ruta de una señal. Considere la Figura 1-21, que muestra cada componente de ganancia o pérdida de señal a lo largo de la ruta del transmisor al receptor.
Supongamos que un transmisor está configurado para un nivel de potencia de 10 dBm (10 mW). Un cable con pérdida de 5 dB conecta el transmisor a una antena con una ganancia de 8 dBi. El EIRP resultante del sistema es 10 dBm - 5 dB + 8 dBi, o 13 dBm.
Puede notar que el EIRP está formado por decibelios-milivatios (dBm), dB en relación con una antena isotrópica (dBi) y valores de decibelios (dB). Aunque las unidades parecen ser diferentes, puede combinarlas de manera segura para calcular el PIRE. La única excepción a esto es cuando la ganancia de una antena se mide en dBd (dB-dipolo). En ese caso, se ha utilizado una antena dipolo como antena de referencia, en lugar de una antena isotrópica. Un dipolo es una antena real simple, que tiene una ganancia de 2,14 dBi. Si una antena muestra su ganancia como dBi, puede agregar 2.14 dBi a ese valor para obtener su ganancia en unidades de dBi.
Las consideraciones de nivel de potencia no tienen que detenerse con el PIRE. También debe preocuparse por la ruta completa de una señal, para asegurarse de que la señal transmitida tenga suficiente potencia para que un receptor pueda alcanzarla y entenderla de manera efectiva. Esto se conoce como el presupuesto de enlace.
Los valores de dB de ganancias y pérdidas se pueden combinar en cualquier número de etapas a lo largo de la ruta de una señal. Considere la Figura 1-21, que muestra cada componente de ganancia o pérdida de señal a lo largo de la ruta del transmisor al receptor.
Transmitter Tx
Tx Antenna Gain
( )
Tx Cable ) Loss (
EIRP = Tx Power – Tx Cable + Tx Antenna
En el extremo receptor, una antena proporciona ganancia para aumentar el nivel de potencia de la señal recibida. Un cable que conecta la antena al receptor también introduce alguna pérdida. La Figura 1-22 muestra algunos valores de dB de ejemplo, así como la suma resultante de las partes componentes en todo el camino de la señal. La señal comienza a 20 dBm en el transmisor, tiene un valor EIRP de 22 dBm en la antena transmisora (20 dBm - 2 dB + 4 dBi), y llega
al receptor con un nivel de –45 dBm
.
Observe que cada ganancia o pérdida de señal utilizada en la Figura se da a excepción de la pérdida de 69 dB entre las dos antenas. En este caso, la pérdida se puede cuantificar en función de los otros valores dados. En realidad, se puede calcular en función de la distancia y la frecuencia. En perspectiva, es posible que vea una pérdida de Wi-Fi de 69 dB en una distancia de aproximadamente 13 a 28 metros.
Si siempre comienza con la potencia del transmisor expresada en dBm, es simple sumar o restar los componentes de dB a lo largo de la ruta de la señal para encontrar la intensidad de la señal que llega al receptor.
Comprensión de los niveles de potencia en el receptor
En el extremo receptor de la ruta de señal, un receptor espera encontrar una señal en una frecuencia predeterminada, con suficiente potencia para contener datos útiles. Los receptores miden la potencia de una señal en dBm de acuerdo con la escala del indicador de intensidad de señal recibida (RSSI). Cuando trabaja con dispositivos LAN inalámbricos, los niveles de EIRP que salen de la antena del transmisor normalmente oscilan entre 100 mW y 1 mW. Esto corresponde al rango +20 dBm hasta 0 dBm. En el receptor, los niveles de potencia son mucho, mucho menos, y van desde 1 mW hasta fracciones diminutas de un milivatio, acercándose a 0 mW. El rango correspondiente de
Transmitter Tx
Receiver Rx Free Space
(Loss) Tx Antenna
(Gain)
Tx Cable ) Loss ( Rx Cable Loss ( ) Rx Antenna (Gain)
Transmitter Tx
Receiver Rx
–45 dBm mW = 20 dBm
100
69 dB ) Loss ( dBi
4 (Gain )
dB 2 (Loss )
dB 2 (Loss ) dBi 4
niveles de señal recibida es de 0 dBm a aproximadamente –100 dBm. Por lo tanto, el RSSI de una señal recibida puede variar de 0 a –100, donde 0 es el más fuerte y –100 es el más débil. El rango de valores RSSI puede variar entre un fabricante de hardware y otro. Se supone que los valores RSSI representan valores dBm, pero los resultados no están estandarizados en todos los fabricantes de receptores. Un valor RSSI puede variar de un hardware receptor a otro. Suponiendo que un transmisor está enviando una señal de RF con suficiente potencia para alcanzar un receptor, ¿qué valor de RSSI es lo suficientemente bueno? Cada receptor tiene un nivel de sensibilidad o un umbral que divide las señales inteligibles y útiles de las ininteligibles. Siempre que se reciba una señal con un nivel de potencia que sea mayor que el nivel de sensibilidad, es probable que los datos de la señal se puedan entender correctamente. La Figura muestra un ejemplo de cómo la intensidad de la señal en un receptor puede cambiar con el tiempo. El nivel de sensibilidad del receptor es –82 dBm.
El valor RSSI se centra solo en la señal esperada, sin tener en cuenta otras señales que puedan recibirse también. Todas las demás señales que se reciben en la misma frecuencia que la que está tratando de recibir se ven simplemente como ruido. El nivel de ruido, o la intensidad media de la señal del ruido, se denomina piso de ruido.
Es fácil ignorar el ruido siempre que el nivel de ruido esté muy por debajo de lo que está tratando de escuchar. Por ejemplo, dos personas pueden susurrar en una biblioteca de manera efectiva porque hay muy poco ruido en competencia. Esas mismas dos personas se sentirían muy frustradas si trataran de susurrar entre sí en una arena deportiva llena de gente.
Recibir una señal de RF no es diferente; su intensidad de señal debe ser mayor que el ruido de fondo en una cantidad decente para que pueda recibirse y entenderse correctamente. La diferencia entre la señal y el ruido se denomina relación señal / ruido (SNR), medida en dB. Se prefiere un valor de SNR más alto.
La Figura 1-24 muestra el RSSI de una señal en comparación con el ruido de fondo que se recibe. El RSSI promedia alrededor de –54 dBm. En el lado izquierdo del gráfico, el ruido de fondo es de –90 dBm. La SNR resultante es –54 dBm - (–90) dBm o 36 dB. Hacia el lado derecho del gráfico, el ruido de fondo aumenta
0 dBm
–100 dBm
Sensitivity Level –82 dBm
Unintelligible
RSSI
gradualmente a –65 dBm, reduciendo la SNR a 11 dB. La señal está tan cerca del ruido que podría no ser utilizable.
Transporte de datos a través de una señal de RF
Hasta este punto, solo se han discutido las características de RF de las señales inalámbricas. Las señales de RF presentadas han existido solo como simples oscilaciones en forma de onda sinusoidal. La frecuencia, amplitud y fase han sido constantes. La frecuencia estable y predecible es importante porque un receptor necesita sintonizar una frecuencia conocida para encontrar la señal en primer lugar.
Esta señal de RF básica se denomina señal portadora porque se usa para
transportar otra información útil. Con señales de radio AM y FM, la señal portadora también transporta señales de audio. Las señales del operador de TV tienen que transportar audio y video. Las señales del operador de LAN inalámbrica deben transportar datos.
Para agregar datos a la señal de RF, se debe preservar la frecuencia de la señal portadora original. Por lo tanto, debe haber algún esquema para alterar alguna característica de la señal portadora para distinguir un bit 0 de un bit 1. Cualquier esquema utilizado por el transmisor también debe ser utilizado por el receptor para que los bits de datos puedan ser interpretados correctamente.
La figura muestra una señal portadora con una frecuencia constante. Los bits de datos 1001 deben enviarse a través de la señal portadora, pero ¿cómo? Una idea podría ser simplemente usar el valor de cada bit de datos para activar o desactivar la señal del operador. El diagrama de Bad Idea 1 muestra la señal de RF resultante. Un receptor puede notar cuando la señal está presente y tiene una amplitud e interpretar correctamente 1 bits, pero no hay señal para recibir durante 0 bits. Si la señal se debilita o no está disponible por alguna razón, el receptor pensará incorrectamente que se ha transmitido una larga cadena de 0 bits. Un giro diferente podría ser transmitir solo la mitad superior de la señal portadora durante un bit 1 y la mitad inferior durante un bit 0, como se muestra en el diagrama Bad Idea 2. Esta vez, una parte de la señal siempre está disponible para el receptor, pero la señal se vuelve poco práctica de recibir porque faltan partes importantes de cada ciclo. Además, es muy difícil transmitir RF con ciclos alternos desarticulados.
dBm 0
–100 dBm
Noise Floor
–90 dBm RSSI
RSSI
Signal to Noise Ratio (SNR) –54 dBm
Es posible que estos enfoques ingenuos no tengan éxito, pero tienen la idea correcta: alterar la señal de la portadora de una manera que indique la información que se debe transportar. Esto se conoce como modulación, donde la señal portadora se modula o cambia de acuerdo con alguna otra fuente. En el receptor, el proceso se invierte; la demodulación interpreta la información agregada en función de los cambios en la señal portadora.
Los esquemas de modulación de RF generalmente tienen los siguientes objetivos:
■ Llevar datos a una velocidad predefinida
■ Sea razonablemente inmune a las interferencias y al ruido.
■ Sea práctico para transmitir y recibir
Debido a las propiedades físicas de una señal de RF, un esquema de modulación puede alterar solo los siguientes atributos:
■ Frecuencia, pero solo variando ligeramente por encima o por debajo de la
frecuencia portadora
■ Fase ■ amplitud
Las técnicas de modulación requieren cierta cantidad de ancho de banda centrado en la frecuencia portadora. Este ancho de banda adicional se debe en parte a la velocidad de los datos que se transportan y en parte a la sobrecarga de codificar los datos y manipular la señal portadora. Si los datos tienen una velocidad de bits relativamente baja, como una señal de audio transmitida por radio AM o FM, la modulación puede ser sencilla y requiere poco ancho de banda adicional. Tales señales se denominan transmisiones de banda estrecha.
en las siguientes tres categorías de espectro expandido, que se analizan en las secciones siguientes:
■ Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS)
■ Espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS)
■ Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
FHSS
La tecnología de LAN inalámbrica temprana adoptó un enfoque novedoso como un compromiso entre evitar la interferencia de RF y necesitar una modulación compleja. La banda inalámbrica se dividió en 79 canales o menos, con cada canal de 1 MHz de ancho. Para evitar la interferencia de banda estrecha, donde una señal interferente afectaría solo unos pocos canales a la vez, las transmisiones tendrían que "saltar" continuamente entre las frecuencias en toda la banda. Esto se conoce como espectro ensanchado por salto de frecuencia.
La Figura muestra un ejemplo de cómo funciona la técnica FHSS, donde la secuencia comienza en el canal 2, luego se mueve a los canales 25, 64, 10, 45, y así sucesivamente, a través de una secuencia predeterminada completa antes de repetir nuevamente. El salto entre canales tiene que ocurrir a intervalos regulares para que el transmisor y el receptor puedan permanecer sincronizados. Además, el orden de salto debe calcularse de antemano para que el receptor siempre pueda sintonizar la frecuencia correcta en uso en cualquier momento dado.
Cualquier ventaja obtenida por FHSS al evitar la interferencia se perdió debido a las siguientes limitaciones:
■ Ancho de banda de canal estrecho de 1 MHz, limitando la velocidad de datos a 1 o
2 Mbps.
■ Múltiples transmisores en un área podrían eventualmente colisionar e interferir
entre sí en los mismos canales.
Como resultado, FHSS cayó en desgracia y fue reemplazado por otro enfoque de espectro expandido más robusto y escalable: DSSS. Aunque FHSS se usa raramente ahora, debe estar familiarizado con él y su lugar en la evolución de las tecnologías de LAN inalámbrica.
2.402 GHz Channel 2
GHz 2.480 Channel 80 25
10
2 45 64
DSSS
El espectro extendido de secuencia directa utiliza una pequeña cantidad de canales fijos y anchos que pueden soportar esquemas de modulación complejos y velocidades de datos algo escalables. Cada canal tiene 22 MHz de ancho, un ancho de banda mucho más amplio en comparación con la velocidad de datos máxima de 11 Mbps admitida, pero lo suficientemente ancho como para aumentar los datos extendiéndolos y haciéndolos más resistentes a las interrupciones. En la banda de 2.4 GHz donde se usa DSSS, hay 14 canales posibles, pero solo 3 de ellos no se superponen. La Figura muestra cómo se usan normalmente los canales 1, 6 y 11.
Channel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 GHz 2.412 2.417 2.422 2.427 2.432 2.437 2.442 2.447 2.452 2.457 2.462
DSSS transmite datos en una secuencia en serie, donde cada bit de datos se prepara para la transmisión de uno en uno. Puede parecer una cuestión simple transmitir los bits de datos en el orden en que se almacenan o presentan al transmisor inalámbrico; sin embargo, las señales de RF a menudo se ven afectadas por factores externos como el ruido o la interferencia que pueden confundir los datos en el receptor. Por esa razón, un transmisor inalámbrico realiza varias funciones para que el flujo de datos sea menos susceptible de degradarse a lo largo de la ruta de transmisión:
■ Scrambler: los datos que se desean enviar se codifican primero de manera predeterminada para que se convierta en una cadena aleatoria de 0 y 1 bits en lugar de secuencias largas de 0 o 1 bits.
■ Codificador: cada bit de datos se convierte en múltiples bits de información que contienen patrones cuidadosamente diseñados que se pueden utilizar para proteger contra errores debidos a ruido o interferencia. Cada uno de los nuevos bits codificados se denomina chip. El grupo completo de chips que representan un bit de datos se denomina símbolo. DSSS utiliza dos técnicas de codificación: códigos de Barker y codificación de código complementario (CCK).
■ Intercalador: la secuencia de símbolos de los datos codificados se extiende en bloques separados, de modo que las ráfagas de interferencia pueden afectar a un bloque, pero no a muchos.
La Figura muestra el proceso completo de preparación de datos. En el receptor, todo el proceso se invierte. Las técnicas DSSS discutidas en este capítulo se centran solo en las funciones del codificador y modulador.
Las siguientes secciones describen cada método DSSS y velocidad de datos, en progresión. Independientemente de la velocidad de datos, DSSS siempre utiliza una velocidad de corte de 11 millones de chips por segundo.
Velocidad de datos de 1 Mbps
Para minimizar el efecto de una baja SNR y pérdida de datos en casos de
interferencia de banda estrecha, cada bit de datos se codifica como una secuencia de 11 bits llamada código Barker 11. El objetivo es agregar suficiente información adicional a cada bit de datos para preservar su integridad cuando se envíe en un entorno ruidoso.
Puede parecer ridículo convertir 1 bit en 11 bits. Como una genealogía, las
transmisiones de voz sobre una señal de RF también pueden estar sujetas a ruido e interferencia. Deletrear palabras letra por letra puede ayudar, pero incluso letras simples pueden volverse confusas y ambiguas. Por ejemplo, las letras B, C, D, E, G, P, T, V y Z pueden sonar similares cuando hay ruido. Se han desarrollado alfabetos fonéticos para eliminar la ambigüedad. En lugar de decir la letra B, se pronuncia la palabra Bravo; C se convierte en Charlie, D se convierte en Delta, y así
sucesivamente. Reemplazar letras individuales con palabras más largas y únicas hace que el trabajo del oyente sea mucho más fácil y preciso.
Solo hay dos valores posibles para los chips Barker: uno correspondiente a un bit de datos 0 (10110111000) y otro para un bit de datos 1 (01001000111). El
receptor también debe esperar los chips Barker y convertirlos nuevamente en bits individuales de datos. El número y la secuencia de los bits del chip Barker se han definido para permitir que los bits de datos se recuperen si se pierden algunos de los bits del chip. De hecho, se pueden perder hasta 9 de los 11 bits en un solo chip antes de que no se pueda restaurar el bit de datos original.
Cada bit en un chip Barker puede transmitirse utilizando el esquema de
modulación de desplazamiento de fase binaria diferencial (DBPSK). La fase de la señal portadora se desplaza o gira de acuerdo con el bit de datos que se transmite, de la siguiente manera:
0: la fase no cambia.
1: La fase se "rota" o se desplaza 180 grados, de modo que la señal se invierte repentinamente.
Scrambler Data
Bit
Interleaver Modulator
RF Signal Coder
11 MHz Chipping Rate Chip
Symbol
DBPSK puede modular 1 bit de datos a la vez en la señal de RF. Con una velocidad de chip constante de 11 millones de chips por segundo, donde cada símbolo (1 bit original) contiene 11 chips, la velocidad de transmisión de datos es de 1 Mbps.
Velocidad de datos de 2 Mbps
Es posible acoplar la estrategia de 1 Mbps con un esquema de modulación diferente para duplicar la velocidad de datos. Como antes, cada bit de datos se codifica en un código Barker de 11 bits con una velocidad de corte de 11 MHz. Esta vez, los chips se toman de dos en dos y se modulan en la señal portadora mediante el uso de codificación de desplazamiento de fase de cuadratura diferencial (DQPSK). Los dos chips se usan para afectar la fase de la señal portadora de cuatro formas posibles, cada una con una separación de 90 grados (de ahí el nombre de cuadratura). Los patrones de bits producen los siguientes cambios de fase:
■ 00: la fase no cambia. ■ 01: gire la fase 90 grados. ■ 11: gire la fase 180 grados.
■ 10: gire la fase 270 grados.
Debido a que DQPSK puede modular bits de datos en pares, puede transmitir dos veces la velocidad de datos de DBPSK, o 2 Mbps.
La Figura 1-29 muestra ejemplos de modulación DBPSK y DQPSK. Cada combinación de bits de datos de entrada se muestra junto con la rotación de fase de la señal portadora que se produce. Las rotaciones de fase pueden ocurrir en varios puntos a lo largo de un ciclo; por simplicidad, solo se muestran las rotaciones al comienzo del ciclo (0 grados). Observe cuán abrupta puede cambiar la fase, de acuerdo con los bits que se modulan. El receptor debe detectar estos cambios de fase cuando demodula la señal para poder recuperar los bits de datos originales.
90° 270°
Phase Rotation
A medida que lea acerca de las técnicas de modulación inalámbrica, a menudo verá términos como DBPSK y BPSK mencionados. Las dos formas hacen
0° 360° 180°
DBPSK Modulation
Velocidad de datos de 5.5 Mbps
Para ganar más eficiencia, la codificación de código complementaria (CCK) puede reemplazar el código de Barker. CCK puede tomar 4 bits de datos a la vez y generar información redundante para crear un símbolo único de 6 chips. Se agregan dos bits más para indicar la orientación de fase modulada para el símbolo, lo que resulta en un total de 8 chips. CCK se combina naturalmente con la modulación DQPSK; los bits de orientación de dos fases determinan cuatro valores posibles de rotación de fase de señal portadora.
La velocidad de corte se mantiene estable a 11 MHz, pero cada símbolo contiene 8 chips. Esto da como resultado una velocidad de símbolo de 1.375 MHz. Cada símbolo se basa en 4 bits de datos originales, por lo que la velocidad de datos efectiva es de 5.5 Mbps.
Velocidad de datos de 11 Mbps
La velocidad de datos CCK de 5.5 Mbps se puede duplicar haciendo un ajuste en el codificador. En lugar de tomar 4 bits de datos a la vez para hacer que cada símbolo del codificador, los datos se puedan tomar de 8 bits a la vez para crear un símbolo único de 8 chips. La velocidad de símbolo CCK sigue siendo 1.375 MHz, por lo que 8 bits de datos por símbolo dan como resultado una velocidad de datos de 11 Mbps. El símbolo CCK más pequeño de 8 chips es más eficiente que el código Barker de 11 bits porque se pueden enviar más bits de datos con cada nuevo símbolo. Al mismo tiempo, CCK pierde algunos de los bits adicionales utilizados por el código Barker para recuperar la información recibida en un entorno ruidoso o de baja SNR. En otras palabras, CCK logra velocidades de datos más rápidas a expensas de requerir una señal más fuerte y menos ruidosa.
DQPSK Modulation
00 bits
bits 01
11 bits
0°
90°
10 bits
270° 180° 180°
0 bit
1 bit
OFDM
DSSS extiende los chips de una única secuencia de datos en un canal ancho de 22 MHz. Está intrínsecamente limitado a una velocidad de datos de 11 Mbps debido a la velocidad de corte constante de 11 MHz que alimenta la modulación de RF. Para escalar más allá de ese límite, se necesita un enfoque muy diferente.
Por el contrario, la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) envía bits de datos en paralelo sobre múltiples frecuencias, todas contenidas en un solo canal de 20 MHz. Cada canal está dividido en 64 subportadoras (también llamadas subcanales o tonos) que están separadas 312.5 kHz. Las subportadoras se dividen en los siguientes tipos:
■ Protección: se utilizan 12 subportadoras para ayudar a diferenciar un canal de otro y para ayudar a los receptores a bloquearse en el canal.
■ Piloto: 4 subportadoras están igualmente espaciadas y siempre se transmiten para ayudar a los receptores a evaluar el estado de ruido del canal.
■ Datos: 48 subportadoras están dedicadas a transportar datos.
La Figura muestra un ejemplo de OFDM, donde el canal 6 en la banda de 2.4 GHz tiene 20 MHz de ancho con 48 subportadoras de datos. OFDM lleva el nombre de la forma en que toma un canal y lo divide en un conjunto de frecuencias distintas para sus subportadoras. Observe que las subportadoras parecen estar espaciadas demasiado juntas, lo que hace que se superpongan. De hecho, ese es el caso, pero en lugar de interferir entre sí, las porciones superpuestas se alinean para que cancelen la mayor parte de la posible interferencia.
OFDM tiene las funciones habituales de codificación, codificación, intercalación y modulación, pero gana escalabilidad al aprovechar tantas subportadoras de datos en paralelo. Aunque las velocidades de datos a través de cada subportadora son relativamente bajas, la suma de todas las subportadoras da como resultado una alta velocidad de datos agregados.
OFDM ofrece muchas velocidades de datos diferentes a través de varios esquemas de modulación diferentes. Debido a que OFDM se preocupa por mover datos en paralelo a velocidades más altas, la cantidad de información que se repite para la resiliencia puede variar. Los codificadores utilizados con OFDM se nombran de acuerdo con la fracción de símbolos que son nuevos o únicos, y no se repiten. Por ejemplo, BPSK 1/2 designa que la mitad de los bits son nuevos y la otra mitad se repite. BPSK 3/4 utiliza un codificador que presenta datos nuevos de tres cuartos y repite solo un cuarto. Como regla general, una fracción mayor significa una mayor velocidad de datos, pero una menor tolerancia a los errores.
Por ejemplo, 16-QAM usa 2 bits para seleccionar la rotación de fase QPSK y 2 bits para seleccionar el nivel de amplitud, dando 4 bits o 16 cambios de modulación únicos. La Figura 1-31 ilustra una operación 16-QAM. DQPSK (2 Bits) + Amplitud (2 Bits) = 16-QAM (4 Bits)
0000
0101
1010
1111
El número de resultados posibles siempre se proporciona como un prefijo al nombre QAM, seguido de la relación del codificador de datos nuevos. En otras palabras, 16-QAM está disponible en 1/2 y 3/4, proporcionando velocidades de datos de 24 y 36 Mbps, respectivamente. Más allá de eso, 64-QAM usa 8 cambios de fase y 8 niveles de amplitud para producir 64 cambios de modulación únicos. Los métodos 64-QAM 2/3 y 64-QAM 3/4 ofrecen 48 y 54 Mbps, respectivamente.
El mismo esquema se extiende aún más con 256-QAM 3/4 y 256-QAM 5/6. Como indica el prefijo 256, se combinan 16 cambios de fase diferentes y 16 niveles de amplitud diferentes para producir 256 cambios de modulación únicos, que codifican efectivamente 8 bits de datos a la vez. Con tantos cambios y niveles en uso, los receptores pueden tener un trabajo difícil para determinar con precisión los valores transmitidos originales, especialmente cuando hay ruido presente. A medida que los esquemas de modulación se vuelven más complejos (el prefijo QAM aumenta), la relación señal-ruido debe ser mayor.
0000
1111 16 Unique
Practica del tema
1. ¿Cuál de los siguientes es el estándar común que define el
funcionamiento de la LAN inalámbrica?
a. IEEE 802.1
b. IEEE 802.1x
c. IEEE 802.11
d. IEEE 802.3
2. ¿Cuál de las siguientes representa las bandas de frecuencia
comúnmente utilizadas para conexión inalámbrica? LAN? (Escoge
dos.)
a. 2.4 MHz
b. 2.4 GHz
c. 5.5 MHz
d. 11 GHz
e. 5 GHz
3. Dos transmisores funcionan cada uno con un nivel de potencia de
transmisión de 100 mW. Cuando compara los dos niveles de
potencia absoluta, ¿cuál es la diferencia en dB?
a. 0 dB
b. 20 dB
c. 100 dB
d. No puede comparar los niveles de potencia en dB.
4. Un transmisor está configurado para usar un nivel de potencia de
17 mW. Un día se reconfigura para transmitir a un nuevo nivel de
potencia de 34 mW. ¿Cuánto ha aumentado el nivel de potencia en
dB?
a. 0 dB
b. 2 dB
c. 3 dB
d. 17 dB
e. Ninguna de esas respuestas es correctas. Necesitas una calculadora
5. El transmisor A tiene un nivel de potencia de 1 mW y el
transmisor B es de 100 mW. Compare el transmisor B con A
usando dB, y luego identifique la respuesta correcta de las
siguientes opciones.
a. 0 dB
b. 1 dB
c. 10 dB
d. 20 dB
e. 100 dB
6. Un transmisor normalmente usa un nivel de potencia absoluta de
100 mW. A través del curso de los cambios necesarios, su nivel de
potencia se reduce a 40 mW. ¿Cuál es el cambio de nivel de
potencia en dB?
a. 2.5 dB
b. 4 dB
c. –4 dB
d. –40 dB
e. Ninguna de las respuestas es correcta ¿Justifique?
7. Considere un escenario con un transmisor y un receptor que están separados por cierta distancia. El transmisor utiliza un nivel de potencia absoluto de 20 dBm. Un cable conecta el transmisor a su antena. El receptor también tiene un cable que lo conecta a su antena. Cada cable tiene una pérdida de 2 dB. Las antenas de transmisión y recepción tienen una ganancia de 5 dBi. ¿Cuál es la EIRP resultante?
a. +20 dBm
b. +23 dBm
c. +26 dBm
d. +34 dBm
e. Ninguna de las respuestas es correcta. Justifique
¿Cuál de los siguientes representa la mejor calidad de señal
recibida? Los valores de ejemplo se dan entre paréntesis.
a. Low SNR (10 dB), Low RSSI (–75)
b. High SNR (30 dB), Low RSSI (–75)
c. Low SNR (10 dB), High RSSI (–30)
d. High SNR (30 dB), High RSSI (–30)
9. ¿Cuál de los siguientes tipos de modulación puede admitir las
velocidades de datos típicas de 1, 2, 5.5 y 11 Mbps?
a. OFDM
b. FHSS
c. DSSS
d. QAM
10. Ponga los siguientes esquemas de modulación en orden de la
cantidad de cambios posibles que se pueden hacer a la señal portadora, de menor a mayor.
a. 16-QAM
b. DQPSK
c. DBPSK
d. 64-QAM
11. La modulación 64-QAM altera dos de los siguientes aspectos de
una señal de RF.
a. Frecuencia
b. Amplitud
c. Fase
d. Cuadratura
¿En cuales cosas debe concentrarse los esfuerzos de la ingeniería
inalámbricas para minimizar las variables de los equipos para la interconexión?
¿Qué es la amplitud de la onda?
