Cálculo del Presupuesto de

PotenciaMateriales de apoyo para

entrenadores en redes inalámbricas

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Metas

‣ Ser capaces de calcular cuán lejos podemos llegar con el equipo que tenemos

‣ Entender porqué para enlaces largos necesitamos mástiles elevados

‣ Conocer software que ayuda a automatizar el proceso de planificación de radioenlaces

Pérdida en el Espacio Libre‣ La potencia de la señal se reduce por el ensanchamiento

del frente de onda en lo que se conoce como Pérdida en el Espacio Libre.

‣ La potencia de la señal se distribuye sobre un frente de onda de área cada vez mayor a medida que nos alejamos del transmisor, por lo que la densidad de potencia disminuye.

Figure from http://en.wikipedia.org/wiki/Inverse_square 3

Pérdida en el Espacio Libre

‣ A la frecuencia de 2.45 GHz la pérdida en el espacio libre en decibelios es

Lfsl = 100 + 20*log10(D)

‣ ...con Lfsl en dB y D en kilómetros.

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Pérdida en el Espacio Libre (a cualquier frecuencia)

‣ Usando decibeles, la pérdida en el espacio libre a cualquier frecuencia es:

Lfsl = 92.4 + 20*log10(D)+ 20*log10(f)

‣ ...con Lfsl en dB y D en km y f en GHz

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Potencia en un sistema inalámbrico

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Potencia RX

Sensibilidad del RX

Potencia de transmisión

Presupuesto de potencia‣ Las prestaciones de cualquier enlace de comunicaciones

dependen de la calidad del equipo usado.

‣ El Presupuesto o Balance de potencia es una manera de cuantificar las características del enlace.

‣ La potencia recibida en un enlace 802.11 está determinada por tres factores: la potencia de transmisión, la ganancia de la antena transmisora y la ganancia de la antena receptora.

‣ Si esa potencia, menos las pérdidas de trayectoria es mayor que el nivel mínimo de señal recibida del receptor tendremos un enlace viable.

‣ La diferencia entre el nivel de la señal recibida y el nivel mínimo de señal recibida (también llamado sensibilidad del receptor) es el margen del enlace.

‣ El margen del enlace debe ser positivo y debemos tratar de maximizarlo (al menos 10 dB para un enlace viable).

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Ejemplo de cálculo de presupuesto de potencia:

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Estimemos la factibilidad de un enlace de 5 km, con un AP y un cliente.

El AP está conectado a una antena con una ganancia de

10 dBi, tiene una potencia de transmisión de 20 dBm y una sensibilidad de receptor de -89 dBm.

El cliente está conectado ta una antena de 14 dBi, y tiene una potencia de transmisión de 15 dBm mientras que la sensibilidad del receptor es de -82 dBm.

Los cables en ambos extremos son cortos, con una pérdida de 2dB cada uno a la frecuencia de operación de 2.4 GHz.

Enlace entre un AP y su cliente

11

+10 dBi

-2 dB

+20 dBm +14 dBi

-2 dB

-82 dBm

???

-113 dB @ 5 km

Potencia de transmisión

Potencia RX

Sensibilidad de Recepción

Presupuesto de potencia:Enlace AP - Cliente

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20 dBm (TX Potencia del AP)+ 10 dBi (Ganancia de Antena AP)- 2 dB (Pérdida en el Cable AP)+ 14 dBi (Ganancia de la Antena Cliente)- 2 dB (Pérdida en el Cable Cliente)

40 dB Ganancia Total-114 dB (Pérdida en el espacio libre @5 km)

-74 dBm (nivel de señal recibida esperado)--82 dBm (sensibilidad del Cliente)

8 dB (margen del enlace)

Dirección opuesta: Cliente - AP

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+14 dBi

-2 dB

+15 dBm +10 dBi

-2 dB

-89 dBm

???

-113 dB @ 5 km

Sensibilidad de Recepción

Potencia RX

Presupuesto de potencia:Enlace Cliente-AP

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15 dBm (TX Potencia del Cliente)+ 14 dBi (Ganancia de Cliente AP)- 2 dB (Pérdida en el Cable AP)+ 10 dBi (Ganancia de la Antena Cliente)- 2 dB (Pérdida en el Cable Cliente)

35 dB Ganancia Total-114 dB (Pérdida en el espacio libre @ 5 km)

-79 dBm (nivel de señal recibida esperado)--89 dBm (sensibilidad del Cliente)

10 dB (margen del enlace)

Zona de Fresnel

‣ La primera Zona de Fresnel es un volumen elipsoidal alrededor de la línea recta que une el transmisor con el receptor (línea de vista).

‣ La primera Zona de Fresnel es importante porque define un volumen alrededor de la Línea de vista (LOS -Line of Sight-) que debe estar despejado de todo obstáculo para que la potencia que alcanza a la antena receptora sea máxima.

‣ Objetos en la zona de Fresnel como árboles, colinas y edificios pueden atenuar considerablemente la señal recibida, aún cuando la línea visual entre el TX y el RX no esté bloqueada.

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Línea de vista y Zonas de Fresnel

la existencia de línea de vista NO GARANTIZA despeje de la Zona de Fresnel

r

Zona de Fresnel

‣ El radio de la primera Zona de Fresnel Zone en cualquier punto del trayecto entre el transmisor y el receptor viene dado por:

‣ ...donde r es el radio de la zona en metros, d1 y d2 son las distancias en metros desde los extremos del enlace al obstáculo, d es la distancia total y λ es la longitud de onda en metros.

‣ Note que esta fórmula calcula el radio de la zona, no la altura sobre el terreno. Para calcular la altura sobre el terreno requerida se resta este radio de la altura que correspondiente en la recta que une la antena transmisora con la antena receptora.

r = sqrt(d1*d2*λ)/d)

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Línea de Vista y Zonas de Fresnel

r = sqrt(d1*d2*λ)/d)

r

d1 d2

r max

Despeje de la Zona de Fresnel

y de la curvatura terrestre

Distancia(km)

1era zona(m)

70% (m)

Curvatura de la tierra (m)

Altura mínima

requerida (m)

1 5.5  3.9  0.0  3.95  12.4  8.7  1.0 9.1

10  17.5  12.2 1.5 13.715  21.4  15.0 3.3 18.320  24.7  17.3 5.9 23.225  27.7  19.4 9.2 28.630 30.6 21.4 13.2 34.6

La tabla muestra la altura mínima sobre tierra plana requerida para despejar el 70% de la primera zona de Fresnel para varias distancias a la frecuencia de 2.4 GHz.

Note que la curvatura de la tierra no es significativa a pequeñas distancias pero su efecto es muy importante al aumentar la distancia.

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Zona de Fresnel

‣ Considerando cuán importante es la Zona de Fresnel, es relevante cuantificar el efecto de su bloqueo parcial.

‣ Típicamente, 20% - 40% de bloqueo de la Zona de Fresnel introduce muy poca atenuación en el enlace.

‣ Es mejor ser conservadores y no permitir más de un 20% de bloqueo de la Zona de Fresnel.

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Radio Mobile

‣ Radio Mobile es una herramienta gratuita que ayuda en el diseño y simulación de enlaces inalámbricos.

‣ Calcula el presupuesto de potencia de un radioenlace y el despeje de la zona de Fresnel y de la curvatura terrestre. Utiliza mapas de elevación digitales DEM-Digital Elevation Maps-, SIG (GIS -Geographical Information Systems-) o también mapas digitalizados por Ud.

‣ Está hecho para Windows 95, 98, ME, NT, 2000 y XP, pero se puede utilizar en Linux y MAC mediante emuladores. Hay también una versión en línea que es independiente del sistema operativo.

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http://www.cplus.org

Radio Mobile

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‣ Usa un modelo de propagación sobre terreno irregular basado en mapas de elevación digitales para indicar el nivel de señal recibida en cada punto de la trayectoria.

‣ Radio Mobile automáticamente construye el perfil entre dos puntos del mapa digital mostrando las zonas de Fresnel y la curvatura terrestre. Permite probar diferentes alturas de las antenas para alcanza prestaciones óptimas.

Radio Mobile

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Para más detalles sobre los tópicos presentados en esta charla, vaya al libro Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en:http://wndw.net/

Para más detalles sobre los tópicos presentados en esta charla, vaya al libro Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en:http://wndw.net/

Gracias por su atenciónGracias por su atención