dBm y Potencia

Teoria de Radio Wireless LAN, WLAN

En este primer capitulo hablaremos un poco de energia y teoria de radio, asi como introducir algunos conceptos y formulas de energia y transmision para luego en la proxima entrega tener los conocimientos para planear un link de transmision Wireless Lan (WLAN).

Energía

La energía es expresada en Watts o en las unidades relativas a Decibel comparadas con milliwatts (dBm).

Conversión de Watts (W) a decibeles milliwatts (dBm) :

(dBm= 10*log10(P/ 0.001))

– Las tarjetas Orinoco tienen una energía output de 30mW
– Las tarjetas Proxim tienen una energía output de 100mW

Antena

La ganancia de una antena está normalmente dada en decibeles isotrópicos dBi. Es la ganancia de energía en comparación con una antena isotrópica (antena que difunde energía en todas las direcciones con el mismo poder, la vista teórica en realidad no existe).

Algunas antenas tienen su ganancia expresada en dBd, es la ganancia comparada con una antena dipolo. En este caso tienes que sumar 2.14 para obtener la ganancia correspondiente en dBi.

Cuanto más ganancia tenga la antena mayor es la directiva (energía enviada en una dirección preferida).

Las antenas que vienen con los kits WLAN generalmente no tienen mucha ganancia (2.14 dBi). Muchos de los adaptadores PCI o USB para desktops entran en este apartado, dichas tarjetas vienen con antenas de no mas de 2.5 pulgadas, como por ejemplo el DWL-510 de D-Link o el WUSB11

La ganancia de antena es la misma para recibir y transmitir.

Pérdida en un cable coaxial en 2.45 GHz

Aquí hay algunos valores de pérdida para cables coaxiales comunes:

– RG 58 (muy común, usado para Ethernet): 1 dB por metro.
– RG 213 (negro grande, muy común): 0.6 dB por metro.
– RG 174 (delgado, como el que se usa para cables adaptadores pigtail): 2 dB por metro.
– Aircom : 0.21 dB por metro.
– Aircell : 0.38 dB por metro.
– LMR-400: 0.22 dB/m por metro.

Energía irradiada

La energía irradiada (energía enviada por la antena) puede ser fácilmente calculada (en dBm):

Energía irradiada [dBm] = Energía de transmisor [dBm] – pérdida de cable [dB] + ganancia de antena[dBi]

El límite legal de energía irradiada (EiRP) para WLAN es generalmente puesto a 100mW (= +20dBm) pero depende de las regulaciones del país.

Pérdida de espacio libre en 2.45 GHz

Es la pérdida de energía de recorrido de onda en espacio libre (sin obstáculos).

Sensitividad de receptor

El receptor tiene un threshold mínimo de energía recibida (en el conector de la tarjeta) para el que la señal tiene que alcanzar un cierto bitrate. Si la energía de señal es más baja que el bitrate máximo alcanzable será decrementada o se decrementará el performance. Por lo que hemos usado mejor un receptor con un valor de threshold bajo, aquí hay algunos valores típicos de sensitividad de receptor:

– Tarjetas Orinocco PCMCIA Silver/Gold : 11Mbps => -82 dBm ; 5.5Mbps => -87 dBm; 2Mbps=> -91 dBm; 1Mbps=> -94 dBm.
– Tarjetas CISCO Aironet 350: 11Mbps => -85 dBm ; 5.5 Mbps => -89 dBm; 2 Mbps => -91 dBm; 1 Mbps => -94 dBm.
– Tarjeta Proxim Symphony ISA (1.6 Mbps): 1.6 Mbps => -77 dBm ; 0.8 Mbps => -85 dBm.

(Estos son valores dados por el fabricante).

Signal to Noise Ratio (Proporción Señal a Ruido)

La sensitividad del receptor no es el único parámetro para el receptor, también tenemos que tener en cuenta la proporción de energía signal to noise. Es la diferencia de energía mínima a alcanzar entre la señal recibida deseada y el ruido (ruido termal, ruido industrial debido por ejemplo a hornos a microondas, ruido de interferencia debido a otra WLAN en la misma banda de frecuencia). Está definido como:

Proporción Señal/Ruido [dB] = 10 * Log10 (Poder de Señal [W] / Poder de ruido [W])

Si la señal es más poderosa que el ruido, la proporción señal/ruido (también llamada proporción S/N) será positiva. Si la señal está oculta en el ruido, la proporción será negativa. Para poder trabajar en una cierta proporción de datos el sistema necesita una mínima proporción S/N:

Orinoco PCMCIA Silver/Gold: 11Mbps => 16 dB ; 5.5 Mbps => 11 dB ; 2 Mbps => 7 dB ; 1 Mbps => 4 dB.

Si el nivel de ruido es muy bajo entonces el sistema estará más limitado por la sensitividad del receptor que por la proporción S/N. Si el nivel de ruido es alto entonces será la proporción Señal/Ruido que contará para alcanzar una proporción de datos dada.

Si el nivel de ruido es alto necesitaremos más energía recibida. En condiciones normales sin ninguna otra WLAN en la frecuencia y sin ruido industrial el nivel de ruido será de alrededor de -100dBm. Por ejemplo, para alcanzar una proporción de datos de 11 Mbps con una tarjeta Orinoco 802.11b podríamos necesitar una energía recibida de 16dB más alta (S/N ratio) por lo que un nivel de -100+16=-84 dBm pero en realidad la sensitividad mínima del receptor está en -82 dBm…más alto que -84. Significa que en este caso la sensitividad mínima del receptor es el factor limitante para el sistema.