¿Como se calcula el alcance en una conexión wireless?

Antes de explicar como calcular el alcance en una conexión wifi, algunos quizás se pregunten que es el alcance. Digamos que el alcance es la distancia física y lineal entre dos puntos que permiten una conexión inalámbrica posible. Pero también sabemos que la forma de la onda del espectro radioeléctrico de las señales wireless no son lineales sino que presentan diferentes tipos en función de las antenas usadas. Imaginemos un comunicación entre antenas direccionales, quizás su alcance sea de varios kilómetros, pero a lo mejor con un tercer punto y manteniendo los mismo equipos esta comunicación no es posible. Por lo tanto aunque el alcance de una antena depende también de factores como los obstáculos o las interferencias, lo que se suele hacer es realizar el calculo suponiendo unas condiciones ideales y, posteriormente, estimar unas perdidas adicionales por falta de condiciones ideales. ¿Cual puede ser el alcance de un equipo wireless? La respuesta viene de la experimentación. Se hace la instalación y se comprueba con un ordenador portátil la calidad de la señal a distintas distancias. No obstante, existen alternativas teóricas a esta practica: por un lado, existen distintas Web en Internet que ofrecen utilidades de calculo, por otro, podemos hacer un calculo teórico manual si se dispone de las características técnicas de los cables, conectores y antenas. Respecto a los sitios Web, hay tantos que ni los diré, para no perder pagerank. Además que mi intención es pretender que seáis vosotros mismos capaces de hacer los cálculos y no depender de nadie que lo haga por ti mismo. En cuanto al calculo teórico existen multitud de formulas complejas, pero para nuestra instalación veremos como hacerlo de forma muy rápida e intuitiva. En esta pagina no voy a entrar en cálculos complicados ni en formulas con integrales doble, primero por que no se tanto del tema y segundo por que solo pretendo que lo uséis como análisis rápido de vuestras instalaciones, y sobre todo los aspectos mas importantes que tenéis que tener a la hora de elegir vuestros equipos inalámbricos. Perdida de propagación La perdida de propagación es la cantidad de señal necesaria para llegar de un extremo de la conexión wireless al otro. Es decir la cantidad de señal que se pierde al atravesar un espacio. Las señales electromagnéticas se propagan por el medio a la velocidad de la luz. Incluso tienen la capacidad y habilidad de poder traspasar paredes, techos puerta o cualquier obstáculo (teóricamente claro). Además gracias al fenómeno conocido como difracción pueden colarse por los pequeños agujeros gracias a un fenómeno conocido como difracción. En cualquier caso, unos obstáculos los pasa mas fácilmente que otros. El hacer un calculo teórico del alcance de una señal, considerando todos los posibles obstáculos, resulta algo complicado teniendo en cuenta la finalidad a la que se dedican estos cálculos, que es para nosotros mismos. Por lo tanto, lo mejor es llevar el calculo al espacio abierto sin obstáculos. Si necesitáis cálculos mas exactos podéis recurrir a la formula de perdida de propagación de Egli, pero no lo creo oportuno seguir hablando de ello. En un espacio sin obstáculos, la perdida de propagación, podéis calcularla con la siguiente formula: Pp = 20log(d/1000) + 20log(f*1000) + 32,4 Donde Pp indica la perdida de propagación en decibelios (dB), d es la distancia en metros y f es la frecuencia en GHz. EL valor de la frecuencia depende del canal en el que se tenga configurado el equipo. La constante 32,4 suele venir erróneamente en muchas paginas de Internet, que han confundido el valor de 32 por 94, sin embargo hay sitios que si la ponen bien. Y en otros la definen como 32,45 que quizás si sea mas correcto. También podemos resumirla como: Pp = 20log(d) + 20log(f) + 32,4 Pero en este caso, Pp indica la perdida de propagación en decibelios (dB), d es la distancia en kilómetros y f es la frecuencia en MHz. Para hacer cálculos aproximados para nuestras instalaciones podemos considerar la frecuencia de 2,4GHz (2400MHz). En esta caso la formula quedaría resumida en la siguiente: Pp = 20log(d/1000) +100 Donde Pp indica la perdida de propagación en decibelios (dB) y d es la distancia en metros. O también: Pp = 20log(d) +100 Donde Pp indica la perdida de propagación en decibelios (dB) y d es la distancia en kilómetros. Por lo tanto observar que la perdida de propagación esta relacionada con el canal elegido. es decir el canal 1 tiene una menor perdida de propagación que el canal 11. Solo tenéis que ver que la frecuencia para cada canal es diferente: Relación de frecuencias y canales Perdidas y ganancias Además de las perdidas de propagación, en una instalación wireless existen distintos dispositivos que producen perdidas o aportan ganancia a la señal. El calculo teórico del alcance de un transmisión se basa en sumar los factores de la instalación que aportan ganancias y restar los que producen perdidas. Al final, obtendremos un nivel de señal. El que este nivel de señal sea suficiente para una buena recepción depende del equipo receptor. Pero recordad que hay que calcular el proceso inverso, es decir las comunicaciones wireless son siempre bidireccionales y los datos técnicos para cada equipo son diferentes si están emitiendo o recibiendo. Es decir un cliente (tarjeta wireless) puede trasmitir datos a un punto de acceso y este no recibirlos, y al contrario, puede ser que el punto de acceso puede trasmitir datos a un cliente (tarjeta wireless) y este si recibirlos. Por lo tanto hacer la doble comparación y el doble calculo ya que las ganancias de emisión y recepción pueden no ser las mismas. Las antenas y amplificadores wireless añaden ganancias. AL igual que las tarjetas y los puntos de acceso. Pero los conectores y los cables añaden perdidas. Hay fabricantes que especifican la pedida en dbi de sus pigtails y componentes pero la mayoría no. Y cuando lo hacen no se refieren a todo el conjunto sino solo al cable, así que en el caso de usar latiguillos haremos nosotros mismos el calculo de la perdida. Paras los cables usad este tabla: Tabla de perdidas Y para el conector como es difícil de saber con que calidad esta fabricado podéis considerar un perdida de 0.5dB por cada conexión. Y diego conexión porque en este proceso se incorporan 2 conectores, es decir el macho y la hembra y no hace falta estimar esa doble perdida. Es decir el conector en si no produce perdida significativa a no ser que este defectuoso, la perdida viene dado por su ensamblado al cable, dicha perdida es difícil de valorar por nosotros y mas si el pigtail lo hemos construido nosotros mismos. En los conectores no solo es importante la perdida en el ensamblado con el cable sino la perdida de inserción que corresponde al unir los dos conectores. Con el desgaste de los días, esta perdida puede ser bastante considerada si hacemos un mal uso de la conexión. Por lo tanto cuando tengamos los datos técnicos de una tarjeta wireless, si incorpora conector externo, sea el que sea le tendremos que añadir una perdida de 0.5dB y lógicamente sumarle la ganancia de la antena que incorpore. Esto es debido a que el fabricante no considera todo el producto en su conjunto tal como lo vende sino solo la parte principal es decir (sin la antena). Si se desea tener en cuenta las condiciones ambientales, se puede estimar unas perdidas adicionales de 20dB. Por lo tanto tendremos que el nivel de señal (Sr) que recibe un equipo receptor enviada por un equipo transmisor seria: Sr = Gse - Pce - Pae + Gae - Pp + Gar - Pcr - Par - Pa Por supuesto todos los valores en dB. Ya que en todos los casos se habla de ganancias y de perdidas. En el caso de solo conocer las potencia de salida, ya os explicare como convertirlas a ganancia. Sr = Nivel de señal que le llega al equipo receptor. Siempre sera negativo (dB). Gse = Ganancia de salida del equipo transmisor. Es la potencia en dB con la que sale la señal de equipo transmisor. Muchas veces oiréis hablar de potencia de emisión, pero si estamos hablando de decibelios (dB) esto es un error consentido. Si hablamos de potencia tienes que ser en Watios (W) que serán los datos que la mayoría de fabricantes nos muestran, pero que cometen el error de llamarlo ganancia de salida. Posteriormente os explicare como hacer la conversión de (Potencia emisión en Watios a Ganancia de salida en dB). Gae = Ganancia de la antena del equipo transmisor. Pce = Perdida cables equipo transmisor ( en el caso que usemos un pigtail y una antena externa) Pae = Pérdida conectores equipo transmisor. Si es una tarjeta PCMCIA o USB sin conector externo será cero, en todos lo demás casos y aunque no se tenga un pigtail para conectar a la antena, esta perdida debe ser considerada porque el fabricante solo determina la Gse sin tener en cuenta la perdida en la inserción con la antena externa. también es aplicable a los puntos de acceso y routers inalámbricos. Pp = Perdida de propagación, que ya sabemos como calcular. Gar = Ganancia de la antena del equipo receptor. Pce = Perdida cables equipo receptor ( en el caso que usemos un pigtail y una antena externa) Par = Perdida conectores equipo receptor. Si es un tarjeta PCMCIA o USB sin conector externo será cero, en todos lo demás casos y aunque no se tenga un pigtail para conectar a la antena, esta perdida debe ser considerada porque el fabricante solo determina la Gsr sin tener en cuenta la perdida en la inserción con la antena externa. También es aplicable a los puntos de acceso y routers inalámbricos. Pa = Perdidas adicionales debido a las condiciones ambientales. Dependiendo de las características del equipo receptor, este nivel de señal puede ser suficiente para una u otra velocidad de transmisión o para no hacer posible la comunicación. Esto es así, por que la sensibilidad de un equipo wireless para cada velocidad de comunicación lo cual es algo normal. Nota: Recuerdad de hacer el proceso a la inversa, es decir si partimos de la base que el transmisor es nuestra tarjeta wireless y el punto de acceso el receptor, tenemos que invertirlo, es decir ya he dicho que son comunicación bidireccionales y la definición transmisor-receptor es bastante ambigua, así que posteriormente considerar al punto de acceso como receptor y al receptor como la tarjetas wireless. Como ya dije anteriormente muchos fabricantes no mencionan los valores de ganancia de salida (dB) sino que la definen como potencia de emisión. Pues también nos vale. Gse = 10*log(Pe *1000) Donde Pe es la potencia de emisión, expresada en watios. Esta formula esta mal escrita en multitud de paginas de internet y nadie se ha dado cuenta. Si bien los formularios están bien hechos pero la formula la escriben mal. Sino comprobarlo vosotros mismos, como los formularios no se ajustan a la formula dada. Por ejemplo la ponen como: 10*log(P/ 0.001) y matizan que P corresponde a la potencia en watios, y esto es un grave error ya que solo se han limitado a copiar el código java y la formula y no se han molestado en comprobarlo. Hacerlo y os daréis cuenta. O que es lo mismo; Gse = 10*log(Pem) Donde Pem es la potencia de emisión, pero expresada en miliwatios. Por ejemplo para 30-32mW que suele ser lo mas normal tendremos 14.77dB pero suelen especificar 15dB. Casos mas atípicos suelen tener 50mW, que corresponde a 17db, incluso algunas 70-80mW que corresponde a 19dB. Recuerdad que el máximo permitido por ley para emitir al aire, incluido amplificadores y antenas, seria 100mW, que corresponde a 20dB, pero se de algunos equipos que ya de serie vienen con esos 100mW, imagina si se les pone además una antena. Y por eso su precio es mucho mas elevado. Comprobaciones Una vez que hemos calculo el valor de Sr solo hay que comprarlo con los valores de sensibilidad mostrado en las características de los quipos y recodar que la información de los catálogos es vinculante. Aunque siempre se tiene la excusa de: "si, pero solo bajo ciertas situaciones ideales del entorno". Recordad que estamos tratando con valores negativos. Así que lo que tenéis que hacer antes de elegir un producto es contemplar todos estos valores, y que os digan todos los valores que necesitéis para hacer los cálculos. Por que no muchos comprueban estos datos y es importante hacerlo y nos limitamos a preguntar que equipos podemos usar, y nadie tiene todas la respuestas, yo os enseño donde os tenéis que fijar. Los valores de los equipos suelen ser diferentes respeto al estándar utilizado, es decir no serán los mismos los valores de sensibilidad respecto a 802.11a, 802.11b, 802.11g y el nuevo estándar mimo 802.11m. Como el mas usado es el 802.11b/g a la frecuencia que todos sabemos, es importante observar los valores para cada velocidad y veréis como esto cambian. Menos velocidad mas alcance de comunicación wireless, y lo mismo para la inyección de trafico si se pretende realizar una recuperación de claves validas para tu propia instalación. Esto no solo es aplicable a la sensibilidad sino también a la ganancia de salida. Gerson Depablos Electronica del Estado Solido Seccion 1