Conceitos de RF e Wireless Outdoor. Eng. Alessandro C. Bianchini alessanc@gmail.com

Transcrição

1 Conceitos de RF e Wireless Outdoor Eng. Alessandro C. Bianchini alessanc@gmail.com

2 Apresentação Alessandro Coneglian Bianchini exerce a função de engenheiro na NEC Brasil, atuando na elaboração de projetos e implantação de VoIP, Wireless, Redes e Segurança da informação; formado em engenharia elétrica com ênfase em telecomunicações pela Escola de Engenharia Mauá-SP, pós-graduado em segurança da informação pelo IBTA-SP e também pós-graduado em engenharia de rede e sistema de telecomunicações pelo INATEL-MG; Possui certificações de fabricantes como Cisco,Allied Telesyn, Fortinet e Vmware.

3 Certificações VCP 4 Vmware Certified Professional 4.0 VCP 3 Vmware Certified Professional 3.0 ITIL v3 Foundation CCNP - Cisco Certified Network Professional CCDP - Cisco Certified Design Professional CCVP - Cisco Certified Voice Professional CCSP - Cisco Certified Security Professional CCNA - Cisco Certified Network Associate CCDA - Cisco Certified Design Associate CAWDS Cisco Advanced Wireless Design Specialist CAWFS Cisco Advanced Wireless Field Specialist CISS - Cisco Information Security Specialist CIOSSS - Cisco IOS Security Specialist CFWS - Cisco Firewall Specialist CIPSS - Cisco IPS Specialist FCNSA- Fortinet Certified Network Security Administrator CAIR Certified Allied installation Router CAIS Certified Allied installation switch CASE Certified Allied system engineer 4011 Recognition - CNSS (Committee on National Security Systems) 4013 Recognition CNSS (Committee on National Security Systems)

4 Notação de engenharia 10 ^ 3 Kilo 10 ^ 6 Mega 10 ^ 9 Giga 10 ^ 12 Tera 10 ^ -3 mili 10 ^ -6 micro 10 ^ -9 nano 10 ^ -12 Pico

5 Espectro

6 Amplitude

7 Freqüência 1GHz 1 bilhão de Ciclos por segundo 60Hz 60 Ciclos por segundo

8 Comprimento de onda (λ) Velocidade da luz no vácuo = m/s Freqüência (Hz) = / λ λ( 2,4 GHz) = / λ( 2,4 GHz) = 12,5 cm

9 Espectro X Comprimento de onda

10 Fase

11 Ganho x perdas

12 Reflexão

13 Refração

14 Difração

15 Scattering

16 Condições Ambientais Tempo: Neve Gelo e neve Chuvas fortes Water film Tempestades e Ventos Fortes Desalinhamento Raios Queima do equipamento - Protetor de surto.

17 Antena Direcional Parabólica 24dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 24dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 50 Watts Características Mecânicas Peso 2,18 Kg Dimensão do Grid 100,3cm x 59,7 cm Material de Construção Liga de Magnésio Fundido Ângulo de Elevação 0 à 10 Graus Temperatura de Operação -45 C à +85 C Resistência a Ventos 200 Km/h Polarização H / V Conectorização Tipo "N" Macho

18 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical Padrão de Radiação Horizontal

19 Antena Omnidirecional Dipólo 8dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 8dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 100 Watts Características Mecânicas Peso 0,7 Kg Dimensão da Antena 40,64 cm Material de Construção Fibra de Vidro Ângulo de Elevação -10 à 10 Graus Temperatura de Operação -45 C à +85 C Resistência a Ventos 150 Km/h Polarização H / V Conectorização Tipo "N" Fêmea

20 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical

21 Antena Omnidirecional Dipólo 15dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 15dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 100 Watts Características Mecânicas Peso 1,16 Kg Dimensão do Grid 100,52 cm Material de Construção Fibra de Vidro Ângulo de Elevação 0 à 10 Graus Temperatura de Operação -45 C à +85 C Resistência a Ventos 200 Km/h Polarização H / V Conectorização Tipo "N" Fêmea

22 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical

23 Antena Direcional Yagi 14dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 14dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 50 Watts Características Mecânicas Peso 0,81 Kg Dimensão do Grid 48,2cm x 7,6cm Material de Construção Polímeros Ângulo de Elevação -20 à 20 Graus Temperatura de Operação -15 C à +65 C Resistência a Ventos 200 Km/h Polarização V Conectorização Tipo "N" Macho

24 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical Padrão de Radiação Horizontal

25 Antena Setorial 20dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 20dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 250 Watts Características Mecânicas Peso 10,88 Kg Dimensão do Grid 132cm x 30,5cm x 5cm Material de Construção Fibra de Fibra e Epoxy Ângulo de Elevação -6,5 à +6,5 Graus Temperatura de Operação -25 C à +75 C Resistência a Ventos 200 Km/h Polarização V Conectorização Tipo "N" Fêmea

26 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical Padrão de Radiação Horizontal

27 Antena Setorial Painél 12dBi Características Elétricas Frequência MHz Ganho 24dBi Impedância 50 Ohms Potência Máx. Admitida 50 Watts Características Mecânicas Peso 1,1 Kg Dimensão do Grid 100,3cm x 59,7 cm Material de Construção Fibra de Vidro Ângulo de Elevação -40 à +40 Graus Temperatura de Operação -5 C à +65 C Resistência a Ventos 200 Km/h Polarização V Conectorização Tipo "N" Macho

28 Lóbulo de Radiação Padrão de Radiação Vertical Padrão de Radiação Horizontal

29 Protetor de Surto a Gás 0~3 GHz Impedância de 50 ohms Perda de Sinal de 0.9dB Descarga Elétrica Máx. de 5KV Construção em Alumínio Anodizado Conectores N Fêmea e N Macho Dimensões de 82mm x 30mm x 20mm

30 Divisor de Potência 1 x 2 Impedância de 50 ohms Perda de Sinal de 0.4dB 1 porta IN e 2 portas OUT Construção em Alumínio Conectores N Fêmea Dimensões de 11,6mm x 6,6mm x 4,3mm Resistente à Água (uso externo)

31 Divisor de Potência 1 x 4 Impedância de 50 ohms Perda de Sinal de 0.4dB 1 porta IN e 4 portas OUT Construção em Alumínio Conectores N Fêmea Dimensões de 11,6mm x 6,6mm x 4,3mm Resistente à Água (uso externo)

32 Cabos de RF

33 Atenuação do cabo

34 Conectores tipo N

35 Conector Tipo TNC

36 Conector tipo SMA

37 Perdas de conexão

38 Perda no cabo

39 Potência (regra pratica) Log(-100) = indefinido Log(0) = indefinido 1mW = 0 dbm 1/2 X Potência (mw) : 10log1/2 = -3 db 2 X Potência (mw) : 10 log 2 = 3 db 1/4 X Potência (mw) : 10 log 1/4 = -6 db 4 X Potência (mw) : 10 log 4 = 6 db

40 Perda(LOSS) e Ganho(GAIN) GanhodB=10 log10(potencia saída/potencia de entrada) PerdadB=10 log10(potencia entrada/potencia de saída) Exemplo: P. Entrada = 10mW P. Saída = 10 W GanhodB=10 log10(10/0,01) = 30 db P. Entrada = 25W P. Saída = 100 W PerdadB=10 log10(25/100) = -6 db

41 Exercício

42 Tabela de referencia

43 Nomenclatura - dbm - Equipamentos ativos Usado para expressar o ganho de transmissores, receptores, amplificadores. dbm expressa valor absoluto de potência relativo a 1mW: dbm = 10 Log ( mw / 1) Pt = 1 mw = 0 dbm Pt = 250 mw = 24.0 dbm Pt = 32 mw = 15 dbm Sensibilidade de recepção Pr = -82 dbm (a 11 Mbit/sec)

44 Nomenclatura - dbi - Ganho de Antenas Direcionamento do sinal em uma certa direção resultando em um aumento de alcance de propagação Relativa à antena Isotrópica. A antena isotrópica é uma antena teórica que não existe, que é colocada em espaço livre, radiando potência em todas as direções (esfera). O Ganho da Antena é expresso em dbi ( Nível de potência relativo a potência da antena isotrópica). Esse é o ganho no ponto de 0 db do Diagrama Polar. O ganho varia segundo a direção

45 Modelamentos dos canais de RF Line-of-sight(LOS) Modelo simples Non-line-of-sight(NLOS) Baseado em vários componentes Perda por dispersão Reflexão e scattering Shadowing Perda de penetração Multi-path Interferencia inter-simbolo

46 Linha de visada(los)

47 Enlace de radio básico

48 Perdas na transmissão

49 Calculo de enlace Perdas de Propagação Output power EIRP IRL Receiver Sensitivity TX CABO CABO RX Conector Conector Antena EIRP- Effective Isotropic Radiated Power IRL Isotropic Received Level EIRP = perda de propagação + IRL Margem = IRL esperado IRL requerido Margem usual = 10 db

50 Primeira Zona de Fresnel First Fresnel Zone Direct Path = L Reflected path = L + λ/2 Food Mart

51 Regra geral n D1 D2 Raio = 17,3 f D Raio = metros D1= distância da 1ª antena ao ponto de reflexão (Km) D2 = distância da 2ª antena ao ponto de reflexão (Km) D = D1+ D2 f = freqüência (GHz) n = número da zona de Fresnel (1a, 2a, 3a, etc)

52 Altura das antenas Obstrução de 60% da primeira zona de Fresnel 0,6 r d1 d2 h2 h1 d1 = 300m d2 = 700m F = 2,4 GHz h1 = 8 m h2 = 12m Raio = 5,11 60% do raio = 3,07 Alt. Obstrução max = h2 0,6 r Alt. obstrução max = 12 3,07 Alt. Obstrução max = 8,93m Não precisamos de torre

53 Efeito curvatura da terra na altura da antena Fator curvatura(km) = D²/(8 * 1,333 * 6378)

54 Calculo das alturas das antenas Distancia r Zona de Fresnel 0,6 * r Zona fresnel Fator curvatura(m) 0,1 1, , ,00 0,2 2, , ,00 0,3 3, , ,00 0,4 3, , ,00 0,5 3, , ,00 0,6 4,325 2,595 0,01 0,7 4, , ,01 0,8 4, , ,01 0,9 5, , ,01 1 5, , ,01 2 7, , ,06 3 9, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,84 Altura Total 1,06 1,50 1,84 2,12 2,37 2,60 2,81 3,01 3,19 3,36 4,80 5,94 6,94 7,86 8,74 9,59 10,42 11,24 12,07 20,88 31,61 44,77 60,53

55 Modelos de propagação Modelos Empírico Power Law Okumura-Hata COST 231 Hata Halfish-Ikagami Lee IEEE SUI Modelos Físico Free Space Free Space + RMD TIREM Longley-Rice Anderson 2D

56 Perdas de propagação Espaço livre PathLoss = ((4xπx r)/λ)² = ((4xπx f)/c)² Onde f = Freqüência (Hz) r = distancia (m) c = velocidade da luz 3x10^8 PathLossdB = 20 log10(d)+ 20 log10 (f)+32,45 Onde f = Freqüência (MHz) r = distancia (Km)

57 Aonde o a atenuação espaço livre é valido Básico para outros modelos de propagação Link ponto a ponto para sistemas microondas Link de comunicação de satélite

58 Regra do 6dB Valido para freqüência de 2,4GHz

59 Exercício de calculo de enlace Perdas de Propagação Output power EIRP IRL Receiver Sensitivity TX CABO CABO RX Conector Antena Conector Potencia do transmissor = 100mW Perda no conector = 1dB Perda no cabo = 3dB Ganho antena = 10 dbi Sensibilidade do receptor = -90dBm Freqüência = 2,4 GHz Qual a distancia máxima do enlace?