Métodos de transmisión II

Medios de transmisión no guiados:

En este tipo de medios, tanto la transmisión como la recepción de información se lleva a cabo mediante antenas. A la hora de transmitir, la antena irradia energía electromagnética en el medio. Por el contrario, en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que la rodea.

Características de las Señales Inalámbricas:

Según el rango de frecuencias utilizado para transmitir, el medio de transmisión pueden ser las ondas de radio, las microondas terrestres o por satélite, y los infrarrojos, por ejemplo. Dependiendo del medio, la red inalámbrica tendrá unas características u otras:

• Ondas de radio: las ondas electromagnéticas son omnidireccionales, así que no son necesarias las antenas parabólicas. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas desde la ELF que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioeléctrico que va desde 3 - 3000000000 Hz.
• Microondas terrestres: se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz.
• Microondas por satélite: se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base. El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan bastante, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias.
• Infrarrojos: se enlazan transmisores y receptores que modulan la luz infrarroja no coherente. Deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superficie. No pueden atravesar las paredes. Los infrarrojos van desde 300 GHz hasta 384 THz.
• Microondas Wi-Fi: se utilizan antenas parabólicas, generalmente de varilla o barra, con un diámetro o longitud generalmente reducido. Tienen una cobertura de pocos metros, según la potencia de emisión y recepción, medida en decibelios (dB). Pueden utilizar antenas direccionales, omnidireccionales o sectoriales, por lo que el emisor y receptor no tienen qué estar perfectamente alineados, pudiendo por tanto este tipo de señales atravesar obstáculos, aunque en cierta medida y condiciones. Utilizan frecuencias de 2,4 y 5 GHz. Para solventar los problemas de distancia y pérdida de la señal es posible utilizar repetidores para este tipo de señales y conexiones. Vamos a profundizar un poco más en este tipo de señales y el equipamiento asociado a ellas.

Señales Inalámbricas Wi-Fi:

Como hemos indicado anteriormente, son señales de tipo Microondas, que emiten a través de antenas de barra, con una cobertura pequeña y con frecuencias de 2,4 y 5 GHz., pudiéndole aplicar potenciadores o repetidores de la señal para ganar en distancia y atenuación.

1. Factores que influyen en la claridad de la señal.

• Potencia de la señal
• Distancia
• Interferencias
• Línea de visión

2. Transmisión de la señal.

Las ondas de señal de radio viajan como las vibraciones del agua de una piscina cuando se lanza un objeto. La potencia de la señal disminuye a medida que la señal se aleja de la primera onda.

Una antena direccional refleja la señal en una dirección y crea un foco en forma de cono con gran potencia. La señal no se propagada a partes iguales por todo el foco.

Igual que la luz es enfocada con más intensidad con una lupa, la señal de RF es más fuerte con un área más estrecha y central. Nos referimos al área donde la señal es más fuerte como el centro del lóbulo. Siempre siendo más débil en los extremos.

Una antena omnidireccional emite en todas las direcciones (360º) y va rebotando por los obstáculos que va encontrando, por lo que es más factible que encuentre su destino, aunque con peores resultados y potencia que una direccional. Lo mismo ocurre con una sectorial, aunque mejorando el servicio que da la omnidireccional y con menores prestaciones que la direccional.

El ancho del haz de la señal de RF depende de cómo la antena forma la señal (tipo de antena) y la distancia de la fuente de la señal. La señal se atenúa gradualmente en el borde del cono (en el caso de una antena parabólica) y no es aconsejable medir la señal desde el borde, esto no ocurre en las antenas de varilla o barra donde la intensidad es proporcional en todo el área. La amplitud del haz (no el nivel de potencia) de señal aumenta con la distancia, si se desea medir la anchura de la señal en metros, no se podrá determinar hasta que no se sepa a qué distancia estará. La potencia de la señal se mide en decibelios (dB). El número de decibelios indica la distancia de la señal respecto a su punto central, es decir el alcance de esta.

La relación entre decibelios (dB) y watios (W) es una expresión logarítmica, aunque ambos datos los podemos encontrar en la descripción de la potencia de una antena wireless.

3. Enfocar la señal.

Si la distancia de transmisión aumenta, es necesario compensar la distancia seleccionando una antena con una transmisión más enfocada y un foco más estrecho, es decir una antena directiva.

Algunos de los beneficios de utilizar antenas directivas es que al tener un foco más estrecho, las señales interferentes se minimizan a aquellas que pasen y coincidan en el haz de la misma. En casos anteriores, al tener un haz más ancho la posibilidad de encontrar interferencias era superior.

Para conseguir un enlace entre dos puntos, lo más conveniente es que los dos lóbulos principales del emisor y el receptor coincidan en al menos un punto, no es necesario que el lóbulo de cada uno de los extremos este superpuesto con el otro. En el caso de antenas de barra, sería conveniente que las antenas fueran visibles entre ellas. Pero cuanto más superposición exista entre los lóbulos del emisor y el receptor mejor será la señal en el enlace, por lo que es aconsejable que siempre estén superpuestos al 100%.

Por ejemplo: Para hacer un enlace de 1km, se tendría que poner una antena en el emisor y en el receptor que tengan un alcance de 1km, y no poner dos que tuviesen un alcance de 600 metros que solo coincidirían sus lóbulos en 200 metros.

Cuando se quieren enlazar grandes distancias, incluso una antena muy direccional puede tener un gran cono de cobertura. Por ejemplo, con algunas parabólicas de mucha ganancia se pueden conseguir distancias de hasta 20km aproximadamente, y a estas distancias el haz de la señal habrá abierto o aumentado mucho y se puede ver afectada por interferencias.

4. Línea de visión (LOS – Line Of Vision).

El éxito de un enlace de RF depende de la línea de visión. Una línea de visión sin obstáculos se llama “free space path” (Camino con espacio libre). Sin línea de visión directa, tal y como se ha comentado con anterioridad, no es posible realizar un enlace vía Wifi, aunque todo depende del tipo de antena que se utilice y de las condiciones del sitio

Un obstáculo en la línea de visión del enlace reduce o elimina totalmente la señal. La desviación de la señal al pasar alrededor de un obstáculo se llama difracción. Una reducción de la potencia de la señal es conocida como atenuación.

Si una antena apunta hacia una ventana de cristal, el cristal debido a su coeficiente de difracción atenuará en gran medida la señal. Algunos tipos de cristal reflectante ofrecen un nivel de atenuación. La señal que pasa por una construcción de madera o un bosque también será atenuada. Las hojas mojadas pueden afectar substancialmente en la señal.

También se ha de comentar, que no siempre es suficiente una visión directa entre dos puntos para realizar un enlace wireless. Ya que ha de tener un campo de visión lo suficientemente ancho como para que pase un cierto porcentaje del haz del emisor y el receptor. Existen las zonas de Fresnel que definen las anchuras y alturas necesarias para tener una línea de visión suficiente para realizar los enlaces, pero no entraremos a detallarla en estos conceptos básicos.

5. Posición estable de la antena.

Para obtener un óptimo rendimiento, se debe ajustar las antenas con la máxima precisión posible. Para asegurar un buen alineamiento de las antenas, es preciso mantenerlas en una posición estable y rígida. Esto es difícil de conseguir en exteriores y sobre todo cuando se utilizan antenas parabólicas de plato rígido montadas en mástiles flexibles, ya que el viento hará mover la antena. Hay que asegurarse que el mástil donde se instala sea rígido. Para instalaciones interiores este fenómeno es despreciable.

En conclusión, la claridad en la señal RF es un factor muy importante para obtener un buen rendimiento en el enlace Wireless. Teniendo en cuenta que resulta bastante difícil mantener una señal clara cuando se aumenta la distancia debido a todo lo explicado. Para conseguir una buena señal en distancias largas, se debe mantener el enlace RF libre de obstáculos, transmitir en los canales menos utilizados y utilizar antenas lo más directivas posibles para obtener menores interferencias.