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D3M0N

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MONTAJE DE UN ENLACE WIRELESS DE LARGA DISTANCIA

IMPORTANTE: Este documento no pretende ser una guia puramente tacnica sino mas bien un documento de orientaciín y de informaciín general para aquellos que estamos iniciandonos en el mundo wireless. Debido a mi desconocimiento de la materia, me he limitado a hacer resomenes y sintesis de otros documentos mencionados al final de este. Disculpad los errores, seran corregidos en futuras versiones de este documento.

Indice:

1.- Objetivo
2.- Materiales necesarios
3.- Factores condicionantes
3.1- Potencia de transmisiín de las tarjetas
3.2- Calidad de los conectores
3.3- Longitud y calidad del pigtail
3.4- Longitud y calidad del cable coaxial
3.5- Ganancias y tipos de antena
3.6- Distancia entre antenas
3.7- Zona de Fresnel
3.8- Condiciones del terreno y meteorolígicas
3.9- Fírmula general
4.- Hardware
4.1- Elegir entre tarjeta o AP
4.2- Potencia necesaria
5.- Antenas
5.1- Tipo necesario
5.2- Ganancias
5.3- Montaje
6.- Conexiones
6.1- Cableado
6.2- Conectores
7.- Montando el enlace
8.- Resultados
9.- Glosario
10.- Bibliografia








1.- OBJETIVO

El objetivo es enlazar dos redes a travas de una conexiín punto a punto. Dado que la ubicaciín fisica de ambas redes distan varios kilímetros entre si, hemos elegido la tecnologia 802.11b dado su bajo coste y su alto rendimiento. Con la tecnologia 802.11b se puede alcanzar una velocidad de hasta 11 Mbps.

2.- MATERIALES NECESARIOS

Para establecer el enlace hemos elegido:

· Dos PC's
· Dos tarjetas wireless 802.11b con conector de antena externa
· Dos o latiguillo conversor de tipo de conectores
· Cable coaxial y conectores
· Dos antenas

3.- FACTORES CONDICIONANTES

Los factores que van a condicionar y determinar el funcionamiento y el rendimiento del enlace son los siguientes:

· Potencia de transmisiín de las tarjetas
· Calidad de los conectores
· Longitud y calidad del pigtail
· Longitud y calidad del cable coaxial
· Ganancias y tipos de antenas
· Distancia entre antenas
· Zona de Fresnel
· Condiciones del terreno y meteorolígicas

3.1- Potencia de transmisiín de las tarjetas

Segon la potencia de transmisiín de las tarjetas, podemos clasificarlas en dos tipos generales:

· 30 mW de potencia de transmisiín (aprox. 15 dB)
· 100 mW de potencia de transmisiín (aprox. 20 dB)

Cuanto mayor sea la potencia de transmisiín, mayor sera el alcance del enlace, siempre teniendo en cuenta los demas factores condicionantes.

3.2- Calidad de los conectores

Debemos ser cuidadosos a la hora de realizar las conexiones, crimpados y soldaduras de los conectores. Es preferible gastar algo mas de dinero en conectores y herramientas de calidad y ganar en estabilidad del enlace y evitar pardidas de seíñal. Para este tipo de cableado se suele utilizar conectores de tipo N.

3.3- Longitud y calidad del pigtail

El pigtail es un latiguillo de cable que en un extremo tiene un tipo de conector que ira conectado a la tarjeta (el tipo de conector depende del modelo de la tarjeta) y en el otro extremo tiene un conector al cual conectaremos el cable coaxial. Este conector suele ser de tipo N.

Cuanto mas corto y de mas calidad sea el pigtail, menor sera la pardida de seíñal. El pigtail podemos comprarlo hecho o bien hacernos uno a medida. Se aconseja que en ningon caso el pigtail supere los 2 metros de longitud, si bien unos 20cm pueden ser suficientes.

3.4- Longitud y calidad del cable coaxial

El cable coaxial es uno de los factores mas importantes a la hora de elegir el tipo de montaje que vamos a realizar. El coaxial debera recorrer desde la antena (colocada habitualmente en el exterior del edificio y en el punto mas alto de este) hasta la ubicaciín del PC (normalmente dentro del edificio). Debemos tener en cuenta:

· Cuanto mas largo sea el cable coaxial, mayor sera la pardida de seíñal
· La calidad del cable afecta a la pardida de seíñal / metro. Podriamos decir que:

cable de menor pardida = cable mas grueso y rigido = cable mas caro
No existe longitud maxima para el cable coaxial, pero a mayor longitud, mayor pardida.

A continuaciín, una pequeíña tabla que muestra la relaciín entre modelos de cable LMR y pardida de seíñal / metro longitudinal a una frecuencia de 2.4GHz:


3.5- Ganancias y tipos de antenas

En la fírmula que veremos mas tarde, veremos que la ganancia de las antenas determina la calidad final del enlace, asi como el tipo de antena elegida. Podriamos clasificarlas en:

· Unidireccionales: el haz de rayos se emite en una sola direcciín
· Omnidireccionales: el haz de rayos se emite en todas direcciones
· Sectoriales: el haz de rayos se emite en un angulo determinado

Dentro de cada tipo de antena existen varios subtipos. Ya que el enlace que pretendemos realizar es entre dos puntos, utilizaremos dos antenas unidireccionales, cada una de ellas apuntando hacia la otra.

La antena íptima seria de tipo parabílica con biquad (se han logrado distancias de hasta 35Km con este tipo de antena), pero quiza para nuestro caso concreto nos baste con un par de antenas tipo yagi.

3.6- Distancia entre antenas

La distancia entre ambas antenas puede calcularse en caso de conocer el resto de factores determinantes. En nuestro caso, conocemos la distancia que queremos cubrir, adaptando entonces el resto de materiales a la distancia.
Cuanto mayor sea la distancia entre antenas, obviamente mayor sera la pardida de seíñal. La distancia maxima puede variar desde varios metros hasta decenas o cientos de kilímetros. Es altamente recomendado que haya una linea de visiín directa entre las antenas.
Podemos calcular la pardida de seíñal por propagaciín entre antenas con la siguiente fírmula:
Pp = 40 + 20 · Log(d) Pp = Pardida por propagaciín en dB
d = distancia en metros entre las antenas

3.7-Zona de Fresnel

La llamada zona de Fresnel es una zona de despeje adicional que hay que tener en consideraciín ademas de haber una visibilidad directa entre las dos antenas. Este factor deriva de la teoria de ondas electromagnaticas respecto de la expansiín de las mismas al viajar en el espacio libre. Esta expansiín resulta en reflexiones y cambios de fase al pasar sobre un obstaculo. El resultado es un aumento o disminuciín en el nivel de seíñal recibido.


Distancia entreantenas (en Km) Zona de Fresnel(en metros)

Nota: la zona de Fresnel expresada en la tabla (la que usaremos en la practica) es calculada segon el 70% de la 1ª zona de Fresnel a una frecuencia de 2.4GHz + la curvatura terrestre para cada distancia.

3.8- Condiciones del terreno y meteorolígicas

Los arboles, los edificios, tendidos elactricos, etc. influyen en la recepciín de la seíñal. La seíñal se reflecta en los objetos y llega con retardo de fase a la antena receptora, pudiendo provocar pardidas de seíñal. Podemos corregir este efecto desplazando 6cm longitudinalmente hacia delante o hacia atras la antena receptora (6cm es la mitad de la longitud de onda, es decir, desde un pico hasta un valle de la senoide).

3.9- Fírmula general

Para que os hagais un esquema mas grafico de la fírmula, sigue el mismo orden:

Para establecer un enlace íptimo, el Nrs debe ser mayor que la sensibilidad + margen.
Para un enlace de correcto, la sensibilidad debe ser:

· Para 11Mbit: -82dBm
· Para 5.5Mbit: -87dBm
· Para 2Mbit: -91dBm
· Para 1Mbit: -94dBm

El margen ha de ser:

· Minimo: 10dB
· Enlaces expuestos a interferencias (ciudad): 15dB
· Enlaces con condiciones climaticas adversas: 20dB

En nuestro caso, el enlace de 11Mbit que pretendemos crear, atraviesa parte de la ciudad hasta la periferia, por tanto aplicamos los -82dBm de sensibilidad y los 15dB de margen, quedando:

Nrs > -82 + 10
Nrs > -72dBm


Ejemplo:
Tomando los valores ficticios:

Pta = 15dBm
Pcoa = 2dB
Pcaa = 3.4dB
Gaa = 24dBi
Pp = 124dB *
Gab = 24dBi
Pcab = 3.4dB
Pcob = 2dB
Nrs > -72dBm

Aplicamos la fírmula:

15dBm 3.4dB + 24dBi  124dB + 24dBi  3.4dB
 2dB > -72dBm
-71.8dB > -72dB

Correcto!! El nivel de todos los factores es mayor al nivel necesario para alcanzar el enlace a 11Mbit. Por tanto, si la zona de Fresnel esta despejada, el enlace funciona.

* Los 124dB de pardida por propagaciín corresponden a una distancia de 16Km.

4.- HARDWARE

Segon las necesidades del terreno, los edificios donde se vaya a realizar la instalaciín, el presupuesto disponible, etc., debemos elegir el hardware adecuado. No es lo mismo establecer un enlace desde una habitaciín a otra en un mismo edificio que establecer un enlace desde un edificio a otro situado a varios kilímetros, como es el caso.

4.1- Elegir entre tarjeta o AP

En principio, la opciín mas barata casi siempre es una tarjeta o adaptador wireless, sea tipo PCMCIA, PCI o USB. Las tarjetas son mas baratas pero presentan el inconveniente de que tienen que estar unidas fisicamente a un PC. Los adaptadores USB tambian han de estar unidas a un PC a travas de un cable USB el cual tambian tiene una longitud maxima determinada.

Los AP o Access Point, sin embargo, son aparatos independientes capaces de actuar por si solos si estan debidamente configurados. Los AP suelen tener una salida ethernet la cual enlazaremos con nuestra red de cable o con nuestro equipo directamente, con lo cual no dependen de un PC para funcionar.

Si la distancia entre el PC y la antena es corta, merece la pena adquirir una tarjeta. Sin embargo, si la distancia entre el PC y la antena es larga, el cable coaxial debe de ser de gran calidad y por tanto muy caro, ademas de largo. Para cubrir esas largas distancias disponemos de la posibilidad de conectar un AP situado en un lugar cercano a la antena, aunque sea en el exterior o a la intemperie (existen modelos diseíñados especificamente para eso) y conectar el AP al PC a travas de cable UTP, el cual es mucho mas barato.

Si tomamos esta opciín, tambian se nos plantea la problematica de la alimentaciín del AP. Para no tener que realizar una instalaciín elactrica adicional para el AP, existe la opciín de utilizar PoE, Power over Ethernet, lo que consiste en aprovechar el cable UTP tanto para datos como para tensiín elactrica. Existen modelos de AP provistos de esta capacidad.

En nuestro caso intentaremos utilizar tarjetas en ambos puntos del enlace, aunque en uno de ellos la distancia puede llegar a ser algo larga (desde un 7Â piso hasta la azotea que es un 12Â mas prolongaciones), unos 35 metros.

4.2- Potencia necesaria

Es facil: cuanta mas potencia, mejor. Pero no conviene pasarse. Aunque la diferencia en mW es grande entre los dos tipos de tarjeta mas comunes (30mW vs. 100mW, lo cual es casi el triple), la diferencia equivalente en dBm no es tan abismal (15dBm vs. 20dBm). Por ello recurriremos mas tarde a la fírmula para calcular si nos es suficiente con tarjetas de 30mW.


5.- ANTENAS

Las antenas a elegir para nuestro caso concreto, como dijimos antes, seran del tipo unidireccional. Entre las unidireccionales existen varios tipos con varias ganancias cada uno.

5.1- Tipo necesario

Las antenas unidireccionales se dividen en:

· Yagi
· Parabílica
· Helicoidal

En nuestro caso empezaremos por hacer pruebas con antenas de tipo Yagi, debido a su facil construcciín casera y alto rendimiento. Concretamente fabricaremos antenas con latas de Pringles o latas de tomate. mas informaciín respecto a la construcciín de las antenas en la web de Sevilla Wireless.

5.2- Ganancias

Segon el documento original de OReilly, con una lata de patatas pringles podemos construir una antena de 12 dBi. Aunque segon los amigos de GAIPS, las antenas de este tipo fabricadas con determinadas latas de tomate en lugar de con latas de pringles, dan mejor rendimiento. En nuestro caso experimentaremos con ambas y anotaremos resultados.

5.3- Montaje

El montaje final de la antena es un aspecto importante a tener en cuenta. Deberiamos tener precauciín de:

· Montar las antenas de manera que tengan visibilidad directa entre si
· Ubicarlas cerca del eje del edificio, no en los extremos de aste
· Asegurarse de que la zona donde la montamos es resistente
· Afianzar bien la antena de manera que no se mueva con el viento
· La instalaciín debe tener una buena toma de tierra
· Sujetar bien el cable coaxial con bridas
· Utilizar suelas de goma si el montaje se realiza en una azotea para evitar resbalones
· Encintar y asegurar todas las conexiones
· Utilizar bridas de color negro. Las blancas se deterioran con los rayos ultravioletas
· Si es posible, proteger el coaxial con tubo corrugado o similar

6.- CONEXIONES

Cuanto mejores sean todo el conjunto cable-conectores, menor pardida de seíñal habra entre la tarjeta y la antena. Para ello hemos de elegir el cable adecuado, longitud oportuna y conectores íptimos.

6.1- Cableado

El cable que parece tener mas axito en el mundo de la radiofrecuencia es el LMR. Podemos encontrar una lista detallada de los precios oficiales de Times Microwave (fabricante del LMR) en la direcciín http://www.timesmicrowave.com/cgi-bin/byteserver/products/commercial/price/lmrprice.pdf
La pagina en espaíñol de Times Microwave es http://www.timesmicrowave.com/espanol/index.htm. Ahi encontraremos un amplio catalogo de toda la gama de LMR para poder elegir el que mejor se adapte a nuestras necesidades.
No olvidais leer la letra pequeíña donde dice que la gama LMR-UltraFlex tiene un 15% mas de atenuaciín (pardida) de seíñal.

6.2- Conectores

Existen multitud de tipos de conectores para cable coaxial, pero quiza el que mas nos conviene y el mas usado habitualmente sea el de tipo N. Podemos encontrar fotografias y descripciones en la pagina de Times Microwave, asi como las herramientas necesarias para realizar las conexiones.

7.- MONTANDO EL ENLACE

Antes de montar el enlace vamos a hacer varios calculos para orientarnos un poco y poder predecir resultados.

Aunque aon no dispongo de los datos concretos para nuestro objetivo (longitud necesaria de cable coaxial, distancia exacta entre edificios, etc.) vamos a hacer calculos aproximados usando tarjetas de 30mW. El objetivo es conocer la combinaciín idínea entre tipo de cable y antena.

Datos:

Distancia entre antenas: 10Km aprox.
Longitud cable A: 35m aprox.
Longitud cable B: 35m aprox.
Potencia tarjeta A: 15dBi
Potencia tarjeta B: 15dBi
Pardida conectores A: 2 dB aprox.
Pardida conectores B: 2 dB aprox.
Ganancia antena A: ?
Ganancia antena B: ?
Nivel de recepciín de seíñal minimo para 11Mbps: -72dBm
Calculamos la pardida por propagaciín en los 10Km:
Pp = 40 + 20 · Log(10) = 61dB

8.- RESULTADOS

Esta parte la rellenara con los resultados obtenidos.

9.- GLOSARIO

dB: decibelio, unidad logaritmica de intensidad usada para indicar potencia ganada o perdida entre dos seíñales.
dBd: ganancia en decibelios referente a una antena dipolo de onda-media estandar. Esto es una referencia mas realista de ganancia de antena.
dBi: ganancia en decibelios referente a un radiador isotrípico. Un radiador isotrípico es una antena teírica con igual ganancia a todos los puntos en una esfera isotrípica. 2.15dBi = 0dBd
dBm: decibelio referente a un milivatio dentro de una impedancia de 50 ohmios (normalmente) 0dBm = 1mW


Informacion obtenida de http://www.murciawireless.com
Última modificación: 02 de Octubre de 2012, 09:38:16 pm por D3M0N

cl1o

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Estoy por comprarme una notebook mas actual que la que tengo, se de hardware, pero no de marcas y modelos, para hacer esto, necesito un conector de antena externa? la mí­a no lo tiene.

Que modelo me recomiendan que lo traigan, y que marca de notebook?

SAludos

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D3M0N

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Estoy por comprarme una notebook mas actual que la que tengo, se de hardware, pero no de marcas y modelos, para hacer esto, necesito un conector de antena externa? la mí­a no lo tiene.

Que modelo me recomiendan que lo traigan, y que marca de notebook?

SAludos

no creo que vengan con extensor de antena, hay gente que ha modificado la pcmcia; aunque prefiero una usb!