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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES

Actividades de Aula

Redes Inalámbricas

Desarrollo conceptual Ejercicios Casos de estudio

Versión: v3.0 Abril - 2015

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES GUÍA N°1: CONCEPTOS, EJERCICIO S, Y APLICACIÓN 1.1 Objetivo de la guía N°1   

Entender conceptos teóricos fundamentales en el contexto de las comunicaciones inalámbricas. Realizar ejercicios numéricos asociados a parámetros relevantes en redes inalámbricas. Aplicar ejercicios a casos de estudio que permitan la obtención de resultados concluyentes.

1.2 Descripción general de la guía N°1 El origen de las comunicaciones inalámbricas modernas se remonta a mediados del siglo XIX, con aportes de importantes científicos, entre los que destacan: James Clerk Maxwell, Heinrich Rudolf Hertz, y Guglielmo Marconi. Este último, en el año 1899, realizó la primera comunicación inalámbrica exitosa entre dos puntos lejanos, intercomunicando Dover (Inglaterra) y Wimereux (Francia), por sobre el canal de la mancha. A lo largo del siglo XX hubo numerosas aplicaciones que utilizaban el aire como medio de propagación de señales de radio para enviar información a distancia. De esta forma nació la radio (Reginald Aubrey Fessenden) y la televisión (John Logie Baird). A fines del siglo y con la creación de la red Internet, el concepto de redes inalámbricas toma gran relevancia al instaurarse la idea de tener conexión en todo lugar que permita la movilidad. Así, nacen importantes redes que permiten el acceso a servicios de telecomunicaciones. Hoy en día los sistemas inalámbricos nos rodean; están en todo lugar. A los ya habituales sistemas de telefonía móvil, se unen las redes de datos inalámbricas, la televisión digital terrestre y satelital, los radioenlaces punto a punto, entre muchas otras tecnologías. Para el correcto funcionamiento y manejo de estos sistemas inalámbricos, resulta crucial el tener conocimiento de la teoría asociada a las formas de operación del mismo. Conceptos como bandas de frecuencia, estaciones de transmisión y recepción, antenas, frecuencia y ancho de banda, entre muchos otros, deben entenderse plenamente para lograr con éxito las labores de diseño, implementación, y mantenimiento. La Guía N°1 se divide en tres partes: conceptos, ejercicios, y aplicación. Se comienza con una etapa conceptual que cuenta con definiciones y comentarios acerca de temas inherentes a las comunicaciones inalámbricas, pero también incorpora una serie de preguntas a las que el estudiante deberá dar respuesta, basándose en lo aprendido durante las clases y lo estudiado en la bibliografía de la asignatura. La segunda etapa plantea una serie de ejercicios numéricos en donde se aplican modelos matemáticos usados comúnmente en el ámbito de las comunicaciones inalámbricas. La etapa final recoge todo el aprendizaje obtenido en los pasos anteriores, para aplicarlo en base al planteamiento de casos hipotéticos, donde se deberá evaluar, recoger datos entregados, realizar ejercicios, y determinar resultados, concluyendo acerca de la viabilidad técnica y las características que tendría el sistema en estudio.

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1.3 PARTE 1: DESARROLLO CONCEPTUA L En esta parte se trabaja con contenidos asociados a la Unidad 1. Fundamentos de comunicaciones inalámbricas, además, se incorpora algunos ejercicios correspondientes a contenidos de la Unidad 2. Componentes y dispositivos de un sistema inalámbrico, específicamente en temáticas referidas a parámetros de antenas y elementos de distribución de señal.

UNIDAD I: FUNDAMENTO S DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS El desarrollo de los contenidos de la Unidad 1. Fundamentos de comunicaciones inalámbricas de la asignatura Redes Inalámbricas, debe permitir al alumno responder como mínimo, las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es el espectro electromagnético? Mencione las porciones en que este se divide. RADIO, MICROONDAS, INFRARROJO, VISIBLE, ULTRAVIOLETA, RAYOS X, RAYOS GAMMA 2. Realice un diagrama representativo de un sistema de telecomunicaciones inalámbrico.

3. ¿Qué es una onda electromagnética?, ¿Qué característica tienen sus dos componentes? SON ONDAS QUE NO NECESITAN UN MEDIO MATERIAL PARA PROPAGARSE COMO LA LUZ, ONDAS DE RADIO, TELEVISIÓN Y TELEFONÍA. Componentes: -Eléctricos y magnéticos. 4. Defina los siguientes conceptos e indique en qué unidad se mide cada uno de ellos: 

Frecuencia: Es la repetición de un hecho o suceso. Las veces que se repite este proceso durante un intervalo de tiempo. Se mide en HERTZ (Hz)



Longitud de onda: La distancia que recorre una perturbación periódica que se propaga por un medio en un determinado intervalo de tiempo. Se mide en mm, cm, m, etc.



Período: Es el tiempo que se tarda un móvil en dar una vuelta, revolución o ciclo completo. Se mide en segundos.



Fase: Es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. Se mide en ángulos, grados o radianes.



Amplitud: Es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasioperiódicamente en el tiempo. Se mide en voltios o amperios, candelas, pascal, milibar o longitud.

5. Enumere los principales parámetros que intervienen en una comunicación inalámbrica.

1.- Ondas de radio 2.-Modulación de la portadora (receptor y transmisor)

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 6. Comente acerca de las pérdidas de espacio libre.

Es el fenómeno que sucede que cuando la señal se reduce por el ensanchamiento del frente de onda. Esta señal se distribuye sobre un frente e onda de área cada vez mayor a medida que nos alejamos del transmisor, por lo que la densidad de potencia disminuye.

7. ¿Qué es LOS? Line of sight o línea de mira se refiere a la propagación de las ondas acústicas. Éstas pueden ser emisiones de luz, rayos u onda. Es un enlace de radio que debe tener visibilidad directa entre las antenas emisoras y receptoras. 8. Cree una tabla para clasificar las bandas de frecuencia definidas por ITU-T.

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 9. Cree una tabla para clasificar las bandas de frecuencia (microondas) definidas por IEEE.

10. ¿Qué es la modulación? (mencione técnicas de modulación digital usadas en comunicaciones inalámbricas) Es aquella técnica del transporte de datos sobre ondas portadoras. Las técnicas son: -Modulación por desplazamiento de amplitud: datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora. -Modulación por desplazamiento de frecuencia: transmisión digital de información binaria en dos frecuencias. -Modulación por desplazamiento de fase: la fase de la portadora varía entre un número de valores discretos. -Modulación de amplitud en cuadratura: permite que dos señales moduladas DVS de dos fuentes independientes, pero con características de ancho de banda similares. 11. ¿Qué es la multiplexación? (mencione los dos tipos principales de multiplexación) Se combinan dos o más señales para transmitirse por un solo medio. Multiplexación por división de tiempo y multiplexación por división de frecuencia 12. ¿En qué se diferencian las técnicas FDD y TDD?

FDD: método dúplex sin hilo sobre ciertas redes cableadas. La emisión y la recepción de los datos se hacen simultáneamente sobre dos bandas de frecuencias diferentes. TDD: aplica la multipléxión por división de tiempo para separar las transmisiones que vienen en ambas direcciones.} 13. ¿Cuáles son las tres técnicas de espectro ensanchado? (nómbrelas y compárelas) 14. ¿Por qué puede ocurrir reflexión de onda?, ¿Qué relación tiene la reflexión de onda con la ROE (SWR)?

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 15. Defina los siguientes parámetros de comunicación inalámbrica e indique la unidad en que cada uno se mide: 

Potencia de transmisión



Potencia de recepción



Atenuación



Ganancia



Distancia



Sensibilidad de recepción

16. Compare los sistemas inalámbricos fijos con los sistemas inalámbricos móviles. Indique 3 características para cada uno de ellos. 17. ¿De qué variables depende el modelo FSL para determinar la atenuación que una onda experimenta? 18. ¿Qué es la zona de Fresnel?, ¿Qué importancia tiene el poder determinar el primer radio de Fresnel? 19. ¿Qué es la PIRE? 20. ¿Para qué sirve la ecuación de transmisión? (Ecuación de Friis) 21. Cree una tabla para comprar las siguientes redes de datos inalámbricas: WPAN, WLAN, WMAN, WRAN. 22. ¿Cuál es el objetivo de reutilizar frecuencias en arquitecturas basadas en celdas? 23. Defina el concepto de canal de radio. 24. Comente acerca de los estándares ITU e IEEE en comunicaciones inalámbricas. 25. Comente acerca de las arquitecturas punto a punto y punto a multipunto, en el contexto de las comunicaciones inalámbricas. 26. ¿En qué consiste la telefonía cordless? 27. Cree una tabla para comprar las siguientes versiones del estándar IEEE 802.11: a, b, g, n. 28. Comente brevemente acerca de lo señalado en la resolución exenta 1261 del año 2004, en lo referente al uso de la banda de 2,4GHz.

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES UNIDAD II: COMPONENTES Y DISPOS ITIVOS DE UN SISTEMA INALÁMBRI CO El desarrollo de los contenidos de la Unidad 2. Componentes y dispositivos de un sistema inalámbrico de la asignatura Redes Inalámbricas, debe permitir al alumno responder como mínimo, las siguientes preguntas: 29. ¿Qué es una antena? 30. Defina los siguientes parámetros de una antena: 

Frecuencia de operación



Ancho de banda



Directividad



Eficiencia



Ganancia



Patrón de radiación



Ancho de haz



Impedancia

31. ¿Qué es un atenuador y qué función cumple? 32. ¿En qué se diferencian un atenuador y un combinador? 33. Compare los siguientes tipos de filtro, e incorpore para cada uno, una representación en dominio de frecuencia: 

Pasa bajo



Pasa alto



Pasa banda



Rechazo de banda

34. Comente brevemente acerca de las siguientes antenas: 

Dipolo de media onda



Monopolo vertical



Yagi-Uda



Logarítmica-Periódica



Antena de reflector parabólico de foco primario



Antena de reflector parabólico de foco desplazado



Antena de reflector parabólico Cassegrain



Bocina

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 35. ¿Qué impacto en la distancia de alcanza de una transmisión tendrá el aumentar la ganancia de una antena? 36. ¿Qué relación existe entre el tamaño de la antena y la frecuencia en que esta resuena? 37. ¿Qué es una antena isotrópica? 38. ¿Qué es una guía de onda? 39. Nombre los 4 conectores más empleados en sistemas de comunicaciones inalámbricas. 40. ¿Cuál es el valor ideal de la ROE?

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1.4 PARTE 2: EJ ERC ICIOS DE CÁLCULO ASOCIADOS A PARÁMETROS EN COMU NICACIONES INALÁMBRICAS El desarrollo de los contenidos de la Unidad 1 y Unidad 2 de la asignatura Redes Inalámbricas, debe permitir al alumno desarrollar como mínimo, los siguientes ejercicios:

41. Calcule la longitud de onda asociada a cada una de las siguientes frecuencias (considere C como velocidad de propagación de onda): A. 12GHz B. 5,8GHz C. 3,75GHz D. 2,4GHz E. 900MHz F. 99,3MHz 42. Calcule la frecuencia asociada a cada una de las siguientes longitudes de onda (considere C como velocidad de propagación de onda): A. 10mm B. 2cm C. 5cm D. 0,5m E. 12m F. 400m 43. ¿Cuánto tiempo tardará una onda electromagnética que sale desde una antena transmisora en la superficie terrestre en llegar hasta otra antena receptora ubicada en un satélite a 36.000km (órbita GEO)? (considere C como velocidad de propagación de onda). 44. Calcule la atenuación por espacio libre (FSL) para los siguientes escenarios, considerando las frecuencias y distancias dadas: A. 8GHZ y 3.200m B. 12.000MHz y 35.800km C.

24GHz y 1,5km

D.

0,3GHz y 22km

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 45. Calcule las distancias alcanzables en ciertos enlaces punto a punto, conociendo las frecuencias de operación y las pérdidas de espacio libre (FSL): A.

FSL = 114dB @5GHz

B.

FSL = 90dB @1,8GHz

C. FSL = 200dB @6GHz D. FSL = 140dB @2,4GHz 46. Calcule las frecuencias de operación conociendo las distancias y las pérdidas de espacio libre (FSL), para cada una de las siguientes situaciones: A. FSL = 120dB y 6,5km B. FSL = 150dB y 15km C. FSL = 196,85dB y 384.400km D. FSL = 95dB y 7.000m 47. Para un radioenlace terrestre de 6km, calcule el radio de la primera zona de Fresnel a 3km. (F=2GHz) 48. ¿Qué PIRE (dBW) habrá en un sistema con potencia de transmisión P=1W y antena de ganancia G=16? 49. Considerando los datos entregados a continuación y usando la ecuación de transmisión, determine la potencia recibida, (expresando en escala logarítmica y lineal) y el margen de desvanecimiento (fading): A. Frecuencia: 3.760MHz B. Distancia: 4,5km C. Potencia de transmisión: 1W D. Ganancia de antena transmisora: 13dBi E. Ganancia de antena receptora: 10dBi F. Sensibilidad de recepción: -90dBm 50. Determine la frecuencia central y el ancho de banda de un canal de RF que emite radiodifusión sonora en FM, que cuenta con las siguientes características: A. Frecuencia mínima: 99,2MHz B. Frecuencia máxima: 99,4MHz 51. ¿Qué longitud tendrá una antena de media onda que resuene en frecuencia de 250MHz? 52. ¿Qué longitud tendrá una antena de cuarto de onda que resuene en frecuencia de 1.079KHz?

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 53. ¿Cuál es el nivel de potencia en la entrada del atenuador mostrado en la imagen, si en la entrada del equipo se mide la potencia señalada?

24dBm

¿?

-6dB 54. ¿Qué potencia habrá en cada salida del divisor (splitter) de la siguiente imagen, si en la entrada se acopla 13dBm y la atenuación por cada boca es 7dB? (exprese resultado en mili watts).

55. ¿Cuál será la potencia de salida de un combinador al que ingresan dos señales no coherentes de 10dBm y 7dBm, respectivamente? 56. ¿Cuáles serán las frecuencias de corte (inferior y superior) para un filtro de rechazo de banda que desea bloquear las componentes de frecuencia asociadas al primer canal Wi-Fi en la banda de 2,4GHz? 57. Calcule la ganancia de una antena que tiene directividad D=40dB y eficiencia =65%. 58. Calcule la directividad de una antena sabiendo que la anchura de haz en su plano vertical es 18° y en su plano horizontal es de 90°.

59. ¿A qué ganancia expresada en dBi corresponde la ganancia de una antena de 7,85dBd? 60. Calcule la ROE de un sistema transmisor conociendo que los voltajes de las ondas incidente y reflejada, son 5V y 3V, respectivamente.

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1.5 PARTE 3: CASOS DE ESTUDIO En esta parte se presentará una serie de casos de estudio donde será necesario recabar la información de cada enunciado, hacer el planteamiento de los ejercicios, y lograr un resultado concluyente. Para esta etapa es necesario el dominio de unidades lineales y logarítmicas. 61. Cierto cliente residencial tiene contratado un plan de 40Mbps/4Mbps con su proveedor de acceso a Internet, vía red HFC. Constantemente, en su PC experimenta problemas al descargar contenidos desde servidores nacionales e internacionales (sin superar tasas de transferencia de 1,3MBps/0,5MBps). El equipo cable módem que suministra la conexión a Internet, mantiene conexiones con dos computadoras vía Wi-Fi (en modo IEEE 802.11b) y según revisión de expertos, funciona correctamente. También se sabe que la red inalámbrica está libre de interferencia electromagnética en banda de 2,4GHz. Varios técnicos se han dirigido a dar solución a la problemática sin tener éxito; reiniciando el equipo; poniendo y quitando atenuadores de 10dB en entrada del cable módem; reiniciando las computadoras; observando el destello de los indicadores LED; y escalando la problemática, pero esta persiste. El cliente está decidido a poner término a su contrato con al proveedor del acceso a Internet y ver opciones con la competencia. ¿Qué acción podría solucionar el problema según los antecedentes que se conocen? 62. En un sistema de multiplexación de canales de vídeo digital, se captan señales de los canales mostrados en la tabla, para luego enviarlas vía cable por FDM. Se desea que en ciertos puntos de la red no se reciban las señales asociadas a los canales 28; 29; y 30. ¿Qué acción podría cumplir con este objetivo?

N° de canal Banda de frecuencia (MHz) Frecuencia central (MHz) 21 512-518 515 22 518-524 521 23 524-530 527 24 530-536 533 25 536-542 539 26 542-548 545 27 548-554 551 28 554-560 557 29 560-566 563 30 566-572 569 31 572-578 575 63. Para asegurar cierto grado de confiabilidad, determinado sistema inalámbrico requiere un margen de desvanecimiento mínimo de 20dB, considerando una sensibilidad de 10*10 -12W. Para ello, se puede escoger entre 3 tipos de antenas de recepción, que cuentan con ganancias de 2,15dBi; 8,5dBi; y 16dBi. El costo de cada antena aumenta a medida que aumenta su ganancia y la prioridad es reducir los costos en cuanto sea posible. Si la potencia de recepción con la primera antena es -71,85dBm, ¿Cuál de las tres antenas cumple con el requerimiento? 64. Mientras se realiza el planeamiento de un sistema de comunicaciones inalámbrico que interconecte dos sucursales de una organización, se analiza la viabilidad técnica en cuando a la máxima distancia alcanzable en consideración de las características de los equipos que se tienen. Se conoce que la longitud de onda de la banda de frecuencia en que trabajará el sistema, es λ=6cm. Además, se conoce que ambas antenas tienen ganancia de 12dBi y que se transmite con potencia de 2W. La sensibilidad del equipo receptor es -83dBm y se debe asegurar un margen de desvanecimiento de 20dB. Para cumplir con los mínimos niveles de funcionamiento exigidos, ¿cuál será la máxima distancia alcanzable?

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 65. La corporación SNET desea establecer un radioenlace con su partner empresarial, la compañía SNETSYS. Los edificios de ambas empresas se encuentran a 1,8km y en cada uno se dispone de equipos de 5GHz operando bajo IEEE 802.11a. Los ingenieros han determinado la existencia de LOS, pero desean saber con certeza si existe factibilidad técnica, para lo que necesitan conocer el radio de Fresnel de la primera zona al pasar sobre un parque que tiene árboles de gran altura. ¿Existe viabilidad según criterio de despeje de primera zona de Fresnel? Refiérase a la siguiente ilustración:

SNET

SNETSYS

66. Cierto empresario ha implementado una red inalámbrica Wi-Fi en dependencias de su PyME. El equipo Access Point está en configuración de fábrica (default) y es usado para acceder a Internet y para transferir archivos entre computadoras inalámbricas, computadoras cableadas, tabletas, y teléfonos inteligentes. El usuario alcanza velocidades que no superan los 8Mbps, y esto sólo ocurre al encontrarse cerca del equipo AP, ya que al alejarse algunos metros, el equipo se desconecta de la red inalámbrica. A esto, se suma el hecho de que cualquier equipo dispositivo Wi-Fi que se encuentre en el área de cobertura de la red puede conectarse a esta, accediendo a Internet y visualizando las carpetas compartidas de la red. Entre las características del AP resaltan el que cuenta con antena desmontable (actualmente tiene antena de 2,15dB) y que se encuentra con potencia de transmisión fija de 7dBm (permitiendo potencia de transmisión máxima de 20dBm). Además, está configurado en el modo IEEE 802.11b (permitiendo modos g y n). Considerando los antecedentes anteriores, ¿Qué acciones se podrían tomar para solucionar las problemáticas de velocidad, cobertura y seguridad que el usuario está experimentando?

Internet (WAN)

WLAN

LAN

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ANEXO I: RESULTADOS DE EJERCICIOS PARTE 2 41. A) 0,025m

B) 0,0517m

C) 0,08m

D) 0,125m

E) 0,333m

F) 3,02m

42. A) 30GHz

B) 15GHz

C) 6GHz

D) 600MHz

E) 25MHz

F) 750KHz

44. A) 120,6dB

B) 205,1dB

C) 123,6dB

D) 108,8dB

45. A) 2,39km

B) 419m

C) 39.789km

D) 99,47km

43. 120ms

46. A) 3.673MHz

B) 50,34GHz

C) 432MHz

D) 191,8MHz

47. 15m 48. 12dBW 49. Potencia recibida = -64dBm (398pW) 50. BW = 0,2MHz

Margen de desvanecimiento = 26dB

Fc = 99,3MHz

51. 60cm 52. 69,5m 53. 30dBm 54. 3,98mW 55. 11,76dBm 56. 2.401MHz y 2.423MHz, siendo 2.412MHz la frecuencia central del primer canal. 57. 38,13dB 58. 25,46 59. 10dBi 60. 4

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ANEXO II: COMENTARIOS CASOS DE ESTUDIO P ARTE 3 Pasos que se recomienda seguir para la resolución de problemas: 1. Identificar el problema 2. Posibles causas del problema 3. Seleccionar causa exacta 4. Aplicar solución 5. Lograr funcionalidad 6. Documentar

61. Antecedentes clave que entrega el enunciado: Tasa de bits contratada de 40Mbps/4Mbps Tasa de trasferencia alcanzada 1,3MBps/0,5MBps 

Estándar IEEE 802.11b en uso Banda de 2,4GHz libre de interferencias Acceso a Internet operativo

El problema del presente caso tiene relación con las velocidades (bps) alcanzadas por el usuario en su conexión a Internet. Se ve que la tasa de transferencia es del orden de 1,3MBps (valor entregado por la aplicación que gestiona la descarga). Al tratarse de un valor en bytes por segundo, es necesario calcular el equivalente en términos de bits por segundo: 1,3MBps = 10,4Mbps Según lo anterior, sólo se está alcanzando una parte de la velocidad contratada (40Mbps), en bajada. Se aprecia que en subida no hay inconvenientes: 0,5MBps = 4Mbps Las acciones a tomar para solucionar la problemática tienen relación con la configuración del equipo AP. Este, se encuentra operando en el modo IEEE 802.11b, que permite una tasa máxima de 11Mbps. Actúa limitando la velocidad entre el PC y el AP, a pesar de que la conexión a Internet cuente con una velocidad mayor. Es conveniente, cambiar a un modo Wi-Fi que permita mayores tasas de bits, como IEEE 802.11g (hasta 54Mbps). Otra acción puede ser configurar el AP en modo IEEE 802.11a, pero este estándar usa la banda de 5GHz, lo que implica que el PC que se conectará a la red, cuente con un adaptador compatible con este estándar. 62. Antecedentes clave que entrega el enunciado: 

Sistema de vídeo multiplexado en frecuencia (FDM) Canales 28; 29; y 30 no deben recibirse en ciertos puntos de red cableada Ancho de banda de cada canal es 6MHz

El presente problema tiene relación con un filtrado de señales correspondientes a canales de vídeo digital en ciertos puntos de la red. Si las señales de todos los canales son ingresadas al cable donde cada canal cuenta con su propia banda de frecuencia, la solución podría ser la utilización de filtros, transmitiendo la totalidad de los canales en la red de cable, y limitando a través de filtros de rechazo de banda, los canales 28; 29; y 30, sólo en los puntos de la red en que se desee impedir su recepción. De esta forma, en dichos puntos se vería todo el resto de los canales (21 al 27 y 31). Las frecuencias de corte mínima y máxima de este filtro, serían 554MHz y 562MHz, respectivamente.

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES 63. Antecedentes clave que entrega el enunciado: 

Mínimo margen de desvanecimiento (fading) es 20dB



Sensibilidad de recepción es de 10*10-12W (-80dBm) Antenas pueden ser de 2,15dBi; 8,5dBi; y 16dBi



Potencia de recepción usando primera antena es -71,85dBm

Este caso plantea una problemática que tiene dos puntos de vista: el técnico y el económico. Es necesario tomar una decisión que tiene como prioridad la reducción de costos pero que no puede pasar por alto el análisis de factibilidad técnica. La diferencia entre la sensibilidad de recepción y la potencia recibida (margen de desvanecimiento) se ve directamente afectada al realizar cambios en las ganancias de antena; de ahí, la importancia de la selección de la misma. Es aconsejable, según los requerimientos (margen mínimo de 20dB), plantear los siguientes tres escenarios, según las antenas de recepción disponibles: I. II. III.

Con antena de 2,15dB la potencia recibida será -71,85 dBm y el margen de desvanecimiento será 8,15dB Con antena de 8,5dB la potencia recibida será -65,5 dBm y el margen de desvanecimiento será 14,5dB Con antena de 16dB la potencia recibida será -58 dBm y el margen de desvanecimiento será 22dB

El único escenario que cumple con un margen de desvanecimiento mínimo de 20dB es el tercero, por tanto el uso de la tercera antena (16dBi) sería la opción a tomar, según factibilidad técnica. 64. Antecedentes clave que entrega el enunciado: 

Frecuencia es 5GHz (=0,06m)



Ganancia de antenas en transmisión (Gtx) y recepción (Grx) es 12dBi



Potencia de transmisión (Ptx) es 33dBm (2W)



Sensibilidad de recepción es -83dBm Margen de desvanecimiento de 20dB

De los antecedentes conocidos, es posible calcular que la potencia en recepción (Prx) debiera ser -63dBm, cumpliéndose así con el margen de desvanecimiento deseado. De ahí, que la ecuación del enlace permite determinar la pérdida de espacio libre (FSL) en función de los demás antecedentes: Prx = Ptx + Gtx - FSL + Grx

FSL = 120dB

El modelo FSL indica la pérdida que experimentará una señal en función de su frecuencia y de la distancia recorrida, siendo este último parámetro, el que se desea calcular. En este caso se sabe que la atenuación de espacio libre es de 120dB y que la banda de frecuencia a usar es 5GHz, pudiéndose calcular una distancia de 4,77km, aproximadamente. Esto gracias a la expresión: FSL = 32,44 + 20log (F *D)

F = Frecuencia (MHz)

D = Distancia (km)

Finalmente, se concluye que en función de las características de los equipos disponibles, la distancia entre las sucursales de la organización no podrá exceder los 4,77km. Además, se plantea que la posibilidad de aumentar esta distancia depende exclusivamente de la modificación de las variables de que depende (frecuencia, potencia de transmisión, ganancias de antena, entre otros). 65. Antecedentes clave recabados de enunciado e ilustración: 

Separación entre edificios es de 1,8km Equipos operando en 5GHz en modo IEEE 802.11a Altura de antena en edificio SNET es de 80m Altura de antena en edificio SNETSYS es de 80m



Altura de obstáculo (árbol) es de 78m



Distancia desde edificio SNET hasta obstáculo es de 800m

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ÁREA INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES De los antecedentes conocidos, es posible calcular que la zona despejada y con visibilidad electromagnética es de 2m (diferencia entre altura de antenas y altura de obstáculo), por lo que es necesario determinar si hay obstrucción de un 40% del radio de la primera zona Fresnel, como máximo. r1 = [(0,06m * 800m * 1.000m)/ 1.800m]1/2 = 5,2m El cálculo indica que el primer radio de Fresnel es de 5,2m. El 60% de este radio es 3,1m y debiera estar despejado. Como sólo se tiene un espacio de 2m despejado, se concluye que no hay factibilidad técnica. Adicionalmente, se plantea algunas medidas que podrían hacer que haya factibilidad, según el criterio usado: Aumento de altura de ambas antenas para compensar la falta de radio Fresnel despejado



Aumento de la frecuencia de trabajo provocará una reducción en el radio de la zona Fresnel

66. Antecedentes que entrega el enunciado: 

El AP está con configuración de fábrica



En la red inalámbrica se alcanzan velocidades del orden de 8Mbps



Cualquier dispositivo Wi-Fi que se encuentre en el área de cobertura puede acceder a la red sin validación AP cuenta con antena desmontable



AP cuenta con potencia de transmisión fija de 7dBm AP se encuentra en modo IEEE 802.11b

A continuación se plantean algunas acciones que podrían cambiar las actuales características de la red, en cuanto a velocidades, cobertura, y seguridad: 1. El AP se encuentra funcionando en modo IEEE 802.11b, el cual tiene 11Mbps como tasa de bits máxima. Cambiar el modo Wi-Fi a IEEE 802.11g o a IEEE 802.11n, permitiría velocidades de mayor orden. Cabe señalar que al tratarse de una conexión por cable, rigen otros estándares (IEEE 802.3) que pueden ser de 10; 100; ó 1.000Mbps. 2. Configurar el AP con una mayor potencia de transmisión permitirá aumentar la zona de cobertura, lo que podría solucionar los problemas de desconexión. Adicionalmente, se podría reemplazar la antena por otra de mayor ganancia (asegurándose de mantener las características de radiación). 3. La seguridad es un tema de relevancia, más aún cuando se trata de proteger datos sensibles. En este contexto se pueden aplicar múltiples medidas a la red inalámbrica, considerando que la configuración de fábrica de un AP no cuenta con niveles de seguridad establecidos y tomando en cuenta que esta configuración (default) está disponible en manuales de libre acceso. A pesar de que implican conocimientos acabados y mayor tiempo de administración de la red, algunas recomendaciones a realizar, podrían ser: 

Configuración de método de seguridad (WPA o WPA2) con cifrado (TKIP o AES)



Uso de filtrado MAC donde sólo se permite acceso a dispositivos registrados



Modificación de credenciales de acceso para administración del AP



Desactivación de DHCP y uso asignación estática de direcciones IP a los dispositivos de la red



Modificación de red privada que el AP trae de fábrica



Desactivación difusión de SSID

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ANEXO III: ENLACES DE INTERÉS 

Conversión de dBm a miliwatt: http://www.rapidtables.com/convert/power/dBm_to_Watt.htm



Definición de antena: https://www.youtube.com/watch?v=mZVgcEy9w84 Tipos de antenas: https://www.youtube.com/watch?v=bRIW5Hr0VtU



Propagación de OEM: https://www.youtube.com/watch?v=7bDyA5t1ldU



Relación de Onda Estacionaria: https://www.youtube.com/watch?v=s5MBno0PZjE Calculadora FSL: http://www.qsl.net/pa2ohh/jsffield.htm Calculadora de radios Fresnel: http://www.wirelessconnections.net/calcs/FresnelZone.asp Calculadora EIRP: http://www.csgnetwork.com/antennaecalc.html Simulador zona Fresnel: http://fresnel-zones.enginemaps.com/ Zona de Fresnel sobre Google Earth: http://www.gearthblog.com/blog/archives/2013/09/using-googleearth-test-fresnel-zones.html

OBSERVACIONES Documento confeccionado y revisado por: o

Marcos Abarzúa Fuentealba, Ingeniero en Telecomunicaciones

o

Jorge Douglas Palle, Asesor del Área Informática y Telecomunicaciones

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