Conceptos básicos de redes inalámbricas


El siguiente artículo trata sobre conceptos básicos de redes inalámbricas visto en la asignatura de redes inalámbricas de DUOC UC.

Redes inalámbricas

Son ondas electromagnéticas que viajan a través del aire para el intercambio de información entre dos nodos.

Señal

Variación de un fenómeno físico (voltaje, luz, etc.) en el tiempo con un propósito específico. Representación eléctrica o electromagnética de un dato.

Una señal puede ser expresada como una función dependiente de dos factores:

  • el tiempo: s(t)
  • la frecuencia: S(f)

Las 3 características más importantes de una señal periódica son:

  • Amplitud: Valor de la señal en cualquier punto de la onda. Medida en Volt.
  • Frecuencia: Numero de periodos por unidad de tiempo. Se mide en Hercios (Hz).
  • Fase: Es una medida de la posición relativa en el tiempo del periodo de una señal. Se mide en grados.

Concepto de periodo (T)

Hace referencia a la cantidad de tiempo que necesita una señal para completar un ciclo.

Ondas electromagneticas (OEM)

Son generadas por el movimiento de cargas eléctricas (electrones). Útiles para transportar información.

Una de las características más importante de las ondas electromagnéticas es que la frecuencia es una función de la energía que transportan (o sea la energía necesaria para generarlas).

Los parámetros que caracterizan una OEM son:

  • Frecuencia (f): Numero de oscilaciones completas por unidad de tiempo.
  • Longitud de onda: Distancia entre dos puntos consecutivos que tienen la misma fase.

Velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas

MedioVelocidad (Km/s)
Vacío o aire300.000
Cobre200.000 (app.)
Fibra Óptica180.000 (app.)

Modulación

Para que una OEM se convierta en señal, es necesario modularla. Esto consiste en modificar la señal mensaje para ser transmitida por un canal. Proceso realizado en el dispositivo transmisor.
Para recibir el mensaje y entenderlo, debe pasar por el proceso de demodulación el cual lo realiza el dispositivo receptor.

Existen distintos esquemas de modulación:

  • Modulación de onda continua.
  • Modulación en amplitud.
  • Modulación angular.
  • Modulación en frecuencia.
  • Modulación en fase.
  • Modulación por puntos analógicos.

ASK (Modulación por desplazamiento de amplitud): La portadora está presente o ausente en función del nivel de la señal digital (caso binario).

FSK (Modulación por desplazamiento de frecuencia): La frecuencia de la portadora depende del nivel de la señal digital.

PSK (Modulación por desplazamiento de fase): La fase de la portadora varía según el nivel de la señal digital (caso binario).

Perturbaciones

Distorsión: Variaciones de la forma de la señal.

Intermodulación: Señales de frecuencias que son combinación lineal de las frecuencias componentes.

Diafonía: Acoplamiento magnético entre canales.

Ruido: Señal procedente de fuentes extrañas o indeseadas.

Espectro Electromagnético: Conjunto diferenciado de las distintas radiaciones EM, agrupadas según su frecuencia o según su longitud de onda. Este es regulado por la ITU-R y la mayoría requiere de una licencia para emitir.

Algunos EM:

  • Radio
  • Microondas
  • Infrarrojo
  • Luz Visible
  • Luz Ultravioleta
  • Rayos X
  • Rayos Gamma

Para la conexión WLAN se utiliza la banda ISM de 2,4GHz que no esta regulada.

Infrarrojo

Se descubre en 1800. Tiene longitudes de onda mas largas que la luz visible y mas cortas que las microondas. Frecuencias menores que la luz visible y mayores que las microondas.

La fuente primaria es el calor o radiación térmica. Cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto irradia ondas en esta banda. Se mide en terahertz o billones de hertzios.

Funciona con un diodo que emite señales de luz infrarroja sin dispositivos de seguridad y con comunicación a través de pulsos de luz. Mientras mas frecuencia, mas velocidad de transmisión.

El infrarrojo opera de la siguiente forma:

En la capa física un codificador/decodificador transforma los niveles 0 (representado por un pulso) y 1 (representado por la ausencia de pulso).

En la capa de transporte se define un flujo de datos serie asíncrono convencional.

En el protocolo de enlace define y adopta un protocolo llamado IrLAP.

Velocidad de transmisión

  • SIR (Serial IR – 115,2 kb/s)
  • MIR (velocidad media – 1,152 Mb/s)
  • FIR (alta velocidad – 4 Mb/s)
  • VFIR (muy alta velocidad – 16 Mb/s)

Características:

  • Opera en el espectro de luz (misma frecuencia de fibra óptica).
  • Sencillo eléctricamente.
  • Funciona a altas frecuencias.
  • Conectividad punto a punto visual y de corto alcance.
  • Bajo costo al implementar con LED.
  • Alta inmunidad al ruido.
  • Transmisión serial (bit a bit).
  • Sin limitación de ancho de banda.
  • No requiere de licencia para operar.
  • Se puede configurar de 2 formas una IR-LAN: Transmisión dirigida y omnidireccional.

Desventajas:

  • El espectro se comparte con el sol y otras cosas como luces fluorescentes.
  • Si existe demasiada interferencia, se vuelve inservible.
  • Requiere una linea de vista sin obstaculos.
  • Las señales no pueden penetrar objetos opacos.

Radiofrecuencia

Emplea tecnología de espectro disperso. Involucran mucho overhead y los espectros DSSS y FHSS han tenido menor velocidad que IR o MW. Esta se divide en dos tipos:

  • Espectro disperso con código de secuencia directo (DSSS)
  • Espectro disperso con salto de frecuencia (FHSS)

Reserva del espectro

Para su utilización, se divide en bandas (rango acotado de frecuencias).

Ancho de banda es la porción del espectro disponible para una determinada señal.
El espectro es único y aquí es regulado por la SUBTEL.
Las bandas RF sin licencia son:

  • Bandas ISM (Industrial, Científico, Medico): 902 – 928 MHz band / 2400 – 2483.5 MHz ISM band
  • Bandas UNII: 5.15 – 5.25 GHz. / 5.25 – 5.35 GHz. / 5.725 – 5.850 GHz ISM band

Generalidades ISM

  • Banda 900 MHz no disponible mundialmente.
  • Banda 2.4 Ghz disponible en mayoría de países. Interferencia de hornos microondas y radares. Bluetooth y 802.11 b y g operan en esta banda
  • Banda de 5.7 Ghz. 802.11a la usa

Alcance de las ondas de radio en función de la frecuencia

Enlace punto a punto (antena direccional)

  • 2.5GHz con 50 Km de alcance.
  • 6 GHz con 20 Km de alcance.
  • 23 GHz con 7.5 Km de alcance.
  • 28 GHz con 5 Km de alcance.

Enlace punto a multipunto (antena omnidireccional)

  • 2.5GHz con 40 Km de alcance.
  • 6 GHz con 14 Km de alcance.
  • 24 GHz con 6.92 Km de alcance.
  • 28 GHz con 5.34 Km de alcance.
  • 32 GHz con 3.57 Km de alcance.

Antenas

Existen dos tipos de antenas:

  • Direccionales: Enfoca la energía de la señal y ofrece el máximo de banda ancha.
  • Omnidireccionales: Permite la conexión en cualquier dirección.

Las antenas según su la potencia se clasifica en:

  • Antena no isotrópica: irradia la energía que recibe solo en una sección del espacio que la rodea.
  • Antena isotrópica: irradia la energía que recibe en toda la sección del espacio que la rodea.