DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

ASIGNATURA: FUNDAMENTOS DE REDES DE DATOS

Cálculo de la distancia máxima entre un punto de acceso y una

tarjeta de red a campo abierto.

OBJETIVOSObjetivo General

Determinar la distancia máxima entre un punto de acceso y una tarjeta de red a campo abierto.

Objetivos Específicos

Investigar las especificaciones de un punto de acceso y una tarjeta de red. Identificar el factor que produce mayores pérdidas en un radioenlace. Relacionar la distancia calculada con las pérdidas de propagación.

Punto de acceso inalámbrico de CISCO serie AP 541NTabla 1. Especificaciones del producto AP 541N Wireless Access Point Cisco [1].

ELEMENTO ESPECIFICACIÓN

Velocidad de datos compatible

802.11a/b/g:o 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6, 11, 5.5, 2 y 1 Mbps

802.11n:o Ancho de banda de 20 MHz: MCS 0-15 para velocidades de

datoso Ancho de banda de 40 MHz: MCS 0-15 para velocidades de

datosEstándar de la red IEEE 802.11n, IEEE 802.11b/g, IEEE 802.11aSensibilidad de recepción 2.4 GHz

802.11n/20 MHzo MCS0: -86 dBmo MCS7: -70 dBmo MCS8: -85 dBmo MCS15: -68 dBm

802.11n/40 MHzo MCS0: -84 dBmo MCS7: -66 dBmo MCS8: -83 dBmo MCS15: -65 dBm

5 GHz 802.11n/20 MHz

o MCS0: -83 dBmo MCS7: -68 dBmo MCS8: -82 dBmo MCS15: -66 dBm

802.11n/40 MHzo MCS0: -82 dBmo MCS7: -64 dBmo MCS8: -81 dBmo MCS15: -62 dBm

Ajustes de potencia de transmisión disponible

2.4 GHZ 802.11b: 15 dBm 802.11g: 15 dBm 802.11n/20 MHz: 12 dBm 802.11n/40 MHZ: 11 dBm

5 GHZ 802.11a: 15 dBm 802.11n/20 MHz

o 13 dBm (ch 36 a 64)o 12 dBm (ch 100 a 165)

802.11n/40 MHZ: 11 dBmo 13 dBm (ch 36 a 64)o 12 dBm (ch 100 a 165)

Alcance (rendimiento al aire libre)

2.4 GHz 802.11g:

o 440m a 1 Mbpso 300m a 11 Mbps

5 GHz 802.11a

o 250m a 6Mbpso 100m a 54 Mbps

o 325m a 6 Mbpso 120m a 54 Mbps

802.11n/20 MHzo 310m a MCS0o 100m a MCS15

802.11n/40 MHzo 240m a MCS0o 18m a MCS15

802.11n/20 MHzo 255m a MCS0o 40m a MCS15

802.11n/40 MHzo 230m a MCS0o 15m a MCS15

Antenas 2.4 GHz/5 GHz Ganancia: 2.0 dBi Ancho de haz horizontal: 360°

Figura 1. Cisco AP 541N Wireless Access Point

Tarjeta de red Wireless-N Linksys Cisco WMP600N PCI / Dual 300MbpsTabla2. Especificaciones de la tarjeta de red Wireless-N Linksys Cisco [2]

ELEMENTO ESPECIFICACIÓN

Estándar de la red IEEE 802.11n, IEEE 802.11b/g, IEEE 802.11ªSensibilidad de recepción 802.11a/g 16 Mbps: 10-5 BER a -90 dBm

802.11a/g 54 Mbps: 10-5 BER a -72 dBm 802.11n ancho de banda 20 MHz: MCS8 10-5 BER a -90 dBm 802.11n ancho de banda 20 MHz: MCS15 10-5 BER a -70 dBm 802.11n ancho de banda 40 MHz: MCS8 10-5 BER a -85 dBm 802.11n ancho de banda 40 MHz: MCS15 10-5 BER a -65 dBm

Potencia de radiofrecuencia (EIRP) en dBm

802.11n a 2.4 GHz: 13.5 dBm ± 1 dBm 802.11n a 5 GHz: 12 dBm ± 1.5 dBm 802.11g: 13.5 dBm ± 1 dBm 802.11a: 12 dBm ± 1 dBm

Antena Número de antenas: 2 antenas dipolo externas Ganancia

o 802.11g a 2.4 GHz: 2 dBi

Figura 2. Tarjeta de red Wireless-N Linksys Cisco

Cálculos

Los estándares con los que trabajan las redes inalámbricas son 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11ny 802.11n. Para este caso se utilizará el estándar 802.11g, que opera a una velocidad teórica máxima de 54 Mbps en la banda de 2.4 GHz.

Partiendo de las especificaciones tanto del punto de acceso como de la tarjeta de red, trabajando con el estándar 802.11g, se tienen las siguientes características:

Potencia del transmisor :15dBmGananciade AntenaTx : 2dBiGananciade Antena Rx :2dBiSensibilidadde Rx :−72dBm

Tanto para el punto de acceso y tarjeta de red, el transmisor y receptor respectivamente, están conectados a la antena en el mismo dispositivo, por tanto:

Pérdiasenel cable Tx : 0dBPérd ias enel cableRx :0dB

1. Asumiendo un valor de margen de 13 dB, adecuado para ambientes urbanos [3] y partiendo de la ecuación de radio enlace, se tiene:

Margen [dB ]+SensibilidaddeRx [dBm ]=Potenciadel Transmisor [dBm ]−Pérdidasenel cable Tx [dB ]+Gananciade AntenaTx [dBi ]−Pérdidas en latrayectoriaenel espacio libre [dB ]+Gananciade Antena Rx [dBi ]−Pérdidasenel Cable Rx [dB]

Sea L=Pérdidas enla trayectoriaenel espacio libre

13 [dB ]−72 [dBm ]=15 [dBm ]+2 [dBi ]+2 [dBi ]−L [dB ]

⇒L=78dB

L=32.4+20 log(d /Km)+20 log(f /MHz )

20 log (d )=78−32.4−20 log(2400)

20 log (d )=−22.004

⇒ d=79.39m

2. Partiendo con un valor de margen de 8dB que puede ser adecuado para un ambiente rural [3], se obtiene:

Margen [dB ]+SensibilidaddeRx [dBm ]=Potencia del Transmisor [dBm ]−Pérdidasenel cable Tx [dB ]+Gananciade AntenaTx [dBi ]−Pérdidas en latrayectoriaenel espacio libre [dB ]+Gananciade Antena Rx [dBi ]−Pérdidasenel Cable Rx [dB]

8 [dB ]−72 [dBm ]=15 [dBm ]+2 [dBi ]+2 [dBi ]−L [dB ]

⇒L=83dB

L=32.4+20 log(d /Km)+20 log(f /MHz )

20 log (d )=83−32.4−20 log(2400)

20 log (d )=−17.004

⇒ d=141.18m

CONCLUSIONES

Las pérdidas más grandes del enlace se producen en la propagación en espacio libre debido a que la potencia de la señal transmisora se irradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora.

Cuanto más baja sea la sensibilidad del receptor, mejor será la recepción por parte del lado receptor.

Se requiere de un margen mayor en áreas urbanas, debido a que existen muchos radioenlaces operando y es común encontrar altos niveles de ruido.

Para zonas rurales la distancia máxima calculada es mayor que la distancia para zonas urbanas, debido a que en zonas rurales no existen muchos radioenlaces operando y los niveles de ruido son pequeños.

Además de los elementos considerados en la ecuación de radioenlace, se debe considerar las pérdidas de factores climáticos como la lluvia, niebla, tormentas, etc., las cuales alterarán el valor de la distancia calculada.

Las pérdidas en el espacio libre son proporcionales al cuadrado de la distancia y de la frecuencia.

REFERENCIAS

[1] Cisco, “Puntos de acceso inalámbrico de Cisco serie AP 500”, http://www.cisco.com/web/ES/solutions/smb/products/wireless/ap_500/index.html#~models, Extraído el día miércoles 23 de octubre del 2013.

[2] TecnoSmart, “Tarjeta de red Wireless-N Linksys Cisco WMP600N PCI / Dual 300Mbps”, http://www.tecnosmart.com.ec/v2/tarjeta-de-red-wirelesss-n-linksys-cisco-wmp600n-pci-dual-300mbps.html#, Extraído el día miércoles 23 de octubre del 2013.

[3] Sebastián Buettrich, “Unidad 06: Cálculo de Radioenlace”, http://www.itrainonline.org/itrainonline/mmtk/wireless_es/files/06_es_calculo-de-radioenlace_guia_v02.pdf, Extraído el día miércoles 23 de octubre del 203.