Redes Wireless – Parte III

 

2 – Fundamentos de RF

 

Toda a transmissão e recepção de sinais no mundo wireless se baseia em Radio Frequência (RF). O comportamento da RF poderia até afetar a performance de uma WLAN. Logo, um bom entendimento dos conceitos de RF será de grande utilidade na implantação, expansão, manutenção e troubleshooting de redes wireless.

 

2.1 - Introdução

 

Sinais de Radio Frequência são sinais de alta frequência que se propagam por um condutor de cobre e são irradiados no ar através de uma antena. Na prática uma antena converte um sinal cabeado em um sinal wireless e vice-versa. Esses sinais são então irradiados no ar livre na forma de ondas de rádio e se propagam em linha reta e em todas as direções.

 

Você pode imaginar essas ondas como circulos concêntricos que vão aumentando seu raio a medida que se afastam da antena. Mas não é preciso ter uma antena para visualizar o formato dessas ondas. Basta pegar uma pedra e atirar em um lago por exemplo, o efeito é o mesmo.

 

Figura 9 – Ondas de RF

 

2.2 – Ganho de Potência

 

Todo sinal elétrico que se propaga em um meio, independente de qual seja esse meio, sofre uma perda na sua amplitude, ou seja, perde potência. Porém essa perda de potência pode ser compensada com uso de equipamentos tais como amplificadores de RF que amplificam o sinal. Veja a figura 10:

 

Figura 10 – Sinal de RF visto por um Osciloscópio

 

Observe que o sinal original está representado pelo traço pontilhado e o sinal amplificado pelo traço cheio.

 

O uso de fontes de potência externas para amplificar o sinal é um processo ativo.

 

Ganho de potência também pode ser obtido por processos passivos, tais como reflexão do sinal. Quando o sinal se propaga em um meio, pode haver reflexão do mesmo, essa reflexão pode ser entendida como um desdobramento do sinal original em sinais de menor amplitude que se somam ao sinal original aumentando seu ganho.

 

Porém essas reflexões nem sempre se somam ao sinal original. Não há como ter controle sobre esse processo.

 

2.3 – Perdas

 

Conforme dito anteriormente, todo sinal que se propaga em um meio sofre uma perda na sua amplitude a medida que percorre esse meio, seja esse meio um cabo ou o ar livre. Portanto, quanto maior a distância percorrida pelo sinal menor será a sua amplitude, sua potência. Normalmente essa redução na amplitude é causada pelas resistências de cabos e conectores. O não casamento de impedâncias entre cabos e conectores pode fazer com que parte da potência do sinal seja refetida de volta para a fonte, causando assim degradação do sinal. Objetos que estejam no meio do caminho de um sinal de RF podem refletir ou absorver esse sinal, tudo vai depender do material de que é composto esse objeto.

 

Calcular a perda de RF entre um transmissor (antena) e um receptor (rádio) é muito importante. Todo rádio tem uma sensibilidade de recepção, através do qual se distingue um sinal de um ruido. Logo, é preciso garantir que o sinal chegue ao receptor em um nível de potência que esteja dentro desse parâmetro (sensibilidade) para que ele possa ser reconhecido e possa haver comunicação.  Uma forma de compensar essa perda, é utilizar amplificação no transmissor ou direcionar o sinal de forma que não passe pelos objetos que estão causando a perda.

 

2.4 – Reflexão

 

Refexão ocorre quando um sinal de RF incide sobre um objeto que tem dimensões muito largas quando comparado ao comprimento de onda do sinal. Prédios, paredes e muitos outros obstáculos podem causar reflexões. Dependendo da superficie do obstáculo, o sinal refletido pode permanecer intacto ou sofrer perda devido a absorção de parte do sinal.

 

Reflexões podem causar muitos problemas em WLANs tais como degradação ou cancelamento do sinal original ou buracos em uma área de cobertura. A reflexão do sinal original em uma área de transmissão damos o nome de multipath.

 

Reflexões dessa magnitude nunca são desejáveis e requer mecanismo especial para compensá-las.

 

Figura 11 – Reflexão de sinal

 

2.5 – Refração

 

Refração é o desvio que uma onda de rádio sofre ao passar através de um meio de densidade diferente, conforme ilustrado na figura 12. Na realidade quando uma onda de rádio atravessa um meio de densidade diferente, parte da onda é refletida e parte sofre um desvio em outra direção.
Refração pode se tornar um problema para links RF de longa distância. Como as condições atmosféricas estão sujeitas a variações, refração pode fazer com que o sinal sofra um desvio acentuado de forma que o sinal não chegue ao receptor.

 

Figura 12 – Reflexão e Refração

 

2.6 – Difração

 

A difração ocorre quando o caminho entre o transmissor e o receptor é obstruido por uma superficie com bordas de tamanhos irregulares. Nesse caso parte do  sinal sofre um desvio na sua direção, passando a circundar a superficie como mostra a figura 13.

 

Parte do sinal que circunda a superfície sofre um retardo na sua velocidade de  propagação enquanto que a outra parte mantém a velocidade de propagação original.

 

Dependendo do tamanho do objeto, o sinal pode até ser inteiramente bloqueado.

 

Difração é comumente confundida com refração. Mas a principal diferença é que difração ocorre quando um sinal incide sobre um objeto e refração ocorre quando um sinal atravessa um meio.

 

Figura 13 – Como acontece a difração

 

2.7 – Espalhamento

 

O espalhamento ocorre quando o sinal atravessa um meio que consiste de objetos com dimensões que são pequenas se comparados ao comprimento de onda do sinal e o número de obstáculos por unidade de volume é grande. Telhados, pequenos objetos e outras pequenas irregularidades no caminho do sinal podem causar espalhamento do mesmo.

 

O espalhamento pode causar sérios prejuizos em uma área de transmissão. Dependendo da superfície atingida, o sinal é refletido em muitas direções simultâneamente com amplitudes menores interferindo significativamente  no sinal original, podendo causar degradação substancial ou mesmo perda completa do mesmo.

 

Figura 14 – Espalhamento de sinal