Redes Wireless – Parte V

 

2.10 – Cálculos de Potência

 

Depois de conhecermos vários conceitos de RF e sua importância em uma WLAN, torna-se necessário avaliar através de cálculos a viabilidade de um link wireless sem   infringir as regras do FCC no que se refere a limitações de potência. São quatro os aspectos importantes no cálculo de potência:

 

» Potência do dispositivo de transmissão.

 

» Perda e ganho entre o dispositivo de transmissão e a antena causada por conectores, cabos, amplificadores e atenuadores.

 

» Potência no último conector, antes de sinal RF entrar na antena.

 

» Potência no elemento de antena (EIRP).

 

2.10.1 – Unidades de Medida

 

2.10.1.1 – Watt (w)

 

Unidade básica de potência. É definido como 1 ampere(A) de corrente em 1 volt (V), logo: potência = volt x ampere (P=VA). O FCC permite no máximo 4 watts de potência a ser radiado de uma antena em uma WLAN ponto multiponto sobre a frequência de 2.4Ghz. Pode não parecer muita potência, mas é o suficiente para enviar sinais RF claros por quilômetros.

 

2.10.1.2- Miliwatt (mw)

 

Em WLANs, níveis de potência são comumente expressos em miliwatts(mw), ou seja (1/1000w). Em um segmento WLAN típico indoor, os níveis de potência raramente ultrapassam 100mw, o que é suficiente para se comunicar na faixa de 500 metros ou mais em condições ótimas. Os Pontos de acesso normalmente irradiam o sinal entre 30-100mw dependendo do fabricante.

 

2.10.1.3- Decibéis (DB)

 

Usado para expressar sinais da ordem de 0.000000001 watts. Normalmente um receptor que é muito sensível a sinais RF deve ser capaz de captar sinais desta ordem. O decibel é usado como uma forma mais inteligível de expressar esses sinais.

 

Decibéis estão relacionados a watts por uma expressão logarítmica com base 10. Assim se nós temos 1000 e queremos encontrar o log, teríamos como resposta, 3, porque , 1000 = 10³. Observe que na realidade o logaritmo nada mais é que o expoente.

 

Obs: Tanto DB como mw são os padrões utilizados pela industria para medidas de potência.

 

2.10.1.4 – Unidades de medida para perda e ganho

 

Perda e ganho de potência em um circuito são medidos em decibéis e não em watts. Isso se explica pelo fato de que perda e ganho são coneceitos relativos e decibel é uma medida relativa. Perder metade de potência em um sistema corresponde a perda de 3 decibéis. Se um sistema perde metade da sua potência (-3dB) e logo após perde a metade novamente, isso equivale a perda de ¾ da potência original. (1/2 da primeira mais a ½ da segunda). Como referência rápida, existem números relacionados a ganho e perda que deveríamos estar familiarizados:

 

-3 dB = Metade da potência em mw

+3 dB = Dobro da potência em mw

-10 dB = Um décimo da potência em mw

+10 dB = Dez vezes a potência em mw

 

Esses valores facilitam o cálculo da perda e ganho em um circuito RF sem o uso de uma calculadora. Em casos em que este método não é possível há fórmulas de conversão:

 

a) Convertendo mw para dBm:

 

          

 

b) Convertendo dBm para mw:

 

       

 

Observe que log -¹ na verdade é o logaritmo inverso.

 

2.10.1.5 – dBm

 

O ponto de referência que relaciona a escala logarítmica DB com a escala linear watts é :

 

 

o m em dBm, nada mais é que uma referência em relação a 1mw e logo uma medida em dBm é uma medida de potência absoluta.

 

Figura 21 – Diagrama de nível de potência

 

Observe no diagrama acima que o ponto de referência é sempre o mesmo, mas os níveis de potência podem se mover em qualquer direção do ponto de referência se eles representam perda ou ganho.

 

Podemos inclusive usar o diagrama acima como uma tabela de conversão.

 

Exemplo 1: Converter +43 dBm em mw

 

Observe que se formos expressar 43 em 10 e 3 teríamos:

 

43 = 10 + 10 + 10 + 10 + 3.

 

Olhando para o diagrama da figura 21, partindo do ponto de referência, seguindo para a direita, nós deveríamos multiplicar 4 vezes o fator de 10 mais uma vez o fator de 2.

 

1mw x 10 = 10 mw

10 mw x 10 = 100 mw

100 mw x 10 = 1000 mw

1000 mw x 10 = 10000 mw

10000 mw x 2 = 20000 mw = 20 w

 

Ou seja, + 43 dBm é igual a 20 watts.

 

Exemplo 2 : Converter  -26 dBm em uW

 

Expressando -26 em 10 e 3:

 

-26 = -10 -10 -3 -3

 

Olhando para o diagrama da figura 21, partindo do ponto de referência, seguindo para a esquerda, nós deveríamos dividir duas vezes o fator de 10 mais duas vezes o fator de 2.

 

1mw /10 = 100 uW

100uW /10 = 10 uW

10 uW /2 = 5 uW

5 uW / 2 = 2,5 uW

 

Ou seja, -26 dBm é igual a 2,5 microwatts

 

2.10.1.6 – dBi

 

Ao quantificarmos o ganho de uma antena, comumente a expressamos em dBi, que é uma medida relativa. O “i” se refere apenas a uma antena isotrópica. Conforme vimos anteriormente, uma antena isotrópica é teoricamente um transmissor ideal que irradia sinal em todas as direções com a mesma intensidade, com 100 % de eficiência em três dimensões. dBi é usado em RF da mesma maneira que DB.

 

Considere uma antena de 10 dBi com um 10 miliwatts de potência aplicada:

 

10mw + 10 dBi (acréscimo de 10 vezes) = 100 mw

 

Antenas não degradam o sinal, salvo se estiverem danificadas. O valor em dBi é sempre positivo.

 

Como dB, dBi é uma unidade de medida relativa e pode se adicionada ou subtraída de outras unidades decibel. Por exemplo, se um sinal RF sofre uma perda de 2dB antes de chegar a uma antena com ganho de 8 dBi, o sinal resultante tem um ganho de 6dB.

 

Exemplo 3 : Dado o circuito RF abaixo, calcular o sinal resultante irradiado pela antena, levando-se em conta os dados mostrados na tabela abaixo:

 

 

 

Para designar o nível de potência em vários pontos do circuito, faremos:

 

P1 – Potência de saída do Access point

 

P2 – Potência irradiada pela antena

 

P3 – Potência do sinal antes de chegar a antena.

 

Primeiramente vamos transformar a potência de saída do Access point para facilitar o calculo :

 

P (dBm) = 10 log 100

 

P1 = 10 x 2 = 20 dBm

 

Agora calculamos o sinal resultante computando as perdas causadas pelos conectores e o ganho da antena.

 

P2 = Potência do AP – perdas dos conectores + ganho da antena

 

P2 = 20 – 3 – 3 – 3 + 12 = 23 dBm =200 mw

 

Observe que o ganho real foi de 3 dB (o dobro) em relação ao sinal que sai do AP.

 

Para calcularmos o sinal que chega a antena, fazemos:

 

P3 = Potência do AP – perdas dos conectores

 

P3 = 11 dBm.