Redes Sem Fio
Eletromagnetismo
A radiação eletromagnética é uma oscilação em fase dos campos
elétricos e magnéticos, que, se auto sustentando, encontram-se desacoplados das
cargas elétricas que lhe deram origem. As oscilações dos campos magnéticos e
elétricos são perpendiculares entre si e podem ser entendidas como a propagação de
uma onda transversal, cujas oscilações são perpendiculares à direção do movimento
da onda, que pode se deslocar através do vácuo. Dentro do ponto de vista da
Mecânica Quântica, podem ser entendidas, ainda, como o deslocamento de
pequenas partículas, os fótons.
O espectro visível, ou simplesmente luz visível, é apenas uma pequena parte de todo
o espectro da radiação eletromagnética possível, que vai desde as ondas de
rádio aos raios gama.
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica
Eletromagnetismo
Onda Eletromagnética
As ondas são pulsos energéticos que se propagam no espaço transportando energia.
As ondas eletromagnéticas foram descritas matematicamente pelo físico escocês
James Clerk Maxwell no século XIX. Ele se baseou nas equações dos cientistas:
Coulomb, Ampere, Gauss e Faraday, dando a elas uma nova visão e formando um
conjunto de quatro equações que demonstram a interação entre o campo elétrico e
campo magnético e suas relações com a voltagem e a corrente elétrica. Estas
equações passaram a ser conhecidas como equações de Maxwell e são a base do
eletromagnetismo. Maxwell também provou que a luz é uma onda eletromagnética e
que todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz
(c = 3.108 m/s).
Ondas transportam energia sem transportar
matéria.
Vídeo sobre Ondas Eletromagnéticas
Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm
Ondas
Propagação
Os sinais não guiados, sem fio, podem trafegar da origem ao destino de diversas
maneiras:
Propagação terrestre: as ondas de rádio trafegam pela parte mais baixa da atmosfera,
próximo à Terra. Esses sinais de baixa frequência se propagam em todas as direções a
partir da antena transmissora e seguem a curvatura do planeta. O alcance depende
do nível de potência do sinal.
Propagação ionosférica: as ondas de rádio de alta frequência são irradiadas para
cima atingindo a ionosfera, onde são refletidas de volta para a Terra. Esse tipo de
transmissão permite maior alcance com menor potência de saída.
Propagação em linha de visada: sinais de frequência muito alta são transmitidos em
linha reta de uma antena para outra. As antenas têm de ser unidirecionais, voltadas
umas para as outras e também altas o suficiente ou próxima o bastante para não
serem afetadas pelas curvaturas da Terra.
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008.
Ondas
Propagação
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008.
Faixas
Faixas / Bandas
A seção do espectro eletromagnético definida como ondas de rádio e micro-ondas
é dividida em oito faixas, denominadas bandas, cada uma das quais
regulamentadas por órgãos governamentais. Essas bandas são classificadas de VLF
a EHF:
Banda Intervalo
Propagação
Aplicação
VLF
3-30 kHz
Terrestre
Radionavegação
LF
30-300 kHz
Terrestre
Radiofaróis
MF
300 kHz – 3 MHz
Ionosférica
Rádio AM
HF
3 – 30 MHz
Ionosférica
Aviões
VHF
30 – 300 MHz
Ionosférica e linha de visada TV VHF e rádio FM
UHF
300 MHz – 3 GHz
Linha de visada
TV UHF, celular e
satélites
SHF
3 – 30 GHz
Linha de visada
Satélite
EHF
30 – 300 GHz
Linha de visada
Radar e satélites
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008.
Faixas
Espectro de Frequência ISM
As faixas de frequência ISM (Industrial Sientific and Medical) são bandas
reservadas internacionalmente para o desenvolvimento Industrial, científico e
médico. Em 1985 o FCC (Federal Communications Commission), desvencilhou parte
do espectro de frequência para desenvolvimentos livres, sem a necessidade de
licenciamento de utilização de frequência, e introduziu normas para limitação de
potência de transmissão e técnicas de modulação dentro destas faixas.
Este padrão foi internacionalmente difundido e adotado em diversos países, e
adotado no Brasil com algumas ressalvas. No Brasil a legislação para este tipo de
sistema foi inicialmente definida pela ANATEL, através da Norma 02/93,
posteriormente pela Norma 012/96 (resolução 209 de Jan/2000) e atualmente
pela resolução 305 de Jul/2002 – Regulamento sobre Equipamentos de
Radiocomunicação de Radiação Restrita.
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_5.asp
Faixas
Espectro de Frequência ISM
Os serviços de Radiocomunicação operando nestas faixas de frequência devem
aceitar a interferência prejudicial que possa resultar de dispositivos operando
nesta mesma faixa de frequência. Na banda ISM os dispositivos tem que
compartilhar o espaço com outros serviços, e a existência de outras fontes
potenciais de interferência podem ser inevitáveis.
O espectro de frequência ISM 2,4 GHz
O espectro de frequência 2,4GHz é de grande importância para as
telecomunicações, nele que operam diversas tecnologias de comunicação
empregadas em diversos dispositivos que nos auxiliam no cotidiano, como
Bluetooth e WIFI. Quando falamos de WLAN ou Bluetooth, refere-se a aplicações
que utilizam a banda ISM (Industrial,Scientific & Medical), reservada para serviços
de rádio nessas áreas. As bandas ISM podem ser usadas sem licença e estão
sujeitas a um conjunto de regras de operação relativamente reduzidas. As únicas
restrições estão relacionadas com a potência máxima transmitida e, naturalmente,
com a largura de banda, que deve ser mantida dentro de certos limites.
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_5.asp
Faixas
Espectro de Frequência ISM
Em outro países foram assumidas variações em outras faixas.
Utilização da faixa 2,4GHz nos principais países:
TERRITÓRIO
Espanha
França
Resto da Europa
Japão
EUA
Canadá
Brasil
FREQUÊNCIA
(GHZ)
2,445 – 2,475
2,4465 – 2,4835
2,400 - 2483.5
2,471 – 2,497
2,400 – 2,4835
2,400 – 2,4835
2,400 – 2,4835
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_5.asp
Faixas
Espectro de Frequência ISM
O espectro de frequência ISM 900 MHz e 5 GHz
Vários serviços utilizam a faixa em 900MHz: telefones sem fio, rádios "spread
spectrum" em configuração ponto-a-ponto e ponto-multiponto, radioamador,
equipamentos de telemedição, emissor-sensor de variação de campo
eletromagnético, sistemas móveis celulares, fornos velhos de micro-ondas, fornos
industriais de 50kW até 100kW, etc...
O futuro do WLAN está na evolução dos equipamentos para a faixa de 5GHz que
apresenta uma maior banda, com melhores condições para transmissão, além de
minimizar os problemas relacionados com interferências e qualidade de serviço
(QoS) apresentados nas faixas de 900MHz e 2.4GHz.
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwlanx/pagina_3.asp
Watt
É a unidade de potência do Sistema Internacional de Unidades (SI).
A unidade watt recebeu este nome em homenagem a James Watt, pelas suas
contribuições para o desenvolvimento do motor a vapor, e foi adotada pelo
segundo congresso da associação britânica para o avanço da ciência em 1889.
É interessante notarmos que o valor de potência irradiado por uma antena é bem
pequeno em termos de Watts, porém é o suficiente para atender vários
quilômetros.
E como os sinais são bem pequenos, é mais comum nos referirmos aos mesmos
em termos de prefixo, como o mili, ou miliWatts (mW), que significa 1/1000 (um
milésimo) de Watts.
Além dos sinais serem bem pequenos, os mesmos – assim como outras grandezas
da física, como energia elétrica, som ou calor - se propagam de maneira não linear.
Seria mais ou menos como os juros compostos em um financiamento.
Fonte: http://www.telecomhall.com/br/o-que-e-0-dbm.aspx
Watt
Imagine um cabo para transmissão de 100 Watt, com uma perda de 10% a cada
metro. Se a propagação fosse linear, ao final de 10 metros não teríamos mais
potência
Só que não é assim que acontece. No primeiro metro, temos 10% a menos da
potência, ou seja, 90 Watt. E esse é o valor que 'entra' no cabo até o próximo
metro. Assim, no segundo metro, teríamos 10% a menos dessa potência, ou seja
81 Watt (=90 – 9). Repetindo essa conta, você vê que na verdade, a potência nunca
chega a zero, como seria se os cálculos fossem lineares.
Fonte: http://www.telecomhall.com/br/o-que-e-0-dbm.aspx
Decibel
Perdas e ganhos em watt
Perdas e ganhos em dB
Fonte: http://www.telecomhall.com/br/o-que-e-0-dbm.aspx
Decibel
Para mostrar que um sinal ficou mais fraco ou mais forte, os engenheiros usam
uma unidade chamada decibel. O decibel (dB) mede as intensidades de dois sinais
ou um sinal em dois pontos diferentes. Note que o valor em decibel é negativo,
caso um sinal seja atenuado, e positivo, caso um sinal seja amplificado.
As variáveis P1 e P2 são respectivamente, as potências de um sinal nos pontos 1 e 2.
Bel mede a razão entre a intensidade. Decibel é uma escala do bel.
Um sinal é transmitido com a potência de 1w
e é recebido com 100w.
10 x log10 (100/1) = 10 x log10 (100) = 10 x 2 = 20 dB
log10 = 100 é igual 10 elevado a qual número que é igual a 100 (10x = 100), o resultado é 2.
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008
Decibel
Um sinal é transmitido com a potência de
100w e é recebido com 1w.
10 x log10 (1/100) =
10 x log10 (0,01) =
10 x -2 = -20 dB
Tabela razão entre P1 e P2 e dB:
(dB)
P1 / P2
120
1 000 000 000 000
90
1 000 000 000
60
1 000 000
30
1 000
20
100
10
10
6
4
3
2
0
1
-3
0,5
-6
0,25
-10
0,1
-20
0,01
-30
0,001
-60
0,000 001
-120
0,000 000 000 001
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008
Zona de Fresnel
Em óptica e comunicações de rádio ou em qualquer situação que envolva a radiação
de ondas, uma zona de Fresnel, nomeado a partir do físico Augustin-Jean Fresnel , é
um dos (teoricamente infinitos) elipsoides concêntricos que define os volumes
do padrão de radiação de abertura circular. As zonas de Fresnel resultam
de difração por uma abertura circular.
A seção transversal da primeira zona de Fresnel (mais interna) é circular. As zonas de
Fresnel subsequentes são coroas circulares em seção transversal e concêntrico com o
primeiro.
Para maximizar o sinal do receptor, é preciso minimizar o efeito da perda de obstrução
removendo obstáculos da linha de visada. Os sinais mais fortes estão na linha direta
entre o transmissor e o receptor e sempre encontram-se na primeira zona de Fresnel.
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Zona_de_Fresnel
Antenas
As primeiras antenas, presume-se, foram
criadas por Heinrich Hertz, em 1886, com a
finalidade de auxiliar no estudo e
desenvolvimento das teorias eletromagnéticas.
Hertz pesquisou diversos dispositivos durante
a realização de seus experimentos para testar
e provar a teoria eletromagnética, proposta
pelo matemático e físico James Clerk Maxwell.
Antenas
Antena Omnidirecional
As ondas de rádio são transmitidas por antenas omnidirecionais, que enviam sinais
em todas as direções. Com base no comprimento de onda, na potência e na
finalidade da transmissão, podemos ter vários tipos de antenas.
As características omnidirecionais das ondas de rádio as tornam
úteis para todas as aplicações que transmitem sinais em broadcast.
Rádios AM e FM, televisão, telefones sem
fio etc…
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008
Antenas
Antena Unidirecional
As micro-ondas utilizam antenas unidirecionais que enviam sinais em uma única
direção.
São muito úteis quando se precisa de comunicação unicast entre
transmissor e receptor.
Telefonia celular, redes via satélite e Lans
sem fio.
Fonte: Forouzan, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. McGraw-Hill, 2008
Antenas
Características
Diagrama de Irradiação: A energia irradiada em volta de uma antena é a
característica mais importante da mesma e o diagrama de radiação consiste na
representação gráfica desta característica em um plano, com isto pode-se visualizar
diversos parâmetros, na qual se pode definir a antena mais adequada a cada cenário .
O princípio da pedra jogada numa lagoa é o mais elucidativo exemplo de campos de
irradiação e propagação.
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrenlace1/pagina_2.asp
Antenas
Características
Ganho: O ganho pode ser entendido como o aumento da amplitude de um sinal de
RF, ele é dado em referência a uma antena padrão, normalmente uma antena
isotrópica, onde o ganho é expresso em dBi (dBi é o ganho da antena em relação a
uma antena isotrópica). Uma antena isotrópica irradia o sinal igualmente bem em
todas as direções. Porem essa antena não existe, ela fornece apenas padrões teóricos
com os quais as antenas reais podem ser comparadas.
Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwifimanaus1/pagina_3.asp