Estándares inalámbricos - Radiocomunicaciones.net

Estándares inalámbricos
(Pasado, presente y futuro de las redes wireless)
Indice de estándares de tecnología wireless (2,4GHz y 5GHZ):
Descripción
Nombre del estándar
Introducción – Redes de área local
IEEE 802
Redes Ethernet por cable
IEEE 802.3
Redes Ethernet inalámbricas
IEEE 802.11
Ethernet inalámbrico de alta velocidad
IEEE 802.11b
Pseudo estándar de 22Mbps
IEEE 802.11b+
Velocidades de 54Mbps en la banda de 2,4GHz
IEEE 802.11g
Redes inalámbricas en la banda de los 5GHz
IEEE 802.11a
Red de área personal inalámbrica
IEEE 802.15
Acceso inalámbrico a banda ancha WirelessMAN
IEEE 802.16
54Mbps en la banda de los 5GHz (Definición Europea)
HiperLAN2
Interconectividad de dispositivos a corta distancia
Bluetooth
Redes inalámbricas de ámbito doméstico
HomeRF
Introducción - Redes de área local
IEEE 802
IEEE 802 es un conjunto de estándares para redes de área local (LAN) definidos por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos (IEEE). Este organismo define los estándares de obligado cumplimento, en este caso en el desarrollo de
productos de red. Uno de estos estándares es el 802. Existen muchos estándares individuales dentro del paraguas del 802,
incluyendo los 802.3 (redes basadas en cable) y los 802.11 (redes inalámbricas) que veremos en detalle a continuación.
Redes Ethernet por cable
IEEE 802.3
Este estándar para redes basadas en cable se originó a finales de los años setenta y es mundialmente conocido como el
estándar Ethernet. Inicialmente definió redes a velocidad de 10Mbps (Megabits por segundo) sobre cable de tipo coaxial o
también de par trenzado. La mayoría de las redes de área local operan bajo este estándar o uno derivado del original
Ethernet, actualmente Fast Ethernet (100Mbps) o Gigabit Ethernet (1000Mbps). Actualmente IEEE está trabajando (y casi
terminando) el nuevo estándar de 10Gbps (Gigabits por segundo).
Redes Ethernet Inalámbricas
IEEE 802.11
Este estándar define y gobierna las redes de área local inalámbricas (WLAN) que operan en el espectro de los 2,4 GHz
(Giga Hercios) y fue definida en 1.997. El estándar orignial especificaba la operación a 1 y 2 Mbps usando tres tecnologías
diferentes:
Frecuency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Direct Secuence Spread Spectrum (DSSS)
Infrarojos (IR)
El estándar original aseguraba la interoperabilidad entre equipos de comunicación dentro de cada una de estas tecnologías
inalámbricas, pero no entre las tres tecnologías. Desde entonces, muchos estándares han sido definidos dentro de la
especificación IEEE 802.11 que permiten diferentes velocidades de operación. El estándar IEEE 802.11b permite operar
hasta 11Mbps y el 802.11a, que opera a una frecuencia mucho mayor (5 GHz), permite hasta 54Mbps. Además de estos
hay otros estándares que describiremos a continuación.
Ethernet Inalámbrico de alta velocidad
IEEE 802.11b
Este extensión del estándar 802.11, definido en 1.999, permite velocidades de 5,5 y 11Mbps en el espectro de los 2,4GHz.
Esta extensión es totalmente compatible con el estándar original de 1 y 2 Mbps (sólo con los sistemas DSSS, no con los
FHSS o sistemas infrarojos) pero incluye una nueva técnica de modulación llamada Complementary Code Keying (CCK),
que permite el incremento de velocidad. El estándar 802.11b define una única técnica de modulación para las velocidades
superiores - CCK - al contrario que el estándar original 802.11 que permitía tres técnicas diferentes (DSSS, FHSS e
infrarojos). De este modo, al existir una única técnica de modulación, cualquier equipo de cualquier fabricante podrá
conectar con cualquier otro equipo si ambos cumplen con la especificación 802.11b. Esta ventaja se ve reforzada por la
creación de la organización llamada WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), una organización que dispone de un
laboratorio de pruebas para comprobar equipos 802.11b. Cada equipo certificado por la WECA recibe el logo de
compatibilidad WI-FI que asegura su compatibilidad con el resto de equipos certificados.
Resumen 802.11b
Rango de
frecuencias:
Acceso:
Velocidad:
Compatibilidad:
Distancia:
Aplicación
De 2.4 a 2.4835 GHz
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) usando Complementary Code Keying (CCK)
Hasta 11 Mbps
Compatible con sistemas 802.11 DSSS de 1 y 2 Mbps.
No compatible con los sistemas 802.11 FHSS, Infrarrojos (IR) ni con HomeRF
Depende de la instalación y de los obstáculos, 300m típicos
Todo tipo de red de datos Ethernet
Pseudo estándar de 22Mbps
IEEE 802.11b+
Es una variación del IEEE 802.11b pero que puede operar a 22Mbps contra los 11Mbps de la versión 11b. Su mayor
problema es que no es un estándar. Aunque aparece en la mayoría de las documentaciones como IEEE 802.11b+, IEEE
nunca lo ha certificado como estándar. Es un sistema propietario diseñado por Texas Instruments y adoptado por algunos
fabricantes de dispositivos inalámbricos como D-Link y Global Sun que utilizan estos chipsets. Técnicamente utiliza técnicas
que forman parte del estándar 11g. Comparativamente con el resto de estándares no ofrece grandes diferencias, ya que
aunque anuncia velocidades de 22Mbps en prestaciones reales se obtiene una discreta mejora.
Comparativa de estándares inalámbricos:
802.11b
Septiembre 1999
Fecha de definición
Velocidad anunciada
Velocidad media obtenida
Frecuencia
Modulación
Canales
11Mbps
4-5Mbps
2,4GHz
DSSS/CCK
11
802.11a
Septiembre 1999
54Mbps
27Mbps
5GHz
OFDM
12
Velocidades de 54Mbps en la banda de 2,4GHz
802.11g
Noviembre 2001
(Borrador)
54Mbps
25Mbps
2,4GHz
DSSS/PBCC
11
802.11b+
No estándar
22Mbps
6Mbps
2,4GHz
PBCC
11
IEEE 802.11g
El estándar IEEE 802.11g ofrece 54Mbps en la banda de 2,4GHz. Dicho con otras palabras, asegura la compatibilidad con
los equipos Wi-Fi preexistentes. Para aquellas personas que dispongan de dispositivos inalámbricos de tipo Wi-Fi, 802.11g
proporciona una forma sencilla de migración a alta velocidad, extendiendo el período de vida de los dispositivos de 11Mbps.
El estándar 802.11g se publicó como borrador en Noviembre de 2001 con los siguientes elementos obligatorios y
opcionales:
1.
2.
3.
El método OFDM (Orthogonal Frecuancy Division Multiplexing) es obligatorio y es lo que permite velocidades
superiores en la banda de los 2,4GHz.
Los sistemas deben ser totalmente compatibles con las tecnologías anteriores de 2,4GHz Wi-Fi (802.11b). Por lo
que el uso del método CCK (Complementary Code Keying) también será obligatorio para asegurar dicha
compatibilidad.
El borrador del estándar marca como opcional el uso del método PBCC (Packet Binary Convolution Coding) y el
OFDM/CCK simultáneo.
Resumen 802.11g
Rango de
frecuencias:
Acceso:
Velocidad:
Compatibilidad:
Distancia:
Aplicación
De 2.4 a 2.4835 GHz
Obligatoriamente Complementary Code Keying (CCK) y Orthogonal Frecuency Division
Multiplexing (OFDM), opcionalmente puede incluir Packet Binary Convolution Coding (PBCC) y
CCK/OFDM
Hasta 54 Mbps
Compatible con sistemas 802.11b de 11Mbps y 5,5Mbps.
Compatible con sistemas 802.11 DSSS de 1 y 2 Mbps.
No compatible con los sistemas 802.11 FHSS, Infrarrojos (IR) ni con HomeRF
Depende de la instalación y de los obstáculos, 300m típicos
Todo tipo de red de datos Ethernet
Redes inalámbricas en la banda de los 5 GHz
IEEE 802.11a
El estándar IEEE 802.11a se aplica a la banda de UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) de los 5GHz. El
estándar usa el método OFDM para la transmisión de datos hasta 54Mbps. Su mayor inconveniente es la no compatibilidad
con los estándares de 2,4GHz. Por lo demás su operación es muy parecida al estándar 802.11g.
Existe también un estándar desarrollado en Europa que es muy similar al 802.11a y que se llama HiperLAN2 (descrito en
este mismo documento).
Resumen 802.11a
Rango de
frecuencias:
Acceso:
Velocidad:
Compatibilidad:
Distancia:
Aplicación
De 5,15 a 5,25 GHz (50mW)
De 5,25 a 5,35 GHz (250mW)
De 5,725 a 5,825 GHz (1W)
Orthogonal Frecuency Division Multiplexing (OFDM)
Hasta 54 Mbps
No compatible con los sistemas 802.11b, 802.11, HiperLAN2, Infrarrojos (IR) ni con HomeRF
Depende de la instalación y de los obstáculos
Todo tipo de red de datos Ethernet
Red de área personal inalámbrica
IEEE 802.15
El estándar 802.15 define las redes de área personal (WPAN). Estas redes también se conocen como redes inalámbricas
de corta distancia y se usan principalmente en PDAs, periféricos, teléfonos móviles y electrónica de consumo. El objetivo de
este grupo de trabajo es publicar estándares WPAN para el mercado doméstico y de consumo que además sean
compatibles con otras soluciones inalámbricas (BlueTooth) y basadas en cable. Aún no tienen estándares operativos
definidos.
Acceso inalámbrico a banda ancha WirelessMAN
IEEE 802.16
La misión del grupo de trabajo 802.16 es desarrollar sistemas Inalámbricos de Área Metropolitana. En Enero de 2003 ha
publicado nuevos estándares.
54Mbps en la banda de 5GHz (Definición Europea)
HiperLAN2
HiperLAN2 ha sido desarrollada bajo el proyecto BRAN (Broadband Radio Access Networks) del Instituto Europeo de
Estandarización de las Telecomunicaciones (ETSI). Es muy similar al estándar IEEE 802.11a ya que ambas usan la banda
de los 5GHz y también el método OFDM para obtener velocidades de hasta 54Mbps.
Las diferencias entre ambas residen en el control de acceso a medio (MAC), ya que en el caso de la HiperLAN2 está
orientada a la conexión. Las conexiones divisiones de tiempo multiplexadas (TDM). A cada canal, o conexión, puede ser
asignado a una calidad de servicio (QoS) apropiada según necesidades. Debido a estas características, HiperLAN2 será
usado inicialmente pasa interconexiones WAN entre nodos. Actualmente IEEE 802.11a no ofrece diversidad de canales con
QoS variables, por lo que se le compara con Wireless Ethernet, mientras que a HiperLAN2 es más parecida a un ATM
inalámbrico.
Resumen HiperLAN2
Rango de
frecuencias:
Acceso:
Velocidad:
Compatibilidad:
Distancia:
Aplicación
De 5,15 a 5,25 GHz (50mW)
De 5,25 a 5,35 GHz (250mW)
De 5,725 a 5,825 GHz (1W)
Orthogonal Frecuency Division Multiplexing (OFDM)
Hasta 54 Mbps
No compatible con los sistemas 802.11g, 802.11b, 802.11, ni con HomeRF
Depende de la instalación y de los obstáculos, máximo 150m
WAN/LAN, voz encapsulada, vídeo, datos
Interconectividad de dispositivos a corta distancia
Bluetooth
Bluetooth (BT) es un estándar de facto establecido por un grupo de fabricantes. Su nombre proviene del Rey Vikingo Harald
Bluetooth (910-940 dc), que no tenía ningún diente azul como sugiere la traducción literal desde el inglés. Su nombre
significaba “Pelo oscuro”, característica muy rara entre los Vikingos. Entre sus hazañas se cuenta la unión de sus reinos de
Dinamarca y Noruega. En Febrero de 1.998 se formó el grupo de desarrollo de Bluetooth (BT-SIG). Este estándar se definió
para complementar (no competir) con IEEE 802.11b ya que BT está diseñado para redes de área personal (PAN) como
PDA, teléfonos móviles y otros pequeños dispositivos que quieran transmitir información en un rango muy corto (máximo
10m). El tipo de red que establece es siempre AD-Hoc. BT usa un salto rápido de frecuencias (1600 saltos por segundo) en
la banda de los 2,4GHz proporcionando una velocidad de 721Kbps. La potencia de transmisión está limitada a 1 mW.
Bluetooth se diseñó específicamente para reemplazar puertos infrarrojos y cables de conexión de periféricos.
Bluetooth y 802.11b operan en la misma banda de 2,4GHz. Esto puede provocar interferencias entre ambos sistemas si
operan simultáneamente y están muy próximos. Típicamente lo que ocurre es que ambos sistemas se ralentizan
considerablemente. Algunos fabricantes usan un multiplexador para evitar interferencias.
Resumen Bluetooth.
Rango de
frecuencias:
Acceso:
Velocidad:
Compatibilidad:
Distancia:
Aplicación
De 2.4 a 2.4835 GHz
Frecuency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Versión 1.1 – 721Kbps
Versión 1.2 – 10Mbps
No compatible con ningún otro estándar inalámbrico
10 metro máximo
Kits de manos libres para teléfonos, PDA, conexión de periféricos, cámaras de fotos, etc…
Redes Inalámbricas de ámbito doméstico
HomeRF
HomeRF es el nombre de un grupo de fabricantes formado en 1.998 para desarrollar estándares de interconexión entre
ordenadores personales domésticos y dispositivos electrónicos. La especificación resultante se llamó Shared Wireless
Access Protocol (SWAP). HomeRF se formó inicialmente porque las empresas involucradas pensaron que los dispositivos
basados en 802.11 serían demasiado caros para el mercado del gran consumo. Curiosamente la rápida adopción de los
dispositivos 802.11 y la continua bajada de de precios, ha provocado todo lo contrario. El problema de la filosofía del
HomeRF es que se pensó que no había necesidad de compatibilizar los sistemas inalámbricos domésticos con los usados
en las empresas. Esta incompatibilidad hace tremendamente difícil su comercialización. Con una velocidad de 1,6Mbps
estos sistemas han pasado a ser sustituidos por los dispositivos basados en 802.11b. Aún así en algunos países se hicieron
muy famosos e incluso hay una versión 2.0 que soporta hasta 20Mbps.
Tipos de instalaciones Wireless:
Básicamente hay dos grandes tipos de instalaciones inalámbricas: Las de interior y las de exterior. Las primeras son las que
se instalan dentro de un edificio, una oficina o una vivienda. Su mayor problema son los obstáculos que podamos encontrar
dentro del edificio. Las segundas son algo más complicadas ya que los tipos de instalación son extremadamente variables.
Podemos encontrar desde una conexión básica entre edificios próximos a una instalación destinada a dar cobertura a toda
una población. Pasemos a describir cada una de ellas.
Instalación inalámbrica en interiores:
Estas instalaciones suelen ser las más sencillas de todas y provienen de la necesidad de obtener movilidad de los equipos
o de la conveniencia de no instalar cable de datos (o de las dos). Hay dos estrategias básicas a la hora de planear una red
inalámbrica de interior dependiendo de la conectividad que queramos dar a la instalación:
Punto a Punto. También llamada “Peer-to-Peer”, “Ad-Hoc”, Distribuida, etc.
Infraestructura. También llamada Centralizada, basada en punto de acceso, mixta, etc.
Instalaciones Punto a Punto:
Las instalaciones punto a punto se caracterizan por ser instalaciones totalmente inalámbricas. Son las que seleccionaría un
usuario que sólo y exclusivamente quisiera montar una red sin cables y sin acceso a una red de cable. Su planteamiento es
muy sencillo:
En este ejemplo se puede comprobar que todos los puestos de red se conectan entre ellos usando dispositivos
inalámbricos. Unos mediante USB, otros con PCMCIA y por último mediante PCI en los PC’s de sobremesa. Todos los PC’s
son capaces de ejecutar cualquier función de red igual que si estuviesen conectados mediante cables. De ese modo
podemos:
Compartir hardware. Como Impresoras, CD-ROM, etc.
Compartir aplicaciones y archivos. Uno de los PC’s puede ejercer de servidor de aplicaciones/archivos.
Compartir la conexión a Internet. Siempre y cuando tengamos el software adecuado (Proxy) y el hardware
necesario (Módem de acceso).
Nota Técnica: ¿Por qué no podemos usar un Router en esta instalación en lugar de poner un módem y un Proxy?
Respuesta: Los routers tradicionalmente tienen uno o varios puertos Ethernet (RJ45) para poder conectar los ordenadores.
En este tipo de instalación no podemos compartir dispositivos que usen cable, ya que hemos dicho que es una red
“totalmente inalámbrica” y sólo podemos compartir los recursos directamente controlados por alguno de los PC’s de la red.
Por eso nos vemos obligados a usar un PC de puente a Internet que disponga de algún tipo de módem.
Instalaciones basadas en puntos de acceso:
Los puntos de acceso son “concentradores inalámbricos” y su principal función es la de conectar dispositivos inalámbricos
con dispositivos basados en cable. Esta es la típica instalación que se plantea en las empresas que ya disponen de una red
convencional basada en cable y que quieren utilizar PC’s inalámbricos con las mismas funcionalidades que los conectados
por cable. La instalación típica es la siguiente:
En esta instalación podemos ver que tenemos una red convencional de 4 ordenadores conectados a un switch con un router
de acceso a Internet. En este caso no hay problema para instalar un router, ya que existe un switch al que conectarlo. Al
punto de acceso llegan todas las señales inalámbricas de los ordenadores portátiles (en este caso) y él se encarga de
hacerlas llegar al switch. Es importante ver que los ordenadores inalámbricos no tienen conexión entre ellos, sino contra el
punto de acceso. Si el punto de acceso se apaga, la parte inalámbrica de la red deja de funcionar.
En esta tipo de instalaciones, los ordenadores que acceden a la red de forma inalámbrica disponen de todas las
funcionalidades de los ordenadores conectados mediante cable como por ejemplo: Acceso a Internet, acceso a servidores o
impresoras de red, etc.
Preguntas frecuentes sobre los puntos de acceso:
¿Se puede instalar más de un punto de acceso en la misma red?
Respuesta: Sí. En la misma red puede haber más de un punto de acceso. Esto es necesario normalmente en un par de
supuestos: Que uno sólo no de cobertura suficiente a toda la oficina o que el número total de usuarios inalámbricos sea muy
alto.
¿Cuántos usuarios pueden ser soportados por un punto de acceso?
Respuesta: Un punto de acceso funciona como un concentrador, es decir, reparte sus recursos entre todos los usuarios
inalámbricos. A mayor número de usuarios, menores prestaciones. No es recomendable usar un punto de acceso para más
de 16 usuarios, ya que por encima de este número las prestaciones decrecen bastante.
Instalaciones inalámbricas en exteriores:
Las instalaciones inalámbricas de exterior pueden complicarse mucho. No sólo por la necesidad en muchos casos de
instalar antenas que amplifiquen la señal, sino por los inconvenientes generados por las largas distancias u obstáculos.
Además cada red de exterior es diferente y las necesidades de conexión son diferentes. Vamos a intentar analizar los casos
más habituales de instalación de exteriores, primero por el tipo de instalación y luego por el hardware involucrado.
Instalación tipo “Bridge”. Conexión de dos edificios.
Una de las funciones más pedidas por los usuarios de redes suele ser la función “Bridge” o Puente. Esta función sirve para
conectar dos redes situadas en edificios diferentes y de ese modo ahorrarse la tirada de un cable que conecte ambas redes.
La instalación típica es esta:
En este caso, los puntos de acceso no hacen de “concentrador inalámbrico” para ordenadores wireless. Su única función es
la de conectar con el punto de acceso de la otra oficina y hacer de “puente” o “Bridge” entre los ordenadores del Edificio 1 y
los del Edificio 2.
Notas técnicas:
¿Qué ocurre si en lugar de dos oficinas tengo tres o más?
Respuesta: Nada especial. Los puntos de acceso soportan esta función también. Se conoce con el nombre de “Bridge point
to multipoint” si hay más de dos puntos de acceso involucrados. En el caso en que sólo se usen dos el nombre de la función
es “Bridge point to point”.
¿Puedo usar al mismo tiempo la función “Bridge” y la función “punto de acceso” para al mismo tiempo conectar
dos edificios y usar ordenadores con dispositivos inalámbricos?
Respuesta: Esta función “Bridge” no admite ordenadores conectados de forma inalámbrica. Para ello sería necesario
instalar otro punto de acceso en modo “punto de acceso” para admitir esas conexiones. También se puede usar otra función
llamada “punto de acceso cliente” en el que el punto de acceso actúa como un dispositivo más de la red inalámbrica. Es
algo así:
En este caso, el punto de acceso del Edificio 1 está configurado como “punto de acceso”, no como bridge. Este dispositivo
dará servicio a los ordenadores que accedan a él de forma inalámbrica. Como tiene la función “Bridge” deshabilitada no
sería capaz de conectar con el otro edificio. Por eso hemos configurado el punto de acceso del Edificio 2 como “punto de
acceso cliente”, de ese modo actúa igual que un PC convencional accediendo al punto de acceso del Edificio 1. Este
sistema de conexión entre edificios es menos eficiente (y más inseguro) que el modo “Bridge”, pero a cambio es mucho más
flexible.
Nota: En este caso el punto de acceso cliente no admite conexión de ordenadores inalámbricos en el Edificio 2.
La pesadilla de las antenas.
Mientras que usemos los dispositivos inalámbricos tal y como vienen de fábrica, los problemas son muy controlables. Lo
más habitual es que si tenemos problemas sean por obstáculos o por distancias. En el caso de las instalaciones de exterior
es muy habitual necesitar antenas complementarias para amplificar la señal y llegar más lejos. En ese momento comienza
la pesadilla. La teoría es muy bonita, la aplicación no suele serlo. Intentaremos clarificar algunos conceptos sobre antenas e
instalaciones en el exterior.
Las antenas
La teoría dice que una antena se instala para mejorar la señal que emitimos o recibimos. El mayor problema es la distancia
de cable que une nuestra antena con nuestros puntos de acceso. El grave problema viene cuando comprobamos que una
antena con un cable de, digamos, 2 metros conectada a nuestro punto de acceso no amplifica casi nada. Lo que ganamos
con la antena, lo perdemos con el cable. De ese modo usaremos cables lo más cortos posible, de unos 30cm. Hasta ahí
bien.
Tipos de Antenas
Existen dos tipos genéricos de antenas: Omnidireccionales y direccionales.
Las primeras, direccionales emiten en todas direcciones, además lo hacen de una forma muy homogénea, es decir, con
prácticamente la misma potencia hacia todos lados. De este tipo son, por ejemplo, las antenas que vienen de fábrica en los
puntos de acceso. Si pudiésemos ver la señal que generan estas antenas veríamos algo parecido a un Donut sobre el eje
de la antena.
Los fabricantes de antenas proporcionan los gráficos de emisión de las mismas en dos diagramas llamados “Azimuth” y
“Elevación”, como se ven en la figura anterior. Azmuth es el patrón de radiación de la antena visto desde arriba y lo que nos
dice es cómo se propaga la señal en el plano horizontal. La elevación sería la forma en que se propaga hacia arriba y hacia
abajo. Si la antena radia en todas direcciones de igual forma se dice que es una “Radiación Isotrópica” (si existitiera una
antena que radiase de esta forma). Una antena direccional instalada en un piso radiará la mayor parte de su energía en el
plano horizontal de dicho piso, aunque también se irradiará una fracción de su señal a los pisos superiores e inferiores.
La ganancia
La ganancia es un concepto complejo pero necesario para entender el funcionamiento de las antenas. Formalmente se
define de la siguiente manera: “La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada
en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias
entregadas a la antena”.
La fórmula para calcularla es la siguiente:
G (θ , φ ) =
P (θ , φ )
We
4π r 2
Es una medida logarítmica y se expresa en “dBi”. Realmente, la ganancia indica la potencia que una antena gana en una
dirección específica si la comparásemos con una isotrópica que tendría ganancia igual a 0. Por eso se llama ganancia, ya
que mide la potencia ganada en esa dirección. A mayor ganancia mayor potencia. La ganancia típica de las antenas que se
incluyen en los puntos de acceso es de 2dBi aproximadamente. Esto es normal. Por definición si una antena radia mucho
en una dirección, tiene que radiar poco en otras. Es por eso que una antena omnidireccional suele tener poca ganancia y es
muy difícil encontrar antenas con ganancias superiores a los 8dBi.
Antenas direccionales
Las antenas direccionales, como su nombre indica radian la mayor parte de su energía en una dirección concreta. De ese
modo el patrón de radiación de una antena direccional es algo parecido a un lóbulo:
Como característica principal tiene que el plano horizontal y vertical es prácticamente idéntico, por lo que sólo se suele
mostrar un único gráfico en lugar de los dos que se muestran en las direccionales. Por la propia definición de Ganancia, es
fácil prever que en el caso de las direccionales, este parámetro será mayor que con las omnidireccionales.
Selección de una antena
Según lo que acabamos de ver, la selección de una antena depende primero del tipo de cobertura que queramos dar. Hacia
todas direcciones o hacia una dirección concreta. A mayor ganancia, mayores distancias obtenidas. Es necesario resaltar
que las antenas direccionales obtienen mayor ganancia “achatando” el lóbulo de emisión, lo que implica que a mayor
ganancia, mejor distancia pero menor ángulo de apertura.
Adaptadores PCMCIA, caso a parte
Los diseñadores de antenas para los adaptadores PCMCIA tienen que afrontar un enorme problema. No es fácil incluir una
antena en una pequeña placa de circuitos dentro de una cubierta de plástico al final de una tarjeta PCMCIA. No es por
entrar en la tecnología aquí, pero la siguiente figura muestra una medida típica de la sensibilidad de un portátil equipado con
una tarjeta WLAN PCMCIA. La ganancia efectiva de esta antena es baja, menos de 0dBi (típicamente -4dBi) y es
extremadamente direccional.
Se puede ver que la sensibilidad varía enormemente con el azimut, y que es todo lo contrario a una antena con buen
comportamiento. Si se fija en el trazo azul puede ver que la antena es 6dB más sensible (el doble) para señales en los 165º
que en los 330º. Incluso pueden verse algunas zonas oscuras en las que no se recibe ningún tipo de señal.
El trazo rojo representa la sensibilidad a señales polarizadas verticalmente. La sensibilidad es significativamente inferior que
a la polarización horizontal. Es por esto que siempre recomendamos el uso de puntos de acceso con antenas polarizadas
horizontalmente en aquellos lugares donde haya un número significativo de estaciones equipadas con tarjetas PCMCIA.
Esta es la razón por la que en ocasiones hay que mover, cambiar y rotar los portátiles para conseguir una cantidad de señal
WLAN decente.
Los obstáculos
Como ocurre también en interiores, los obstáculos son un grave problema a salvar. Si entre dos edificios no disponemos de
línea visual (es decir, que el enlace inalámbrico esté libre de obstáculos) es muy difícil establecer un enlace inalámbrico.
Existen programas complejos que calculan la viabilidad de un enlace inalámbrico teniendo en cuenta multitud de parámetros
como la altura del obstáculo, altura a la que se instalan las antenas, distancia entre ellas, ganancia de ambas, etc. Incluso
en algunos de ellos se puede especificar la longitud de los cables utilizados e incluso la calidad de los mismos. De todos
modos y aún con estos programas de ayuda es casi imposible predecir si un enlace inalámbrico funcionará correctamente y
a qué velocidad lo hará. En este enlace influye desde la elevación sobre el nivel de mar hasta la humedad relativa del aire.
Por estas razones, es posible que un enlace funcione en un lugar y no lo haga en otro.
El efecto Fresnel
Otro problema añadido de difícil solución. La línea visual es el espacio libre directo que existe entre dos puntos. Usando
unos prismáticos en un día claro es muy sencillo determinar si existe línea visual entre dos puntos separados unos pocos
kilómetros.
Los siguientes obstáculos pueden oscurecer una línea visual:
-
Accidentes topográficos, como montañas
La curvatura de la tierra
Edificios y otros objetos
Árboles
Si alguno de estos obstáculos es lo suficientemente alto, puede bloquear la línea visual entre dos puntos:
Los obstáculos que pueden interferir con la línea visual, también pueden hacerlo con la línea de datos, pero hay que
considerar el efecto Fresnel. Si un gran obstáculo, como un cerro, una colina o un edificio, está muy próximo a la línea
visual, puede dañar la señal de radio, o reducir su potencia. Esto ocurre incluso si el obstáculo no corta la línea visual.
La zona Fresnel para una señal de radio es un área elíptica alrededor de la línea visual. Su grosor varía dependiendo de la
longitud de la línea y de la frecuencia de la señal.
Como puede verse en la figura de arriba, cuando un objeto grande queda dentro de la zona Fresnel, se produce una
difracción que causa que la señal reflejada alcance la antena receptora un poco más tarde que la señal directa. Como esta
señal reflejada está fuera de fase respecto a la señal directa, esto puede reducir su potencia e incluso cancelar la señal. Si
los obstáculos son “blandos” como árboles u otros similares, la señal se atenúa (se reduce su calidad). En resumen, el
hecho de “ver” el punto de conexión no garantiza que se pueda establecer un enlace inalámbrico de calidad.
La solución más común para el efecto Fresnel es elevar las antenas para salvar los obstáculos. Evidentemente esto no
siempre es posible y se produce el problema típico de tener línea visual y que el enlace no funcione.
Este es otro factor añadido a la problemática de las instalaciones de exterior por el que no podemos asegurar en todos los
casos que las redes Wireless funcionen correctamente.