segunda-feira, 3 de novembro de 2008

O Inimigo das redes Wireless

O objetivo deste posta é ajudar toda e qualquer pessoa, seja ela física ou jurídica, que use o sistema de transmissão de dados wireless (via rádio), pois hoje o maior inimigo deste sistema é a poluição de RF (ruído ou batimento).

A transmissão de dados via rádio no Brasil vem se expandindo geometricamente na freqüência de 2.4 Ghz, o que esta ocasionando uma total poluição de RF, que aparece na forma de ruído ou batimento.
Por falta de maiores conhecimentos sobre o assunto, tem se aumentado indiscriminadamente a potencia de transmissão, seja através da troca por equipamentos de maior potencia ou pelo uso de amplificadores, aumentando cada vez mais a poluição de RF, tornando-se quase impossível em certas regiões obter-se um sinal com o mínimo de qualidade necessário para o uso do sistema.

Muitos estão migrando para a freqüência de 5.8 Ghz, na tentativa de melhorar o sinal, principalmente em links ponto a ponto, mas os equipamentos para esta freqüência têm um custo muito elevado, (quase três vezes mais que os de 2.4 Ghz), tornando quase inviável seu uso comercialmente.



Não fosse isto, já estaríamos com problemas também nesta freqüência, alias, já estamos cometendo os mesmos erros no uso de 5.8 Ghz, ou seja, aumento de potencia com a intenção de melhorar o sinal.

Tal procedimento, com certeza nos levará aos mesmos problemas hoje existentes com a freqüência de 2.4 Ghz.

Vamos através deste post, orientar instaladores e usuários deste sistema, quanto ao uso de potencias adequadas, bem como escolher a antena 2.4 e 5.8 ghz que melhor se ajuste as suas necessidades, vamos também ajudá-los a identificar a origem da interferência de RF (ruído),ou batimento, como diminuí-los sensivelmente, como melhorar a qualidade do sinal, se possível com os equipamentos já instalados, etc...

Poucos dão a devida importância para o elemento irradiante (antena) em um sistema wireless, preocupando-se com o rádio, hub, servidor, etc..., Achando que a antena é um simples acessório. No entanto, a antena é de fundamental importância para a transmissão de um sinal com alta qualidade.Um rádio de $ 15.000 com uma antena inadequada pode transmitir um sinal bem inferior a um rádio de $ 5.000 com antena bem dimensionada, para ter-se uma idéia da importância da antena, independente da qualidade do rádio, ele não funcionará sem uma antena.

Existe um modelo de rádio, parecido com um cinescópio, totalmente hermético para ser instalado em local exposto ao tempo, e como o ele não necessita de antena externa para funcionar, muitos acham que o mesmo opera sem antena, mas acontece que ele já possui uma antena interna de alto ganho.

È através da antena que poderemos aumentar a intensidade e a qualidade de um sinal, sem aumentar o ruído.Se desde o início houvesse a preocupação de se usar a mínima potencia na transmissão de dados via rádio, procurando-se melhorar a qualidade do sinal e o aumento da distancia a ser atingida com o uso de antenas adequadas, bem projetado, não estaríamos hoje com tantos problemas.

Alguns hão de dizer; como alcançar longas distancias com um rádio de apenas 32 mw, mesmo usando uma super antena? Bem, quando queremos atingir uma distancia superior ao limite de um rádio de 32 mw com uma super antena, devemos instalar um novo ponto de acesso dentro deste limite e assim por diante, até atingirmos a distancia desejada, desta forma não estaríamos provocando interferências em outros rádios, sejam eles nossos ou não, e com isso todos teriam melhor qualidade de sinal.

"Quanto maior a potencia empregada, maior serão nossos problemas de poluição com RF".

Hoje existe uma verdadeira guerra principalmente entre provedores de Internet, cada um aumentando mais e mais a potencia de transmissão, quer seja com a troca de equipamento (rádio), ou pelo uso de amplificadores, chegando a causar danos a sua própria transmissão de dados.

Abaixo vou citar dois exemplos, e que darão ao leitor uma idéia da dimensão do problema e de sua gravidade.

No primeiro caso, um provedor de Internet, o qual estava perdendo clientes porque já não conseguia manter um link com as mínimas condições aceitáveis, aliás, seu concorrente também estava perdendo clientes pelos mesmos motivos, ou seja, em certos horários o ruído era tão intenso que derrubava o link hora de um provedor, hora do outro e quem estava ganhando era um provedor com o sistema de ADSL, que por razões óbvias, não precisava fazer muito esforço para conseguir clientes. Para se ter uma idéia, estes provedores não tinham rádio com potencia inferior a 300 mw e todos os rádios de ambos estavam equipados com amplificadores de 1 watt, sendo que um deles tinha um amplificador de 2 watts, e todas as antenas parabólica fechada eram de 32 dbi.

Ora, um rádio de 300 mw, equipado com um amplificador de 1 watt e uma antena parabólica de 32 dbi, causa problemas sérios, inclusive com possibilidades de derrubar qualquer link de transmissão de dados que venha cruzar seu lóbulo de irradiação em uma distancia de aproximadamente de 15 Km.

A única solução para estes provedores foi orientá-los para que tirassem todos estes equipamentos, e voltassem a usar equipamentos de baixa potencia e antenas projetadas para cada caso.

Após vários testes para provar que esta era a única solução, houve um acordo entre ambos.

No segundo caso, foi uma empresa privada que havia feito um link com uma de suas filiais, através de um equipamento de 200 mw equipado com amplificador de 1 watt e antena parabólica de 27 dbi(sem necessidade). Este link funcionou bem por um período de aproximadamente 60 dias,após este período começou os problemas com ruído, o motivo? O provedor de Internet local foi prejudicado com este link de potencia elevada e tentando resolver o seu problema, aumentou consideravelmente a potencia de transmissão do seu ponto de acesso.

A solução para ambos foi usar equipamento de baixa potencia e o uso do tipo e modelo de antena que mais se adequasse aos seus propósitos. Estes exemplos não são casos isolados, as maiorias das redes wireless estão sendo feitas através de equipamentos cada vez mais potentes, acoplados a amplificadores e muitas vezes com o uso de tipos e modelos inadequados de antenas.

Já se chegou ao absurdo de usar amplificador nas duas pontas de um enlace wireless de curta distancia, aproximadamente 8 km.

Imaginem se as operadoras de telefonia celular agissem da mesma forma que os provedores e usuários da transmissão de dados via rádio, usando equipamentos de maior potencia, seria um caos, todos eles teriam os mesmos problemas que hoje enfrentamos no sistema wireless de transmissão de dados.

Mas elas estão bem assessoradas e ao invés de aumentar potencia para abranger uma área maior, instalam vários pontos com potencia baixa(células) e assim operam sem problemas.

Desta forma, só conscientizando os usuários do sistema de transmissão de dados via rádio, para adquir o máximo de informações técnicas possíveis sobre altas freqüências, como elas se propagam, por que há vários tipos e modelos de antenas e como elas funcionam, enfim,como funciona este sistema via rádio de um modo geral.

Muitas vezes achamos que o problema esta na rede de transmissão física(do rádio até a antena), ou na transmissão wireless propriamente dita(irradiação de RF entre antenas), e o mesmo esta na programação dos equipamentos, portanto seria importante também conhecerem arquitetura de redes TCP/IP etc... .

Tenho certeza que bem informados, irão tentar baixar a potencia de transmissão e usar antenas específicas para cada caso, alem de criarem mais pontos de acesso.

Abaixo, darei o máximo de informações, tanto técnica quanto prática sobre os tópicos: altas freqüências, elemento irradiante (antena) e cuidados na instalação de equipamentos. Tenho certeza, ajudarão os usuários deste sistema, a amenizar seus problemas com interferências de RF, má qualidade do sinal, queda de link etc...

A) - Altas freqüências:

As altas freqüências, como 2.4 e 5.8 Ghz, são freqüências chamadas de visuais, ou seja, tem que haver visada entre as antenas 2.4 ghz ou entre a antenas 5.8 ghz, caso contrário não haverá link. Portanto este é o primeiro teste que se faz para avaliar a viabilidade de um link, tenta-se enxergar de um ponto, o outro, mesmo que seja com auxílio de um binóculo, se isto for possível, já é um bom começo. O segundo passo é instalar provisoriamente um rádio em um dos pontos, e auxiliado por um not book no outro ponto, tentaremos avaliar a qualidade do sinal recebido e enviado, com este segundo passo, poderemos determinar o tipo de antena necessária, bem como de equipamento.

Quando operarmos com mais de um rádio no mesmo local, teremos que programar estes equipamentos em canais distantes entre si de no mínimo tres canais, caso contrário, haverá interferência entre eles.Estas freqüências possuem um inimigo natural que é a água, ela atua sobre estas freqüências de dois modos; refletindo a freqüência como um espelho reflete a luz, alterando deste modo o lóbulo de irradiação original, ou quando penetrar umidade no gama de uma antena, no conector, ou até mesmo internamente no cabo condutor, ocasionando uma perda considerável de sinal, podendo inclusive haver a queda total do link, até que a umidade se evapore.

Quando houver penetração de umidade internamente em conectores e cabos, estes deverão serem substituídos, mesmo que venham a funcionar depois de secos, isto porque um processo de oxidação iniciou-se internamente nos mesmos o que ocasionará problemas futuros na qualidade da transmissão.

B) - Elemento irradiante(antena):

O elemento irradiante, ou seja, a antena, é um componente vital para a transmissão de dados via rádio,e não apenas um acessório como muitos pensam.

A escolha correta do tipo e modelo de antena é que vai determinar a qualidade do sinal transmitido e não "a potencia aplicada ao mesmo".

Quando aumentamos a potencia de transmissão, aumentamos o sinal com todos os ruídos existentes em proporções iguais, portanto, não melhoramos a qualidade do sinal, ou seja, se tivermos um sinal com 32 mmw de potencia e 40% de ruído e aumentarmos a potencia para 500 mmw, o mesmo continuará com 40% de ruído. Neste caso, estaremos aumentando tanto a poluição de RF, quanto a área atingida pela mesma.

Agora, se ao invés de aumentarmos a potencia, projetarmos o tipo e modelo de antena que mais se aproximem do ideal para este link, bem como o local mais apropriado para sua instalação, teremos uma queda sensível no percentual do ruído, aumentando a qualidade do sinal.

É claro que podemos conciliar o aumento de potencia, com o tipo e modelo de antena, porem tomando todos os cuidados para não interferirmos em outros sinais independente de quem esteja originando os mesmos.

Toda a vez que interferirmos em outro sinal, quem estiver originando o mesmo, com intuito de resolver o problema e talvez por falta de um conhecimento mais profundo da matéria, ira também aumentar a potencia deste sinal, aumentando com isto a poluição de RF,tornando cada vez mais difícil a transmissão de dados via rádio.

Embora existam vários modelos de antenas quanto ao ganho, lóbulo de irradiação e polarização, os tipos são basicamente três:

1) onidirecional,(conhecida como omnidirecional). 2) semi direcional (conhecida como setorial) 3) direcional

Existem ainda tipos como yagi,helicoidal etc...mas como a helicoidal por suas características não é praticamente usada em 2.4 e 5.8 ghz e a yagi é uma antena direcional muito sensível a ruídos vindos de todos os lados, também não é muito usada nestas freqüências, não vou incluí-las nesta matéria.

A antena omnidirecional, irradia num ângulo de 360 graus na horizontal e o ângulo de irradiação na vertical pode variar de 3 a 30 graus aproximadamente de acordo com o modelo. Quanto a polarização, os modelos são distintos, ou é vertical ou horizontal.

OBS: Quanto maior o ganho desta antena, menor será seu ângulo de irradiação na vertical. tornando-se menos próprias para curtas distancias.

Sua principal vantagem é que podemos efetuar links em todas as direções a nossa volta com uma única antena.

Sua principal desvantagem é de captar ruídos vindos de todos os lados.

Quando a poluição de RF (ruído) é muito elevada no local, nos obrigamos a substituir uma omnidirecional por quatro antenas setoriais com lóbulo de irradiação de 90graus na horizontal.

A antena setorial, também chamada de painel setorial conforme o modelo, pode ter seu ângulo de irradiação na horizontal de aproximadamente entre 30 e 180 graus e na vertical aproximadamente de 3 a 30 graus. Quanto a polarização, os modelos principalmente acima de 12 dbi são distintos, ou é vertical ou horizontal.

Existem modelos abaixo de 12 dbi que basta girar o mesmo 90 graus para mudarmos a polarização.

Com esta antena, podemos cobrir vários pontos em uma área bastante ampla, porém em direção pré determinada. Este tipo de antena atenua levemente os ruídos vindo de trás e sua atenuação quanto aos ruídos laterais, quase não existe.

A antena direcional conforme o modelo, pode ter seu ângulo de irradiação na horizontal de aproximadamente entre 7 e 20 graus e na vertical entre 3 e 10 graus. Quanto a polarização, a maioria dos modelos possui as duas polarizações, é só girar o gama 90 graus para mudar a polarização, neste tipo de antena, a que mais nos interessa é a antena parabólica.

Com esta antena, podemos cobrir uma área bastante restrita, sendo mais usada para link do tipo ponto a ponto.

Os modelos mais usados são as parabólicas, podendo ter a parábola aberta(grade) ou fechada(fibra ou metal). A parábola fechada atenua mais que a de grade os ruídos vindo de trás.

O alimentador (iluminador ou gama),da antena parabólica pode ser fechado(tipo "caneco") ou aberto,um dipolo(tipo off set), sendo que o fechado atenua mais os ruídos vindo dos lados que o aberto.

Se conhecermos bem o funcionamento de cada antena, de acordo com o tipo e modelo, com certeza saberemos escolher a antena que mais se aproxima do ideal para nossos propósitos, irradiando um sinal com melhor qualidade, (menor percentual de ruídos com maior ganho em db).

Muitas vezes alem de onerarmos nossos custos na instalação de um link, escolhendo uma antena com ganho acima do necessário, ainda corremos o risco, do tipo ou modelo não ser o mais indicado, deixando de obter um sinal de melhor qualidade.

Abaixo alguns exemplos quanto ao uso de antenas:

a) Uma antena omnidirecional de 8 dbi custa em media 200,00 dependendo da qualidade, e uma de 15 dbi em media 600,00. Se nosso link for atender usuários a menos de 4 km de distancia e nossa antena for instalada em um ponto bastante elevado, a antena de 8 dbi ira fornecer um sinal com melhor qualidade que a antena de 15 dbi, devido ao grau de irradiação vertical ser bem mais aberto que a de 15 dbi.

b) Possuímos dois rádios instalados na mesma torre ou mesmo lugar, um esta servindo como ponto de acesso através de uma antena omnidirecional de 8 dbi para atender usuários localizados ao redor deste ponto a distancias não superior a 4 km, e o outro rádio esta servindo como um link ponto a ponto através de uma antena direcional(parabólica de grade de 24 dbi), com a finalidade de enviar sinal a distancia de aproximadamente 15 km.

A omnidirecional esta instalada acima da parabólica (errado,"sempre as antenas com o ângulo do lóbulo de irradiação vertical mais aberto, devem ficar abaixo das que possuem o ângulo do lóbulo de irradiação vertical mais fechado").

Ambos os rádios estão transmitindo em canais distintos e distante entre si por apenas um canal(errado, sempre que for necessário usar dois canais instalados no mesmo local, eles deverão ter uma distancia entre si de no mínimo três canais).

Bem, precisamos aumentar a área de abrangência do rádio com a antena omni de 8 dbi, para aproximadamente 12 km, então instalamos um amplificador de 1 w neste rádio(errado,iremos atingir os 12 km, mas com esta potencia causaremos batimentos no link ponto a ponto). Este seria o ultimo dos procedimentos.

Neste caso uma das alternativas seria instalar mais um rádio, com uma antena omni de 15 dbi, operando cada rádio em canais bem distantes entre si ( canais 1, 6 e 11 ), e as antenas instaladas,uma acima da outra, na seguinte ordem de cima para baixo: 1- parabólica 2- omnidirecional de 15 dbi 3- omnidirecional de 8 dbi.

OBS: Quando tivermos que instalar antenas omnidirecionais em torre metálica, elas deverão se possível, ficar afastada da torre no mínimo a distancia de 10 x o comprimento de onda, evitando possíveis alterações em seu lóbulo de irradiação.

c) Possuímos um ponto de acesso que a muito tempo vinha operando com um sinal de boa qualidade, mas o nível do ruído subiu muito comprometendo a qualidade do sinal, após ter sido instalado no mesmo local outro radio por terceiros.

Se não houver possibilidade de mudarmos o local do nosso ponto de acesso e nem entrar em acordo com quem instalou o outro rádio, antes de tentarmos resolver nosso problema aumentando nossa potencia com uso de amplificador, devemos trocar a polarização da nossa antena se a mesma permitir, ou trocarmos esta por outra com polarização contrária.

d) Quando necessitarmos aumentar o nível de um sinal, devemos fazê-lo,sempre que possível aumentando o ganho do mesmo e não a potencia, pois quando aumentamos a potencia, aumentamos junto os ruídos na mesma proporção e quando aumentamos o ganho, aumentamos somente o sinal melhorando assim a qualidade do mesmo.

Obs: O ganho se aumenta com antenas de maior ganho e modelos específicos. A potencia se aumenta com rádios de maior potencia ou com uso de amplificadores.

C ) Escolha do tipo e modelo de antena:

Para definirmos qual o tipo e mod. de antena que ira suprir melhor nossas necessidades, devemos: 1) Determinar de onde e para onde desejamos enviar e receber sinais.

a) Enviar e receber sinais em um ângulo de 360 graus ao redor do nosso ponto de acesso.

b) de um ponto a diversos pontos em uma determinada direção para cobrir uma área pré-estabelecida..

c) de um ponto a outro pré-definido (ponto a ponto).

2) determinar a distancia a ser atingida pelo sinal.

a) de 0 á x/km

b) apartir de ? km até x/km

c) combinação dos itens a e b

d) atingir um ponto pré-determinado a x/km

3) se há visada com os pontos ou áreas onde queremos chegar com o sinal.

Não poderá ter obstáculos como montanha, prédios, vegetação fechada, etc...entre os pontos a serem feitos os enlaces.

4) local disponível para a instalação da antena e do rádio.

a) tipo de estrutura existente.

b) altura em relação aos pontos a serem atingidos.

c) se existe proteção contra raios e que tipo.

d) se existe outros equipamentos wireless instalados no local e quais os tipos.

e) se possível checar o nível de ruído existente no local.

f) distancia mínima possível entre o rádio e a antena.

g) potencia do rádio (se já adquirido).

Com a definição dos itens acima, dificilmente deixaremos de escolher a antena que mais se aproxime do ideal para nossos propósitos, ou seja, colocar o sinal necessário, no local determinado com o menor desperdiço em outras direções, com a menor potencia gerada, com o menor custo possível.

D) interferências de RF.

A interferência de RF pode apresentar-se das seguintes formas:

-Fixa quando a relação sinal/ruído se mantem constante. -Variável quando a relação sinal/ruído apresenta variações distintas entre si. -como batimento quando há variações na potencia, mantendo constante o percentual sinal/ruído.

A fonte da interferência pode ser:

-própria Quando usamos mais de um rádio em canais muito próximos.

Quando usamos mais de uma antena sem atender os critérios mínimos quanto a aproximação entre as mesmas, ou porque alguma ou todas estão com o nível da potencia refletida(onda estacionária) acima do limite aceitável, conexões com defeito, umidade ou oxidação.

Quando usamos potencia acima do aceitável pela aproximação dos rádios ou antenas.

-de terceiros Quando vinda de equipamentos de terceiros instalados em local próximo ou não ao nosso, tendo como motivo os mesmo citados acima.

Esta interferência é a mais difícil de eliminar, pois poderemos depender da boa vontade de terceiros.

É importante sabermos a fonte de interferência para sabermos no mínimo como amenizar o problema. Quando a interferência chega até nosso equipamento por via indireta (freqüência refletida por algum objeto), torna-se difícil identificar sua origem e conseqüentemente dificultando uma solução.

As principais fontes de interferências nas formas fixa ou variável podem ser:

- Potencia excessiva, levando em conta todo os equipamentos instalados no local. - Antenas(s) mal dimensionadas. - Antena(s) de ma qualidade com alto percentual de potencia refletida(ondas estacionárias). - Rádios transmitindo em canais muito próximos (menos que três canais de diferença). - Rádios transmitindo em freqüências completamente diferentes, porem operando com alta potencia (acima de 500 watts), próximos dos equipamentos afetados. - Realimentação do sistema irradiante por RF refletida. - Espúrios ou harmônicas de outras freqüências que coincidem com o comprimento de onda irradiado por nossos equipamentos.

As principais fontes de interferências na forma de batimento:

Obs: O batimento provoca a queda da potencia sem alteração na relação sinal/ruído, podendo inclusive interromper totalmente um link.

- encontro de RFs de fontes diferentes, porem com sinais de mesmo nível em contra-fase.

Obs: este fenômeno pode acontecer em qualquer ponto entre links, inclusive em determinados horários, quando o tráfego de dados aumenta chegando próximo ao limite dos equipamentos.

-A queda de potencia também pode ser causada por penetração de umidade em conectores, cabos, e na própria antena, ou por oxidação destes elementos.

Podemos considerar a água como o segundo inimigo de peso no sistema wireless de transmissão de dados.

Para se ter uma idéia, 70% dos problemas com queda de sinal e perda de pacotes, em níveis consideráveis, tem como origem umidade interna em conexões, em cabos e até mesmo internamente em antenas, ou por oxidação nestes componentes.

Tornar uma emenda hermética através da aplicação de silicone ou fita autofusão, é de fundamental importância para evitarmos problemas futuros com perda acentuada de potencia e de pacotes, principalmente em conexões com divisores de potencia.

Sempre que tivermos problemas deste tipo, devemos antes de começar a trocar antenas, rádios ou cabos de transmissão, fazermos uma revisão minuciosa nas conexões e no cabinho conhecido como proprietário (tem entre 30 e 60 cm), aquele que liga o rádio ou cartão ao cabo de transmissão ou diretamente a antena quando esta está próxima.

Fonte: Mundo WiFi