Centro Universitrio de Braslia UniCEUB Faculdade de Tecnologia e Cincias Sociais Aplicadas FATECS Curso de Engenharia da Computao

Alberto Lincoln Mattos Pellegrini

Anlise de propagao de sinais de Rdio Frequncia em redes wireless utilizando cabos irradiantes com configuraes diferentes em ambiente indoor

Braslia 2010

I

Alberto Lincoln Mattos Pellegrini

Anlise de propagao de sinais de Rdio Frequncia em redes wireless utilizando cabos irradiantes com configuraes diferentes em ambiente indoor

Trabalho

apresentado

ao

Centro

Universitrio de Braslia (UniCEUB) como pr-requisito para a obteno de

Certificado de Concluso do Curso de Engenharia da Computao

Orientador: Ms.C. Francisco Javier De Obalda

Braslia-DF 2010

II

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, a Deus por ter me dado o dom da vida. Aos meus pais por sempre acreditarem em mim e serem meus principais incentivadores. Aos meus irmos por confiarem no meu potncial. Ao meu orientador Professor Ms.C. Francisco Javier De Obalda, pelo apoio irrestrito me auxiliando em todas as etapas do desenvolvimento deste trabalho e pelas criticas que possibilitaram a excelncia desse projeto. Aos meus professores que sempre me estimularam com seus exemplos a me tornar um competente engenheiro. Aos meus colegas de faculdade pela convivncia, parceria e amizade.

III

LISTA DE ABREVIATURAS

B - Bell dB Decibel dBi Decibel isotrpico dBm Decibel em miliwatt DLC Data Logical Control GHz - Gigahertz IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IP Internet Protocol IPX - Internetwork Packet Exchange ISO International Organization for Standardization LLC Logical Link Control MAC - Media Access Control mW - MiliWatt PPP Point to Point Protocol TCP - Transmission Control Protocol VDP Variable Data Publishing WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network USB Universal Serial Bus

IV

LISTA DE QUADROSQuadro 3.1: Converso de potncia de milliwatts para dBm ..................... 42 Quadro 3.2: Alguns padres IEEE 802.11 e modulaes ......................... 51

V

LISTA DE TABELASTabela 5.1 - Roteador 1 IEEE 802.11b Potncia do sinal de transmisso 26dBm ........................................................................ Tabela 5.2 Roteador 2 IEEE 802.11g Potncia do sinal de transmisso 18dBm ......................................................................... 68 Tabela 5.3 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 69 Tabela 5.4 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 73 Tabela 5.5 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 77 Tabela 5.6 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 81 Tabela 5.7 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 85 Tabela 5.8 - Potncias de Recepo Terica e Real (em dB) .................. 89 Tabela 5.9 - Potncia de sinal recebida por roteador e posio do cabo irradiante ............................................................................ 93 67

VI

LISTA DE FIGURASFigura 1.1 - Rede sem cabo irradiante............................................................ Figura 1.2 - Rede com cabo irradiante ........................................................... Figura 3.1- Modelo OSI .................................................................................. Figura 3.2 - Camada de Fluxo de Dados de Enlace ...................................... Figura 3.3 - Pilha do protocolo EEE 802.11 .................................................. Figura 3.4 - Componentes do Sistema de comunicao analgico ............. Figura 3.5 - O espectro de freqncias ....................................................... Figura 3.6 - Formao da onda eletromagntica ........................................... Figura 3.7 - Processo de transmisso e recepo de uma onda de rdio .. Figura 3.8 - Polarizaes de ondas na vertical e horizontal ........................ Figura 4.1 - Topologia bsica do projeto de medio de potncia de sinal recebido .......................................................................................... Figura 4.2 - Planta baixa do Bloco 7 do UniCEUB ......................................... Figura 4.3 - Roteador OIW-2411APG ........................................................... Figura 4.4 - Roteador WBR- 6002 ................................................................ Figura 4.5 - Cabo irradiante .......................................................................... Figura 4.6 - Cabo irradiante aberto .............................................................. Figura 4.7 - Madeira com cabo irradiante instalado .................................... Figura 4.8 Suporte de madeira ................................................................... Figura 4.9 Suporte de madeira ................................................................... Figura 4.10 - Notebook Acer com adaptador de rede wireless e antena instalados........................................................................................ Figura 4.11 - Planta baixa do Bloco 7 do UniCEUB com os pontos de medio ................................................................................................ 61 59 55 55 57 58 58 58 58 59 59 16 17 25 29 29 32 35 37 38 45

VII Figura 4.12 Configurao Modem IEEE 802.11b .......................................... Figura 4.13 Configurao Modem IEEE 802.11g .......................................... Figura 5.1 - Planta baixa Sala 701 posio de recepo de sinal .............. Figura 5.2 - Planta baixa Sala 702 posio de recepo de sinal ............... Figura 5.3 - Planta baixa Sala 703 posio de recepo de sinal ............... Figura 5.4 - Planta baixa Sala 704 posio de recepo de sinal ............... Figura 5.5 - Planta baixa Corredor posio de recepo de sinal ............... Figura 5.6 Roteador 1 IEEE 802.11b ........................................................ Figura 5.7 - Medio sala 701 Netstumbler .................................................. Figura 5.8 - Medio sala 702 Netstumbler ................................................... Figura 5.9 - Medio sala 703 Netstumbler ................................................... Figura 5.10 - Medio sala 704 Netstumbler ................................................. Figura 5.11 - Medio Corredor Netstumbler ................................................. Figura 5.12 - Roteador-1 com cabo irradiante na posio vertical ....................

61 62 65 65 66 66 67 69 70 70 71 71 72 73

Figura 5.13 - Medio sala 701 Netstumbler .................................................. 74 Figura 5.14- Medio sala 702 Netstumbler ................................................... 75 Figura 5.15 - Medio sala 703 Netstumbler .................................................. 75 Figura 5.16 - Medio sala 704 Netstumbler .................................................. 76 Figura 5.17 - Medio Corredor Netstumbler ................................................. Figura 5.18 Roteador-1 com cabo irradiante na posio horizontal. .................................................................................................... Figura 5.19 - Medio sala 701 Netstumbler ................................................ Figura 5.20 - Medio sala 702 Netstumbler ................................................ Figura 5.21 - Medio sala 703 Netstumbler ................................................ Figura 5.22 - Medio sala 704 Netstumbler ................................................ 77 78 78 79 79 76

VIII Figura 5.23 - Medio Corredor Netstumbler ................................................ Figura 5.24 - Roteador 2 IEEE 802.11g ........................................................ Figura 5.25 - Medio sala 701 Netstumbler ................................................. Figura 5.26 - Medio sala 702 Netstumbler ................................................. 80 81 82 82

Figura 5.27 - Medio sala 703 Netstumbler .................................................. 83 Figura 5.28 - Medio sala 704 Netstumbler .................................................. 83 Figura 5.29 - Medio Corredor Netstumbler ................................................. Figura 5.30 Roteador-2 com cabo irradiante na posio vertical .................. Figura 5.31 - Medio sala 701 Netstumbler ................................................. 84 85 86

Figura 5.32 - Medio sala 702 Netstumbler .................................................. 86 Figura 5.33 - Medio sala 703 Netstumbler .................................................. 87 Figura 5.34 - Medio sala 704 Netstumbler .................................................. 87 Figura 5.35 - Medio Corredor Netstumbler .................................................. 88 Figura 5.36 - Roteador-2 com cabo irradiante na posio horizontal ................ 89

Figura 5.37 - Medio sala 701 Netstumbler .................................................. 90 Figura 5.38 - Medio sala 702 Netstumbler .................................................. 90 Figura 5.39 - Medio sala 703 Netstumbler ................................................... 91 Figura 5.40 - Medio sala 704 Netstumbler ................................................... 91 Figura 5.41 - Medio Corredor Netstumbler .................................................. 92

IX

SUMRIO

Captulo 1. Introduo ....................................................................... 1.1 Contextualizao do problema ................................................ 1.2 Motivao ................................................................................. 1.3 Objetivo .................................................................................... 1.4 Viso geral ................................................................................ 1.5 Estrutura do trabalho ................................................................ Captulo 2. Apresentao do Problema ................................................ Captulo 3. Redes Locais sem fio de Curto Alcance ............................. 3.1 Transmisses em Redes Wireless de Curto Alcance ................. 3.2 Modelo OSI (Open Systems Interconnection) ............................ 3.3 Sistema de comunicao ............................................................ 3.4 Ondas Eletromagnticas .............................................................. 3.5 Unidades de medidas ..................................................................

12 13 14 15 15 20 21 24 24 25 30 35 38

3.6 Antenas ......................................................................................... 49 3.7 Rede Wireless ............................................................................... 49 Captulo 4. A Medio das Potncias de Sinal de Recepo ............... 4.1 Topologia ..................................................................................... 4.2 Ferramentas para o Trabalho das Medies ............................... 4.3 Preparativos para os clculos de medio .................................. Captulo 5. Implementao do Projeto .................................................. 5.1 Medies de Potncia Tericas ................................................ 5.2 Medies de Potncia Reais ..................................................... 5.3 Anlise de resultados ................................................................... 53 54 57 60 63 63 68 93

Captulo 6. Concluso .............................................................................. 95 Referncias .............................................................................................. 97

X

RESUMO

Este trabalho trata de uma configurao de comunicao que combina o uso de cabo irradiante com rdio mvel, porm, o foco principal est nas redes wireless. Atualmente existe uma grande variedade produtos wireless e servios que utilizam diferentes mtodos de elaborao das redes, que podem combinar diferentes tipos de tecnologia como cabos, antenas e at mesmo fibra ptica. O cabo irradiante um cabo coaxial que contm orifcios que permitem a entrada e sada de sinais de Rdio Frequncia. O objetivo geral deste projeto medir e analisar o desempenho da circulao de um sinal, por meio de comparaes terica e prtica entre duas redes WLAN indoor, onde so utilizados dois roteadores com diferentes potncias de transmisso do sinal, assim como antena de fbrica e cabo irradiante. Os clculos tericos de perda de sinal apresentaram valores distintos queles das medies reais. A qualidade e espessura das paredes causaram uma atenuao maior do que a esperada. A perda do cabo irradiante foi tomada de acordo com as especificaes do fabricante, e, assim, foram consideradas confiveis. Pode-se concluir que o padro de redes sem fio IEEE 802.11b apresentou um melhor desempenho quanto a perdas de potncia de sinal na maioria das situaes, mas mantendo a conexo. Em relao ao posicionamento do cabo irradiante, as perdas de potncia de sinal de recepo foram menores em comparao com o posicionamento na horizontal. A hiptese de que o cabo irradiante ofereceria melhor potncia do sinal de recepo mostrou-se falsa para o local onde os testes foram realizados.

Palavras-chave: Rede Wireless; Cabo irradiante; Rdio Frequncia; IEEE 802.11; Perda de potncia de sinal de recepo.

XI

ABSTRACTThis work deals with a communication configuration that combines the use of radiant handle with movable radio, however, I focus main is in the nets wireless. Currently a great variety exists products wireless and services that use different methods of elaboration of the nets, that can combine different types of technology as handles, antennas and even though optic fiber. The radiant handle is a coaxial handle who contains orifices that allow to the entrance and exit of radio controls Frequency. The general aim of this project is to measure and to analyze the performance of the circulation of a signal, by means of comparisons theoretical and practical between two WLAN nets indoor, where two roteadores with different powers of transmission of the signal are used, as well as antenna of plant and radiant handle. The theoretical calculations of loss of signal had presented distinct values to those of the real measurements. The quality and thickness of the walls had caused a bigger attenuation of what the waited one. The loss of the radiant handle was taken in accordance with the specifications of the manufacturer, and, thus, they were considered trustworthy. It can be concluded that the standard of nets without wire IEEE 802.11b presented one better performance how much the losses of harness of signal in the majority of the situations, but keeping the connection. In respect to the positioning of the radiant handle, the losses of power of reception signal were lesser in comparison with the positioning in the horizontal line. The main hypothesis that the irradiating cable provides better power of reception signal was false in the field test. Keywords: Wireless net; Radiant cable; Radio Frequency; IEEE 802.11; Loss of power of reception signal.

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CAPTULO 1 - INTRODUOA Telecomunicao um ramo da rea de engenharia eltrica que trata da especificao e manuteno dos projetos de sistemas de comunicaes. O principal objetivo da Telecomunicao atender a necessidade do ser inteligente de se comunicar a distncia. Esta comunicao se efetiva por meio dos sistemas de comunicaes, onde os assinantes, usurios ou correspondentes trocam

informaes por meio de equipamentos terminais, eltricos e ou eletrnicos. As informaes fluem de um transmissor para um ou mais receptores pelos canais de comunicaes como o fio, o ar (espao livre) e fibra ptica em forma de sinais eltricos, ondas eletromagnticas e luz. Esses sinais quando chegam ao receptor so traduzidos de forma que os assinantes, usurios ou correspondentes possam entender as informaes transmitidas. So trs os elementos bsicos de todos os sistemas de comunicao, a saber: o transmissor, o canal e o receptor. Alm disso, para o sistema funcionar e trocar informaes, tem-se, como elementos adicionais, a mensagem e o protocolo. O transmissor est localizado em um ponto do espao, o receptor esta separado em algum outro ponto separado do transmissor, e o canal o meio fsico que os liga. O propsito do transmissor converter o sinal de mensagem produzido por uma fonte de informao para uma forma apropriada para ser transmitida por um canal. O sinal de mensagem poderia ser um sinal de fala, sinal de televiso (vdeo), ou dados de computador. O Canal pode ser de fibra ptica, cabo coaxial, canal de satlite, ou canal de rdio de mvel; cada um destes canais tem sua rea de aplicao. (HAYKIN; VEEN; 2006) Este trabalho trata de uma configurao de comunicao que combina o uso de cabo irradiante com rdio mvel, porm, o foco principal est nas redes wireless. As redes wireless so sistemas de comunicaes onde os dados trafegam no ar em forma de onda eletromagntica, possibilitando compartilhar informaes entre dois ou mais computadores. As redes wireless tm se tornado cada vez mais comuns no cotidiano de pequenas e mdias empresas assim como nas residncias. Atualmente existe uma grande variedade produtos wireless e servios que utilizam diferentes mtodos de elaborao das redes, que podem combinar diferentes tipos

13 de tecnologia como cabos, antenas e at mesmo fibra ptica. Esta variedade tem por objetivo maior oferecer maior flexibilidade no desenvolvimento de solues que possibilitem um melhor compartilhamento de informaes numa determinada rea ou espao particular, evitando problemas de conexo e comunicao entre os aparelhos. A potncia e, consequentemente, a qualidade dos sinais de transmisso e de recepo dependem da quantidade e da qualidade do hardware (roteadores, antenas, computadores etc) que iro compartilhar a rede de acordo com a necessidade das empresas ou da quantidade de pessoas fsicas a trabalhar no local. Os trs sistemas wireless mais utilizados so os padres 802.11, WiMAX e os servios de celular 3g. O compartilhamento de dados em uma rede wireless envolve trs elementos que no dependem um dos outros dois: sinais de radio (ou onda eletromagntica), formato dos dados (ou modulao das ondas eletromagntica) e camada de rede. O cabo irradiante um cabo coaxial que contm orifcios, ou seja, furos, que permitem a entrada e sada de sinais de Rdio Frequncia. Estes cabos facilitam a comunicao de rdio onde o espao habitual livre de propagao de ondas eletromagnticas como tneis, minas e edifcios dificultado.

1.1 Contextualizao do problema As funes principais do espalhamento de roteadores e pontos de acesso so amplificar e distribuir o sinal para melhorar o compartilhamento. Para tal possveis dividir estes aparelhos em duas ou mais redes, assim como utilizar um cabo irradiante para substituir a antena original de um roteador transmissor. Pelo uso do cabo irradiante, pode-se espalhar o sinal de circulao no local desejado na quantidade certa e eliminar o excesso de roteadores. Considerando o que foi exposto acima, levanta-se a seguinte questo: Ser que a instalao do cabo irradiante na posio vertical ou na horizontal oferece diferentes potncias de sinais de recepo de modo a permitir eliminar roteadores em alguma situao?

14 1.2 Motivao A concretizao do projeto se deve necessidade de analisar a eficincia de redes wireless que utilizam cabos irradiantes para irradiar o sinal em ambientes fechados e com a presena de obstculos fsicos para a propagao de sinais em comparao com redes wireless que utilizam antenas convencionais. O trabalho destaca a utilizao do cabo radiante. Basicamente, estes cabos so cabos coaxiais com orifcios ao longo de sua extenso, de onde se irradia a onda eletromagntica para o ambiente externo. Os cabos radiantes so usados para facilitar a comunicao de rdio, onde o espao habitual livre de propagao de ondas eletromagnticas dificultada, indesejvel ou impossvel como em tneis, minas, edifcios e em recintos de grandes dimenses e layout complexo, como recinto de exposies ou aeroportos. Em locais fechados, ou seja, em ambientes indoor, onde vrios aparelhos so compartilhados para a transmisso/recepo de dados, formando uma rede Wireless WLAN, imperativa uma boa distribuio do sinal para que todos os equipamentos recebam um bom sinal para compartilhamento dados. Para que isto ocorra de forma otimizada preciso observar alguns detalhes como, por exemplo, a potncia do sinal do aparelho transmissor para a antena transmissora, a concentrao angular do sinal e a melhor forma de instalao da antena (uma vez que alterar na polaridade de circulao do sinal trazendo ou no vantagens). Ressalta-se aqui que o sinal transmitido pela antena transmissora aquele que definir a potncia total da transmisso. Outros fatores que tambm devem ser observados so o da previso da quantidade mdia de aparelhos presentes na rede, e a qualidade e potncia da antena para a recepo do sinal. Caso estes fatores no sejam observados logo no planejamento de implementao de rede WLAN em um ambiente indoor, possvel a manifestao de problemas como, por exemplo, de problemas de segurana da rede WLAN, pssimas conexes de equipamentos na rede e falta de sinal em determinadas reas dentro do ambiente onde se deseja a circulao do sinal.

15 1.3 Objetivo 1.3.1 Objetivo Geral O objetivo geral deste projeto medir e analisar o desempenho da circulao de um sinal, por meio de comparaes terica e prtica entre duas redes WLAN indoor, com a utilizao de dois roteadores com diferentes potncias de transmisso do sinal. Em seguida os dois roteadores tero suas antenas originais de fbrica substitudas por uma antena de 2.2. dBi e por um cabo irradiante de 2 metros de extenso. As medies sero registradas e comparadas para cada rede e, tambm, nas diferentes formas de instalao do cabo irradiante, ou seja, nas posies vertical e horizontal, que alteram a polaridade de circulao do sinal.

1.3.2 Objetivos Especficos i. Analisar a propagao do sinal das redes wireless, cujos roteadores tiveram suas antenas originais de fabrica substitudas pelo cabo irradiante; ii. Verificar a intensidade ou potncia do sinal da rede wireless recebida pelo aparelho receptor, observando a sua distncia da fonte de transmisso; iii. Modificar o posicionamento do cabo irradiante da horizontal para a vertical com o propsito de alterar a forma de propagao do sinal ou a polaridade do sinal e registrar as mudanas da intensidade do sinal captado pelo aparelho receptor em cada uma das posies pr-estabelecidas; iv. Comparar as medidas por pontos dentro do espao indoor planejado para cada um dos roteadores e posio do cabo irradiante; e v. Determinar a configurao fsica da rede mais adequada ao espao indoor plano onde o sinal vai circular.

1.4 Viso Geral O ambiente de circulao do sinal ser medido com fita mtrica e desenhado em papel milimetrado, onde, por proporo, sero organizadas as medidas para mostrar os pontos onde realizar as medies das amostras do sinal. Tendo a base de papel milimetrado, ser preparado um desenho no notebook com o aplicativo

16 auto CAD. O produto final oferece um estudo de medio do sinal de recepo para cada um dos cenrios (roteador; antena de fbrica; cabo irradiante na vertical e na horizontal) e a constatao do melhor cenrio de configurao de rede. Os roteadores wireless sero configurados com a utilizao de um notebook. Estes dois roteadores wireless sero configurados como duas redes distintas que funcionaro em diferentes tempos para a coleta das medidas amostrais do sinal, sendo que cada rede passara pelos mesmos procedimentos para anlise do sinal. O cabo irradiante ter como suporte uma madeira, onde 5 braadeiras simples U 1/2 polegada prendero o cabo irradiante para mant-lo reto e facilitar sua mobilidade. O cabo irradiante ser conectado por um conector RMS reverso macho, nos roteadores. Um notebook com o software network Stumbler e um adaptador wireless conectado a uma antena de 5 dBi ir receber o sinal e medir o nvel de potncia recebido do sinal. Os procedimentos do projeto sero realizados em 6 etapas cujo objetivo ser comparar as amostras do sinal em cada rede, verificar a melhor configurao para uma melhor circulao do sinal no ambiente desejado. A figura 1.1 abaixo ilustra o primeiro momento de configurao da rede, do notebook e o roteador com antena de 2.2 dBi. A figura 1.2, em seguida, ilustra a configurao de rede onde a antena original de fabrica do roteador substituda pelo cabo irradiante.

Figura 1.1: Rede sem cabo irradianteFonte: DO AUTOR (2010)

17 A figura 1.2 ilustra a configurao de rede onde a antena original de fbrica do roteador substituda pelo cabo irradiante de 2 metros.

Figura 1.2: Rede com cabo irradianteFonte: DO AUTOR (2010)

1.4.1 Escopo do projeto

Com base em estudos sobre redes wireless e transmisso em cabos irradiantes, propor uma infra-estrutura de rede utilizando cabos irradiantes nas posies vertical e horizontal para verificar as diferenas de perda de potncia de sinal em ambiente fechado. Apresenta-se a seguir as especificaes da preparao do ambiente de instalao e desenvolvimento de testes para a medio do sinal. Foram realizados os seguintes passos: i. Medio com uma fita mtrica do ambiente onde se deseja circular o sinal e da marcao das distncias em papel milimetrado. ii. iii. Passagem da planta baixa do espao indoor para o programa Auto CAD. Montagem e configurao de rede wireless utilizando um roteador wireless e sua antena original de fbrica. iv. Medio do sinal RF nos diferentes pontos pr-estabelecidos fazendo uso de um notebook e um programa para medir a recepo do sinal.

18 v. Montagem e configurao de rede wireless utilizando um roteador wireless e um cabo irradiante instalado na posio horizontal em relao ao solo. vi. Medio do sinal RF nos diferentes pontos pr-estabelecidos fazendo uso de um notebook e um programa para medir a recepo do sinal. vii. Modificar a posio da instalao do cabo irradiante para a vertical e realizar novas medies nos mesmos pontos pr-estabelecidos. viii. Trocar o roteador wireless por outro que possua, pelo menos, uma diferente propriedade fsica, e repetir os passos iii a vii realizando novas medies nos mesmos pontos pr-estabelecidos.

1.4.2 Restries ao escopo

i.ii. iii.

No tratara da modulao e demodulao do sinal; No tratar de interferncias originrias do meio externo; No tratar dos problemas de segurana e autenticao e to pouco das taxas de erros de comunicao de dados.

1.4.3 Resultados esperados

As redes WLAN sero montadas no interior do primeiro andar do bloco 7 do UniCEUB. As dimenses do andar e planta baixa do local onde sero realizadas as medies sero desenhados no aplicativo Autocad que esta instalado no notebook. A escolha do primeiro andar facilitar observar a distncia em cada ponto de medio do sinal entre o transmissor do sinal e o receptor e as divisrias que dificultam a circulao do sinal, permitindo calcular, em teoria, a potncia recebida pelo receptor em cada um dos pontos de medio. Depois de finalizada a medio do local de circulao do sinal da rede WLAN, os roteadores sero configurados dentro de uma sala. Eles so a fonte de origem do sinal da rede WLAN. Suas antenas originais de fabrica sero substitudas pelo cabo irradiante.

19 Amostras do sinal de cada rede (cada roteador) sero realizadas pelo notebook com o software de medio em situaes distintas. Para cada uma das redes haver duas fases diferentes de medies em pontos distribudos dentro do espao planejado. A primeira fase de cada rede ser medida com o cabo radiante instalado de forma horizontal em relao ao solo e a segunda fase de cada rede ser medida com o cabo radiante instalado na forma vertical em relao ao solo. Isto ajudar a observar as diferentes perdas do sinal de recepo devido a diferente propagao dos campos eletromagnticos criados pelas antenas na horizontal e vertical em relao ao solo. Para realizar as medidas desta rede ser utilizado um notebook, no qual est instalado o software Netstumbler, que far a medio dos sinais nos determinados pontos do espao de circulao. A medida mais importante deste projeto a potncia recebida pelo receptor do sinal. Os valores amostrais medidos na recepo do sinal nos pontos determinados sero comparados por pontos onde foram realizadas as medidas amostrais dentro do espao planejado, onde foram realizadas medidas de cada rede e em cada fase, e tambm sero comparados com valores tericos com mtodos de raio para propagao em ambientes fechados (HAYKIN, MOHER, 2008, p.55). Isto ajudara a identificar a melhor rede e configurao e o melhor alcance para o ambiente planejado de circulao do sinal. Para uma melhor recepo do sinal o receptor ter um adaptador para conectar a rede wireless e no adaptador ser conectado uma antena receptora de 5 dBi. Espera-se, inicialmente, uma melhor qualidade da circulao do sinal na vertical do que na horizontal devido polaridade conter menos desperdcio de sinal. Tambm esperada uma variao significativa da potncia do sinal j que a potncia dos dois roteadores so, em teoria, de 18 dBm para 802.11g e de 26 dBm para 802.11b.

20 1.5 Estrutura do trabalho Alm deste captulo introdutrio, este trabalho tem em sua composio outros trs captulos assim descritos: O captulo 2 apresenta o problema a ser resolvido, ou seja, como deveria ser o posicionamento do cabo irradiante para um melhor aproveitamento de sua capacidade de espalhar melhor o sinal de transmisso por meio dos orifcios ao longo de sua extenso, na posio vertical, perpendicular ao solo, ou na horizontal, paralela ao solo. No captulo 3 apresentado o referencial terico. Inicialmente apresentado o histrico da tecnologia adotada, informaes e uso das redes wireless e, tambm, informaes importantes sobre as antenas de recepo de sinal e cabo irradiante. Num segundo momento apresentada a infraestrutura do projeto e o processo estabelecido para a realizao das medies de sinal, incluindo as explicaes sobre possveis elementos desconhecidos sobre o hardware utilizado e da construo fsica do ambiente. Tambm so passadas informaes importantes sobre os aspectos da tecnologia e sua forma de funcionamento e utilizao. O captulo 4 aborda o desenvolvimento do projeto, a integrao entre o software e o hardware, e da planilha de dados adotada para o registro das medies em cada um dos cenrios. No captulo 5 so exibidos os resultados obtidos e as dificuldades encontradas. A parte final consiste das concluses sobre o projeto demonstrado e sugestes para trabalhos futuros utilizando a tecnologia wireless com cabos irradiantes.

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CAPTULO 2 - APRESENTAO DO PROBLEMAA evoluo dos dispositivos que utilizam a comunicao sem fio (wireless) apresentou uma penetrao exponencial nas empresas de mdio e pequeno porte como nas residncias devido ao quesito custo, mas principalmente pelas melhorias na eficincia da transmisso de dados pelo ar em ambientes fechados, permitindo a substituio da transmisso de dados por meio de cabos pela transmisso sem fio pelo ar, sem perda de qualidade. Nas redes locais sem fio (Wireless Local Area Network - WLAN), a potncia do sinal de recepo se mostra inferior aquela originalmente transmitida devido a uma srie de fatores, como, por exemplo, das variaes no ambiente causadas por obstculos como portas e paredes, assim como de interferncias externas , na forma de outras ondas eletromagnticas. Outro fator igualmente importante para esta perda de potncia de sinal a difuso do sinal de transmisso pelo roteador, que normalmente no pode ser direcionado especificamente para um ou mais determinados pontos de recepo. Pode-se assim afirmar que nas redes locais wireless a potncia de transmisso e de recepo de sinal indicam o nvel de qualidade e confiabilidade da rede, e que a recepo deficiente de sinal se traduz, invariavelmente, com problemas de comunicao e conseqente taxa de transferncia baixa e tempo de resposta ruim. Deve-se tambm ressaltar que o uso comercial de redes locais wireless necessita considerar os fatores que atenuam ou causam interferncias na potncia do sinal de recepo, como portas, paredes e outras fontes de emisso eletromagntica. Percebe-se que no mercado esto disponveis os mais variados tipos de roteadores wireless, com potncias e taxas de transmisso diversas, mas o problema relacionado com o alcance da transmisso ainda o principal fator de preocupao, pois comum a necessidade de sempre se ter de ampli-lo, ou seja, de aumentar a distncia fsica entre o transmissor e o receptor. Por via de regra, quanto maior a distncia, menor a potncia do sinal de recepo, indiferente da potncia do sinal de transmisso.

22 Procurando superar os problemas causados pela perda de potncia do sinal de recepo, so constantemente apresentadas ao mercado novas tecnologias e solues, e entre elas, foi recentemente introduzido um novo tipo de cabo coaxial que funciona como uma antena: o cabo irradiante. Este cabo tem por caracterstica a capacidade de conduzir o sinal de transmisso ao longo da sua extenso, irradiando-o por meio de orifcios nele espalhados, oferecendo maior preservao da potncia do sinal de transmisso. Em obedincia a lei que rege os campos eltricos, deve-se considerar as variveis de intensidade, direo e sentido, portanto, o posicionamento do cabo irradiante influencia a polarizao das ondas eletromagnticas que transmite, ou seja, elas se comportam de formas distintas quando o cabo posicionado ou na vertical ou na horizontal. O posicionamento do cabo na vertical proporciona o espalhamento do sinal na direo horizontal e o posicionamento do cabo na posio horizontal proporciona o espalhamento do sinal na direo vertical. (MEDEIROS, 2007) Ao oferecer s empresas a possibilidade de ampliar o alcance de suas redes locais por meio da preservao da qualidade da potncia do sinal de recepo, essa nova tecnologia se apresenta como potncial candidata para a implementao de novas redes, assim como na atualizao/manuteno das j existentes. Esse potncial de ampliao do alcance das redes locais wireless divulgado e patrocinado pelos promotores dessa nova tecnologia justifica a importncia deste trabalho de pesquisa. Este trabalho procurou por meio de uma pesquisa bibliogrfica e de um trabalho de campo analisar se a tecnologia do cabo irradiante em redes locais wireless pode ser considerada como uma alternativa vivel para a infraestrutura de redes locais em ambiente interno (indoor). Para fazer tal comprovao, foi necessrio montar e configurar uma rede local wireless cujo ponto de transmisso contemplou tanto o uso da antena original de fbrica quanto o cabo irradiante como fonte de origem de transmisso, assim como as fontes de atenuao, para realizar a medio final da potncia do sinal de recepo. Da montagem deste cenrio, e da aceitao da hiptese que o cabo irradiante oferece um melhor desempenho do que as antenas isotrpicas, surgiu o

23 seguinte questionamento: Como deveria ser o posicionamento do cabo irradiante para um melhor aproveitamento de sua capacidade de espalhar melhor o sinal de transmisso por meio dos orifcios ao longo de sua extenso, na posio vertical, perpendicular ao solo, ou na horizontal, paralela ao solo. Esta a pergunta que este trabalho procurou responder. Deve-se ressaltar, tambm, que por motivo de falta de maiores recursos, no foi possvel instalar o cabo irradiante no teto da sala, que seguramente promoveria um melhor desempenho do cabo irradiante na posio horizontal em comparao com o solo.

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3 REDES LOCAIS SEM FIO DE CURTO ALCANCE3.1-Transmisses em redes wireless de curto alcance No incio da dcada de 2010, a tomada de deciso pela escolha da melhor configurao de rede WLAN para ambientes indoor no to trivial, uma vez que so muitas as variveis a considerar, como, por exemplo, distncia, ambiente, obstculos fsicos, segurana, desempenho e custos. Ao se abordar a escolha em termos do desempenho, est sempre presente a preocupao com a quantidade e qualidade do sinal de recepo, os quais esto diretamente associados com alcance e a velocidade do sinal. As redes wireless so dependentes das configuraes fsicas e lgicas, com preocupao especial com a rea de cobertura do sinal. Desta forma no se pode negligenciar os tambm do alcance a ser considerado. No sendo possvel negligenciar estes fatores, so necessrias e relevantes as comparaes das potncias de recepo de sinal entre diferentes configuraes de rede na forma de medidas amostrais, para realizar, assim, uma melhor anlise entre as diferentes configuraes e respectivas linhas de abordagem, para apoiar a escolha mais adequada. (MORIMOTO, 2009; ROSS, 2009) Diante de tais ponderaes, pode-se levantar a seguinte questo: Qual configurao de rede faz o sinal chegar mais longe com melhor qualidade? A pesquisa prtica (ou projeto) aqui realizada procurou, basicamente, analisar o sinal de recepo em redes wireless com base na teoria das redes WLAN, utilizando roteadores com padres 802.11 com suas antenas de fbrica e, tambm, um cabo irradiante na mesma funo das antenas. Deve-se ressaltar, tambm, que este trabalho no apresenta preocupaes com detalhes de segurana e outras interferncias que esto alm deste pesquisador, ficando em segundo plano devido a preocupao primeira com a medio da qualidade de potncia do sinal de recepo. Para a melhor compreenso do funcionamento das redes WLAN, faz-se necessrio uma breve apresentao do Modelo Open System Interconnection (OSI) e da sua proposta de comunicao de dados em obedincia International

25 Organization for Standardization (ISO), alm da arquitetura especfica para redes wireless.

3.2-Modelo OSI (Open Systems Interconnection) Todo e qualquer envio de mensagem ou informao para uma rede qualquer est dividido em pequenas partes elementares de alguns bits de tamanho. Estas partes elementares so conhecidas ou referenciadas como pacotes ou frames. A sua montagem final realizada no receptor para o entendimento inteligente e conseqente interpretao das informaes de forma legvel. Para que esses pacotes circulem em uma rede, essencial que todos os componentes desta rede (como por exemplo computadores transmissores, roteadores transmissores e computadores receptores) utilizem a mesma especificao, formatao,

sincronizao e protocolos de roteamento. (COMER, 2001; MORIMOTO, 2009) O modelo mais interessante para este trabalho o modelo OSI (Open Systems Interconnection), criado pela ISO (Internatioanl Organizaton for

Standardization). Este modelo, que pode ser observado a seguir na Figura 3.1, est separado em Camadas, organizando os elementos individuais de aplicaes, conexes e transferncia de dados nas redes, aplicando-se em todo tipo de comunicao de dados. Isto permite encorajar os profissionais que trabalho com hardware ou software a criarem sistemas e servios que possam trocar informao com produtos parecidos de outros fabricantes. Uma vantagem a ser ressaltada neste modelo a possibilidade de alterar os sistemas criados por profissionais de hardware e software, sem que seja necessrio alterar toda a estrutura da rede. (ROSS, 2009)

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Figura 3.1 Modelo OSIFonte: OSI - ISO (2010)1

O modelo OSI verifica as trs partes da rede consideradas essenciais para o trfico de dados: rede, transporte de dados e aplicao. Tanto a parte de rede quanto da aplicao so subdivididas em trs Camadas. A parte responsvel pelo transporte de dados no tem subdiviso. (ROSS, 2009) A parte de Rede se preocupa com as especificaes bsicas e gerais de hardware de rede para realizar a transmisso e recepo dos frames ou pacotes; a organizao dos frames ou pacotes de forma que estes cheguem corretamente ao receptor de destino; e reunir todos os pacotes de frames que compem a mesma mensagem de forma legvel para o usurio final. Suas subdivises so: Camada Fsica, Camada de Enlace e Camada de Rede. (ROSS, 2009) A Camada Fsica corresponde s Camadas de Hardware de rede bsicas como, por exemplo, as especificaes detalhadas do hardware que constitui uma WLAN. A Camada de Enlace contm as especificaes de como organizar os dados em frames ou pacotes e, tambm, de como transmiti-los atravs de uma rede. A Camada de Rede especifica como so atribudos os endereos e como os pacotes so encaminhados de uma ponta de rede para outra. (COMER, 2001; ROSS, 2009) A parte de Transporte, que no apresenta subdivises, especifica de forma detalhada as transferncias de pacote de forma confivel. (COMER, 2001; ROSS, 2009)1

http://everson.com.br/Modelo-OSIISO. Acesso em 12 mai 2010

27 A parte de Aplicao se preocupa com a programao virtual visando garantir a segurana de uma conexo de rede, a representao dos dados para usurios finais e o funcionamento dos aplicativos dentro do escopo da rede. Suas subdivises so: Camada de Sesso, Camada de Apresentao e Camada de Aplicao. (COMER, 2001; ROSS, 2009) A Camada de Sesso especifica as conexes remotas de rede com o propsito de obter maior segurana. A Camada de Apresentao especifica como representar dados, como, por exemplo, as letras do alfabeto grego ou rabe. Quando os pontos de origem e de destino utilizam cdigos de pgina diferentes, se faz necessrio traduzir tais representaes de modo tal que se mantenha a integridade da mensagem. (COMER, 2001; ROSS, 2009) A Camada de Aplicao especifica como um aplicativo utiliza uma rede. Por exemplo: as formas ou regras para um aplicativo que transfere arquivos de um computador para outro. (COMER, 2001; ROSS, 2009) Das Camadas acima apresentadas, so mais sensveis, para os propsitos deste trabalho, a Camada Fsica porque nela esto representados os transmissores, receptores e as antenas e a Camada de Transporte por tratar da propagao do sinal no ar. O uso da tecnologia IEEE 802.11 e extenses mostrou-se a mais recomendada para as necessidades anteriormente apresentadas.

3.2.1 Normas IEEE 802.11 A tecnologia IEEE 802.11 tida como norma original e tem servido de modelo para outros protocolos que operam na faixa de frequncia dos 2,4GHz. Para o interesse do trabalho, a tecnologia alm de definir normas para a Camada Fsica, igualmente determina as especificaes da Camada de Controle de Acesso ao Meio, ou MAC. Esta camada est normalmente presente nas normas desenvolvidas pela IEEE para Redes Wireless, para bandas de rdio e infravermelho entre as faixas de 2,4GHz e 5GHz. (MORIMOTO, 2009) Compreende-se, assim, que o protocolo IEEE 802.11 define a forma de utilizao dos dois nveis inferiores da arquitetura OSI, das Camadas Fsica e de Enlace, enumerando suas regras de funcionamento numa Rede Wireless.

28 As redes que utilizam o protocolo IEEE 802.11 e extenses operam no modo Half-Duplex, ou seja, do uso de aparelhos capazes de transmitir e receber informaes (um transmissor e um receptor) de forma bidirecional, porm, no simultnea. A Camada de Fluxo de Dados de Enlace (Data Link Layer) possui uma sub-camada denominada Sub-camada Lgica de Dados de Enlace (Logical Link Control), para lidar com os servios de conexo e recuperao de erros. Esta sub-camada, sob a especificao OSI, desempenha 3 tipos de servios: i. ii. iii. Servio sem conexo e sem reconhecimento (UDP, IP e IPX); Servio com conexo (TCP e X-25); Servio sem conexo e com reconhecimento (Circuitos virtuais, Frame Relay, ATM e PPP). A implementao de suas funes sob a especificao OSI depende basicamente do tipo de servio a realizar. Por exemplo, quando se trata de um servio sem conexo e que no estabelece reconhecimento, as funes relativas ao controle de freqncia e controle de fluxo e da recuperao de erros no necessitam ser implementados. Sob a especificao IEEE 802.11, a Sub-camada Lgica de Dados de Enlace que realiza o controle de fluxo, ou seja, estabelece se o transmissor est enviando mais quadros do que o receptor pode receber. Sobre o controle de erros, existe um mecanismo de controle embutido tanto no algoritmo do bit alternado quanto nas janelas com retransmisso, aqui na forma de quadros especiais e janelas de transmisso e recepo. Sub-camada Lgica de Dados de Enlace desempenha 3 tipos de servio: i. ii. iii. Conexo no confivel sem conexo e sem reconhecimento; Conexo de baixa confiabilidade - sem conexo e com reconhecimento; e Conexo confivel - orientado conexo. Em relao ao controle de acesso, essa atribuio fica sob os encargos da outra sub-camada, denominada Controle de Acesso ao Meio (Medium Access Control MAC).

29 A figura 3.2 abaixo proporciona uma melhor visualizao dos fundamentos em comum entre as especificaes OSI e IEEE 802.11 quanto A Camada de Fluxo de Dados de Enlace (Data Link Layer), em especial, da Sub-camada Lgica de Dados de Enlace (Logical Link Control).

Figura 3.2: Camada de Fluxo de Dados de EnlaceFonte: Computer Desktop Encyclopedia (1998)

A Figura 4 a seguir apresenta-se uma viso geral da estrutura da Sub-camada Lgica de Dados de Enlace segundo o protocolo IEEE 802.11.

Figura 3.3: Pilha do protocolo IEEE 802.11Fonte: Escola Politcnica UFRJ (2010)

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Para os interesses deste trabalho, so apresentados alguns detalhes bsicos referentes s extenses a, b e g. (MORIMOTO, 2009) a) IEEE 802.11a Criado para operar na faixa dos 5GHz, com freqncias de dados de at 54Mbit/s. Utiliza o mtodo de codificao multiportadora conhecido como OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing). b) IEEE 802.11b a extenso responsvel pela popularizao do uso das Redes Wireless, principalmente nas reas comerciais. Estendeu a freqncia de dados original de 2Mbit/s para at 11Mbit/s, operando na freqncia de 2,4GHz. c) IEEE 802.11g A extenso 802.11g objetivou, essencialmente, a criao de uma extenso de maior freqncia de dados camada fsica da norma IEEE 802.11b, mantendo compatibilidade com a mesma e com os equipamentos j em funcionamento. O objetivo foi de alcanar os 54Mbit/s.

3.3-Sistema de comunicao O sistema de comunicao o conjunto de equipamentos e materiais, eltricos e eletrnicos, necessrios para compor um esquema fsico para estabelecer enlace de comunicaes em pelo menos dois pontos distantes. Os detalhes de operao de sistemas de comunicaes no transmissor e no receptor dependem do tipo de sistema utilizado, podendo ser analgico e digital. (HAYKIN; VAN VEEN, 2001) Podemos classificar o uso dos diferentes tipos de sistemas de comunicao como comercial, governamental, privado, amador, experimental e de pesquisa. Com o intuito de projetar sistemas de comunicaes de timo desempenho, seu planejamento deve ser realizado de forma metdica e com total ateno para os detalhes para garantir uma eficincia correta nos enlaces e uma continua comunicao dentro do sistema aumentando, assim, a sua confiabilidade. Igualmente deve-se verificar cuidadosamente a relao sinal/rudo e distoro do

31 sinal original para satisfazer as expectativas dos seus assinantes, usurios ou correspondentes por meio da manuteno da qualidade do sinal. Deve-se dificultar, tambm, o entendimento das mensagens porventura captadas por elementos estranhos ao sistema e prevenir possveis interferncias, eventuais ou propositais, particularmente nas comunicaes de rdio, possibilitando, desta forma, segurana mxima aos assinantes, usurios ou correspondentes. Recomenda-se, tambm, utilizar equipamentos que possuam os menores retardos possveis de transmisso e recepo, para melhorar o tempo de resposta ou velocidade total da rede de transmisso ou tempo de resposta, ou seja, o tempo total que a mensagem leva para ser transmitida para um receptor, e que este retransmite de volta a resposta de recepo correta da mensagem para o transmissor, garantindo, assim maior flexibilidade, disponibilizando enlaces com outros sistemas, de acordo com as necessidades dos assinantes, usurios ou correspondentes, como o compartilhamento de sons, voz, vdeos ou dados. (HAYKIN; VAN VEEN, 2001) O projeto tambm deve verificar o alcance do sinal na rea desejada, o qual dependente da potncia, dos ganhos e das perdas que os equipamentos constituintes das redes fornecem. Estes equipamentos podem ser classificados como Local (quando de curto alcance), Regional (quando abrange uma regio do pais), Nacional (quando abrange todo pas) e Internacional (quando ultrapassa as fronteiras do pas). As redes wireless so sistemas de comunicaes, onde a mensagem (podendo ser de dados ou voz, ou sons, ou imagem) trafegam no ar, em forma de onda eletromagntica, do transmissor para um ou mais receptores. (MORIMOTO, 2009) No sistema de comunicao realizado neste trabalho classificado como um sistema de radio experimental, por ser basicamente um estudo do sinal de transmisso em redes wireless e focando o experimento em redes WLAN com roteadores com padres 802.11 que utiliza um cabo irradiante como antena , o qual ser dito mais a frente neste trabalho. Tambm neste trabalho no entra em muitos detalhes de segurana, portanto possvel identificado interferncias externas no sinal.

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3.3.1- Sistema de comunicao analgico Esse tipo de sistema de comunicao bastante comum, e tambm uma base para o entendimento do sistema de comunicao analgico. Nele, para que haja comunicao entre dois ou mais pontos, essencial a efetivao de uma srie de processos. (HAYKIN; VAN VEEN, 2001) A figura 3.4 abaixo representa cada processo bsico realizado por um sistema de comunicao.

Figura 3.4 Componentes do Sistema de comunicao analgico.Fonte: HAYKIN, VAN VEEN (2001). Adaptado pelo autor.

Os trs primeiros itens da figura 3.4 acima correspondem ao primeiro estgio da transmisso da mensagem. Uma vez iniciado este estgio, deve-se

necessariamente gerar uma mensagem, a qual pode ser de dados, voz, sons ou imagem, representado pela fonte de informao. Em seguida tem-se o Transdutor, responsvel pela converso de uma forma de energia para outra, de modo a possibilitar o transporte do sinal no canal de comunicao. O Transmissor a parte do circuito interno que fornece a potncia necessria ao sinal eltrico para que este possa percorrer e chegar ao seu destino, no caso, ao aparelho receptor. (HAYKIN; VAN VEER, 2001)

33 O segundo estgio tido como um estgio intermedirio entre a primeira e a terceira fase. Ele esta representado pelo canal de comunicao, cuja funo de transmitir o sinal para pelo menos um receptor. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) O terceiro estgio o de recepo. Nele ocorre a recepo do sinal e o conseqente resposta ou retorno, ou seja, da realizao dos mesmos processos em ordem inversa do primeiro estdio. O receptor o circuito interno que recebe os sinais e o direciona ao transdutor da recepo, o qual converte a sinal para o formato inicial da mensagem e gera uma replica da mensagem original encaminhado para o destino final. O Destino o quem a mensagem destinada. (HAYKIN; VAN VEER, 2001)

3.3.2 - Sistema de comunicao digital O que caracteriza um sistema de comunicao digital so as suas ondas ou sinais. Neste sistema as ondas ou sinais so moduladas num formato padro quantitativo que permite alterar a amplitude da onda, da fase e/ou da freqncia. Este sistema, diferentemente do analgico, se caracterstica por proporcionar valores discretos de onda. O sistema de comunicao ser considerado digital caso os principais equipamentos da rede que o configure trabalhem com sinais digitais. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) As linguagens da unidade de processamento de computadores reconhecem apenas dois estados de informao: a presena do sinal e a ausncia do sinal na entrada do processador. Estes dois estados de informao so geralmente descritos como 1 ou 0 conhecido como bases binrias. E cada presena ou ausncia de informao (ou 1 ou 0) a menor unidade de uma informao conhecidos como bits. claro que para gerar uma informao no depende apenas de 1 bit, mas de uma seqncia e combinaes bits. A unidade referencial bem conhecida na informtica chamado de bytes, o qual equivale 8 bits que pode representar um smbolo visual. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) Para uma melhor visualizao do conceito, pode-se fazer uma analogia com uma caixa papelo dividida em 8 espaos com divisrias de papelo e 8 bolas para

34 serem colocadas nos espaos. Em cada espao da caixa cabe apenas uma bolinha, mas s possvel criar combinaes, onde cada combinao representar um smbolo ou um cdigo, se consideramos a presena das bolinhas em cada espao. Assim, como em cada espao da caixa pode ocorrer duas situaes diferentes, possvel criar 28 ou 256 combinaes, onde cada pode representar um smbolo ou um cdigo. Este apenas um exemplo de um sinal digital. Outros sinais de maior complexidade so processados no interior dos computadores, que associa as varias combinaes dos sinais nos devidos tempos ou frequncia de sinal. Estes sinais, na forma de bits, tambm podem ser trabalhados nos sistemas de comunicaes digitais de forma a organizar a mensagem para garantir sua chegada com qualidade e desempenho timo em um ou mais receptores. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) No sistema de comunicao digital pode-se contemplar duas situaes. A primeira situao se exemplifica pela presena de um sinal analgico (como voz e vdeo) que precisa ser convertido num sinal digital, e a segunda situao, quando o sinal de origem j digital. Quando existe a necessidade de converter um sinal analgico para digital, faz-se necessrio apresentar a definio de trs termos correlatos a tal converso. So eles: amostragem, quantizao e codificao. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) A amostragem a converso de sinal em uma seqncia de nmeros, onde cada nmero representa a amplitude do sinal da mensagem em um instante de tempo particular. A quantizao trata da representao de cada nmero produzido pela amostragem no nvel mais prximo escolhido dentre um nmero finito de nveis. Por exemplo: Cada amostra pode ser representada com um nmero binrio de 16 bits, ou seja, um valor que possui 216 nveis de amplitude. Depois da combinao da amostragem e da quantizao, obtm-se uma representao do sinal da mensagem dita discreta tanto no termo de tempo ou amplitude. (HAYKIN; VAN VEER, 2001) A codificao tem por propsito representar cada uma das amostra de forma quantizada por meio de uma palavra de cdigo composta de um nmero finito de smbolos. Por exemplo: os cdigos binrios, uns e zeros.

35 Quando o sinal j transmitido em formato digital para dispositivos que trabalham com sinal digital, no se faz necessrio nenhum tipo de converso. (HEYKIN; VAN VEER, 2001)

3.4-Ondas Eletromagnticas Existem vrios tipos de ondas eletromagnticas como, por exemplo, ondas luminosas, ondas de radio, raios X, raios gamas e microondas. A diferena entre estes diferentes tipos de ondas est apenas no comprimento da onda e na freqncia. (TIPLER, 2000) Conforme anteriormente referenciado, a diferena entre os vrios tipos de ondas eletromagnticas est contido apenas no comprimento da onda e na frequncia, cujo produto igual a velocidade, conforme foi observado na equao 3.1. O termo espectro magntico utilizado para designar as vrias faixas de freqncias e comprimentos de ondas. Teoricamente possvel produzir ondas eletromagnticas com qualquer comprimento de onda e com qualquer freqncia, por tanto, o espectro eletromagntico pode ser considerado como infinito.(TIPLER, 2000; MEDEIROS, 2006) O projeto em questo, da medio de perda de sinal quando do uso do cabo irradiante, utilizar roteadores que operam na faixa de Frequncia: 2.400 a 2.483 GHz, ou seja, de 2,4 10 9 a 2,483 x 109. Na Figura 3.5 abaixo esto representadas as faixas de freqncia de diferentes tipos de ondas.

Figura 3.5 O espectro de freqnciasFonte: KUROSE; ROSS (2004)

36

O estudo da onda eletromagntica relaciona campos eltricos e campos magnticos a suas fontes, que podem ser cargas eltricas, correntes ou campos variveis. Estes campos so calculados por meio da matemtica vetorial no espao tridimensional, que deram origem as equaes de James Clerk Maxwell, um grande fsico escocs. O papel que as equaes de Maxwell desempenham no eletromagnetismo clssico anlogo as leis de Newton na mecnica clssica. (ROSS, 2009) Qualquer problema no mbito da eletricidade e do magnetismo pode ser resolvido por meio das equaes de Maxwell, assim como qualquer problema de mecnica clssica pode ser resolvido por meio das leis de Newton. Comparando as equaes de Maxwell com as leis de Newton, percebe-se que as equaes de Maxwell so bem mais complexas do que as leis de Newton. A aplicao das equaes de Maxwell na maioria dos problemas prticos envolve uma matemtica muito sofisticada, sendo, por este motivo, consideradas importantes no ponto de vista conceitual. (TIPLER, 2000) Na natureza da onda eletromagntica e o seu mecanismo de propagao dependem de uma corrente continua, com uma intensidade quantizada, fluindo em um condutor eltrico. Esta corrente faz surgir ao redor do condutor um campo magntico com intensidade proporcional da corrente e polarizado de acordo com o sentido da corrente. Como pode ser observado na Figura 5 abaixo, a corrente circula no condutor eltrico e gera um campo magntico ortogonal (de ngulo de 90 graus) ao circuito e a corrente eltrica. (ROSS, 2009) Definindo a corrente eltrica em uma linguagem mais simples, trata-se de uma certa quantidade de ondas, estacionrias (parada) ou dinmicas (em movimento). Para que essas ondas possam fluir em um circuito eltrico de um transmissor, necessrio que o dispositivo eltrico impulsione uma certa quantidade de ondas atravs de uma fora realizada pelo dispositivo eltrico. Este impulso uma fora denominada tenso, uma propriedade significativa nos circuitos eltricos contidas nos dispositivos eltricos. Outro fator importante a potncia ou energia, a qual depende da tenso realizada numa certa quantidade de ondas e da

37 tenso realizada nas ondas. A potncia a quantidade de ondas que um circuito eltrico capaz de receber em cada instante. (TIPLER, 2000; ROSS, 2009) No escopo dos objetivos deste trabalho, os sinais das redes wireless so ondas de rdio que se propagam um determinado espao particular.

3.4.1- Ondas de Radio ou radiao eletromagntica e o mecanismo de propagao Como dito antes, as ondas de radio so campos eletromagnticos de alta frequncia, no audveis e no visveis pelo homem. A Figura 3.6 abaixo explica, de forma visual, os propsitos prticos das equaes de Maxwell quanto propagao de ondas de rdio ou radiao eletromagntica.

Figura 3.6 Formao da onda eletromagntica.Fonte: MEDEIROS (2006)

Medeiros (2006, p.105) assim explica o processo responsvel pela gerao das ondas eletromagnticas, observado na Figura 3.5 acima.Na mesma freqncia da corrente senoidal, o campo eletromagntico H aparece, se extingue e reaparece com a polaridade trocada, acompanhando as mesmas variaes da corrente i (t), em seus semiciclos positivos e negativos, respectivamente. Em conseqncia dessas variaes, em plano ortogonal ao campo H, surge um campo eltrico E, com as mesmas caractersticas: varia no tempo, em intensidade e polaridade. (...) O campo E, de modo semelhante ao campo H, tambm pode ser representado por linhas. (...) Das variaes de E, tambm em intensidade e polaridade, cada linha representativa do campo eltrico gera uma linha de campo magntico H, em planos ortogonais. Da, um campo magntico gera outro campo eltrico e assim sucessivamente. Agora sim, tem-se uma onda irradiante.

38 A onda irradiante o produto da alternncia de produo de campos eltricos e magnticos em relao ao tempo. Na transmisso e recepo de ondas de rdio necessrio que haja um rdio transmissor e um radio receptor, assim como antenas transmissora e receptora. O rdio transmissor um aparelho gerador de corrente alternada, a qual alimentar a antena transmissora, onde corrente alternada ser convertida em ondas de rdio ou irradiao eletromagntica que iro se propagar pelo ar. As ondas de rdio ou irradiao eletromagntica sero captadas pela antena receptora, a qual converter as ondas para corrente alternada que ser enviada para o radio receptor. O radio receptor vai interpretar esta corrente e criar uma estimativa da mensagem original, como pode ser observado na Figura 3.7 a seguir.

Figura 3.7 Processo de transmisso e recepo de uma onda de rdio.Fonte: DO AUTOR (2010)

3.4.2 Velocidade de Propagao e comprimento de onda As ondas de rdio se propagam no espao livre com a velocidade da luz no vcuo, aproximadamente 3108 m/s. O comprimento da onda o resultado da relao entre a velocidade da luz no vcuo e a freqncia da onda. (TIPLER, 2000) Assim

39 [3.1]

onde o comprimento em metros (m). Frequncia medida em Hz. Velocidade da luz no vcuo (m/s).

3.5 Unidades de medidas Em sistemas de telecomunicaes so utilizadas escalas logartmicas para medir relaes entre potncias de sinais eltricos em virtude das grandes variaes existentes entre os mesmos. As vantagens de utilizar escalas logartmicas uma permisso de interpretao mais fcil das medidas de potncias, assim como da permisso de escalas com mais espaos ou intervalos. Para facilitar os clculos, pode-se tambm calcular as tenses de entrada e de sada, j que a tenso est diretamente relacionada potncia do sinal. (SILVEIRA, 1991; MORIMOTO, 2009) Um circuito eltrico qualquer pode representar uma atenuao, ou um ganho do sinal. A atenuao significa que o a potncia do sinal de entrada maior do que a potncia do sinal de sada; o ganho significa que a potncia do sinal de entrada menor do que a potncia do sinal de sada.

3.5.1 Bell (B) O Bell (B) uma relao logartmica entre as potncias de um sinal de entrada e a potncia de um sinal de sada, podendo, tambm, relacionar tenso de entrada e tenso de sada. As formulas abaixo representam um circuito onde se recebe, na entrada, uma corrente com uma determinada potncia, a qual vai sair no final do circuito com uma potncia superior ou inferior em relao a potncia de entrada. Observe que o ganho ou a perda depende da maior potncia entre a sada e a entrada. (SILVEIRA, 1991)

40

[3.2]

e

[3.3]

3.5.2 Decibel (dB) O Decibel (dB) a sub-unidade utilizada na pratica para clculos de engenharia, para permitir operaes com valores de diferentes origens. Como exemplo, o Decibel se assemelha ao mnimo mltiplo comum (m.m.c) utilizado em contas de fraes com diferentes denominadores. O decibel equivale 1/10 do Bell, sendo, ento, obtido pela equao logartmica na base 10. Trabalhando com a unidade de medida decibel, pode-se verificar todas as propriedades relacionadas com o ganho e perda da potncia como, por exemplo, nas relaes entre tenses, nos ganhos das antenas, atenuaes e etc. As formulas abaixo permitem o clculo da perda e do ganho em Decibel. (SILVEIRA, 1991) [3.4]

e

[3.5]

41

3.5.3 Clculos de potncia em decibel watts (dBW), decibel milliwatts (dBm) e decibel microwatts (dB) Para a converso de resultados expressos em Watts (W) em decibel watts (dBW), miliwatts (mW), decibel milliwatts (dBm) e uso correto, necessita-se saber algumas regras bsicas de converso: (SILVEIRA, 1991) -1 regra- Soma-se e subtraem-se decibel (dB) com decibel watts (dBW), decibel milliwatts (dBm) e decibel microwatts (dB). -2 regra- No se somam e nem subtraem decibel watts (dBW) com decibel watts (dBW), decibel milliwatts (dBm) com decibel milliwatts (dBm) e decibel microwatts (dB) com decibel microwatts (dB). -3 regra- A diferena entre dois valores em decibel watts (dBW), ou dois valores em decibel milliwatts (dBm), ou dois valores em decibel microwatts (dB), expresso em decibel (dB).

Em redes wireless a potncia total da transmisso medida em milliwatts (dBm). Para converte decibel watts (dBW) em decibel milliwatts (dBm), soma-se o valor em decibel watts (dBW) com 30; para converter decibel watts (dBW) em decibel microwatts (dB), soma-se o valor em decibel watts (dBW) com 60; Para converte decibel milliwatts (dBm) em decibel watts (dBW), subtrai-se o valor em decibel watts (dBW) com 30; para converter decibel watts( dBW) em decibel microwatts (dB), subtrai-se o valor em decibel watts (dBW) com 60. (MORIMOTO, 2009)

3.5.4 Calculando a potncia de transmisso e recepo em redes Wireless A potncia total da transmisso medida em decibel milliwatts (dBm) e o ganho da antena medido em decibel isotrpico (dBi). Para medir a potncia e o ganho da antena utilizado o decibel, mas o parmetro de comparao diferente . Por isso so utilizadas duas siglas diferentes.

42 Na potncia de transmisso utilizado um sinal de 1 milliwatts (mW) como padro de comparao. Observe no Quadro 1 abaixo que 1 milliwatts (mW) equivale a 0 decibel milliwatts (dBm) e, a parti da, cada vez que dobrar a potncia, aumentase 3 decibel milliwatts (dBm). Quadro 3.1: Converso de potncia de milliwatts para dBm 0 dBm =1 miliwatts 3 dBm = 2 miliwatts 6 dBm = 4 miliwatts 9 dBm = 7.9 miliwatts 12 dBm = 15.8 miliwatts 15 dBm = 31.6 miliwatts 18 dBm = 61.1 miliwatts 21 dBm = 125.9 miliwatts 24 dBm = 251.2 miliwatts 27 dBm = 501.2 miliwatts 30 dBm = 1000 miliwatts 60 dBm = 1000000 miliwattsFonte: MORIMOTO (2009)

Teoricamente, o ganho da antena medido em relao a um radiador isotrpico. Entende-se por modelo isotrpico o uso de uma antena que transmite o sinal de forma igual em todas as direes. No existiria, portanto, diferena na polarizao da antena isotrpica em toda superfcie, formando uma esfera perfeita. Na prtica, porm, considera-se impossvel a confeco de uma antena isotrpica, j que sempre necessrio ter um conector entre a antena e o dispositivo caus ando uma pequena atenuao. Se tal antena existisse, ela no seria de muita utilidade, uma vez que refletiria muito sinal para cima e para baixo. Todas as antenas concentram o sinal em determinadas direes, sendo que quanto mais concentrado o sinal, maior o ganho. (MORIMOTO, 2009) Observando o Quadro 3.1 acima, pode-se verificar que uma antena com 3dBi de potncia de sinal de transmisso irradia o sinal com o dobro de potncia do que uma antena isotrpica, e uma antena de 6 dBi de potncia de sinal de transmisso oferece o sinal quatro vezes mais concentrado em relao as antenas isotrpicas. Todas as antenas concentram o sinal em determinadas direes, e quanto mais concentrado, maior o ganho da antena e maior a rea de transmisso e recepo. As antenas, porm, tambm atenuam a potncia do sinal de transmisso

43 no momento em que fazem a converso da corrente eltrica para ondas eletromagnticas. Em um sistema real tambm ocorrem atenuaes nos cabos e nos conectores. (MORIMOTO, 2009) Verificando a potncia de transmisso, a atenuao total do sistema (em cabos, antenas e conectores) e o ganho das antenas, podemos calcular o sinal que chega efetivamente ao receptor.

[3.6]

3.5.5- Unidade e medida de campo eltrico e campo magntico O campo eltrico e o campo magntico so grandezas vetoriais, e, assim, tm intensidade, direo e sentido. As unidades de medida do campo eltrico e do campo magntico so respectivamente volt/metro e ampres/metro. (MEDEIROS, 2006) A relao campo eltrico por campo magntico, fornece a impedncia intrnseca do espao livre:

[3.7] onde: o campo eltrico (V/m). o campo magntico (A/m). a impedncia intrnseca ().

Em princpio, pode-se afirmar que quando maior for a potncia transmitida, maior ser a intensidade do campo eltrico e o alcance da transmisso. O resultado final da recepo vai depender da potncia do radio transmissor, da distncia e dos obstculos a serem vencidos pela onda, e, tambm, dos tipos de antena transmissora e receptora. A potncia de emisso, expressa em watt (W), calculada pelo produto do quadrado da corrente de RF que alimenta a antena pela resistncia da antena. (MEDEIROS, 2006)

44

[3.8] onde: a potncia (W). a corrente eltrica RF (A). a resistncia da antena () .

3.5.6- Polarizao das ondas de rdio A polarizao da onda tomada em funo do posicionamento do campo eltrico em relao superfcie da Terra. Quando um campo eltrico perpendicular ao solo (90 graus em relao do solo), a onda dita verticalmente polarizada, e se o campo eltrico for paralelo em relao ao solo a onda dita horizontalmente polarizada. Estes dois tipos de ondas so classificados como polarizao lineares, mas existem outros tipos de polarizaes como, por exemplo, a polarizao circular, polarizao elptica e polarizao cruzado que tambm conhecida como polarizao cruzada ou ortogonal (cross-palarization).

(MEDEIROS, 2006) Abaixo, na Figura 3.8, so apresentadas as representaes de duas antenas . A primeira antena esta instalada no sentido vertical e o campo eltrico gerado perpendicular em ralao ao solo, formando uma transmisso verticalmente polarizada. A instalao da segunda antena horizontal e o campo eltrico gerado paralelo em relao ao solo, formando uma transmisso horizontalmente polarizada.

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Figura 3.8 Polarizaes de ondas na vertical e horizontalFonte: MEDEIROS (2006)

A transmisso de ondas classificada como polarizada circularmente aquela onde a extremidade do vetor campo eltrico descreve um crculo no plano perpendicular direo de propagao, fazendo uma revoluo completa durante um perodo de onda. Ela no muito diferente da transmisso de ondas classificadas como polarizadas elipticamente, ou seja, quando a extremidade do vetor campo eltrico descreve uma elipse no plano perpendicular direo de propagao, fazendo uma revoluo completa durante um perodo de onda. (MEDEIROS, 2006) Na polarizao cruzada ocorre uma transmisso simultnea de duas ondas portadoras, independentes, de mesma frequncia, com informaes distintas e polarizadas ortogonalmente, ou seja, uma polarizada verticalmente e outra horizontalmente. Este tipo de polarizao utilizada em frequncias mais altas na ordem de giga hetz, ou seja, na ordem de 109 hetz. A vantagem principal de utilizar polarizao cruzada o reuso, ou seja, a reutilizao da frequncia, podendo permitir uma reduo significativa de trafico da banda utilizada pela rede. (MEDEIROS, 2006)

46 3.5.7- Atenuao da onda devido ao espao livre No percurso entre a antena transmissora e a antena receptora, a onda vai se enfraquecendo. possvel calcular a perda ou atenuao da onda no espao livre por meio do comprimento da onda do enlace e da distncia percorrida pela a onda. (HAYKIN; MOHER, 2008)

[3.9] onde: a potncia (W). o comprimento da onda eletromagntica. a resistncia da antena () . Uma variao desta mesma frmula aplicvel quando, em vez de potncias eltricas e resistncias, tem-se a distncia entre as fontes emissora e receptora. (HAYKIN; MOHER, 2008) [3.10]

Onde R = Raio ou distncia transmissor-receptor = relao entre a velocidade da luz no vcuo e a freqncia da onda [7] ou 0,124 m

3.5.8 - Atenuao da onda devido reas abertas Assim como no caso do espao livre, o percurso entre a antena transmissora e a antena receptora tambm se enfraquece ao percorrer distncias abertas. Essa perda tambm pode ser calculada por meio da relao entre os raios total e o da rea livre. (HAYKIN; MOHER, 2008) A frmula que representa esta atenuao ou perda pode ser observada a seguir:

47

[3.11] Onde Lp = Perda em rea aberta r = raio total r0 = raio espao livre

3.5.9 - Principais obstculos causadoras de distrbio do sinal de comunicao Os sinais de redes wireless, tanto em redes WLAN como em redes WWAN, esto sujeitos a enfrentar barreiras ou interferncias que prejudicam e/ou at inviabilizam a recepo do sinal. Entre as possveis adversidades pode-se citar as superfcies metlicas que no estejam dentro do sistema de comunicao, materiais densos, corpos com grande concentrao de lquidos, agitao trmica de eltrons (rudos eltricos), entre outros. (MORIMOTO, 2009) As superfcies metlicas externas ao sistema de comunicao so grandes inimigas do sinal, porque o metal reflete a maior parte do sinal deixando apenas uma pequena parte deste passar. Entre tais objetos esto as portas de metal, as vigas e at mesmo as tintas com pigmentos metlicos. (MORIMOTO, 2009) Em materiais densos, como concreto e pedra, o sinal absorvido. Nas paredes leves, feitas com tijolos furados, ocorre uma menor absoro de sinal do que em paredes feitas com tijolos macios. As lajes e as vigas de concreto absorvem mais sinal do que as paredes, sejam elas de tijolo, concreto ou pedra. (MORIMOTO, 2009) Os corpos com grande concentrao de lquidos tambm absorvem sinal. Servem de exemplo os aqurios, as piscinas, as caixas dgua e, at mesmo, o corpo humano (o corpo humano composto por 70% de gua). (MORIMOTO, 2009) Uns dos obstculos que geram maior preocupao nos projetistas de redes wireless so as interferncias de sinal oriundas de diferentes sistemas de comunicao. Tais sinais possivelmente operam na mesma freqncia de transmisso e sua fonte de origem consideravelmente prxima rea da rede a ser projetada. Em redes j projetadas, existe tambm tal preocupao uma vez que

48 podem surgir outras redes ao redor da j existente, e at mesmo, comunicaes de rdio de forma proposital e mal intencionadas. (MORIMOTO, 2009) Os fornos de microondas que operam a 2.4GHz, ou seja, na mesma freqncia de redes Wireless, quando ligados, suas ondas podem interferir nas transmisses de alguma rede wireless. O forno de microonda tem em seu interior uma grade de metal para evitar que o sinal de onda escape, e assim no queime as pessoas que estejam ao seu redor, mas, comumente, possvel que uma pequena poro do sinal escape e interfira no sinal de uma rede wireless. (MORIMOTO, 2009) Os rudos eltricos so entendidos como resultado da agitao trmica na matria, agitao esta que causa colises entre as ondas do sinal, fazendo com que se dispersem no caminho. (MORIMOTO, 2009)

3.5.10 - A equao de Friis

Ao utilizar antenas anisotrpicas, isto , antenas em forma de elipse que apontam a uma determinada direo, as perdas no espao livre relacionadas potncia transmitida e recebida por antenas genricas so determinadas por meio da Equao de Friss, que permite a realizao de uma substituio direta das definies de ganho. (HAYKIN; MOHER, 2008)

[3.12]

Onde: PR(dBm) - potncia do sinal recebido em dBm L(dB) - perdas entre o transmissor e a antena G(dBi) - ganho da antena transmissora em relao antena isotrpica GR(dBi) - ganho da antena receptora em relao antena isotrpica LR(dB) - perdas entre o receptor e a antena A = Perda no espao entre o transmissor e o receptor, calculada por:

49 A equao de Friis , portanto, a equao fundamental para o planejamento do enlace. Ela possibilita relacionar as potncias transmitida e recebida, considerando as caractersticas de transmisso do enlace de rdio. Entende-se por estabelecimento do enlace que o valor de PR(dBm) fornea potncia suficiente ao receptor para ele detectar, com confiabilidade, a informao transmitida.

3.6 Antenas As antenas so utilizadas nos sistemas de comunicao em redes wireless na transmisso para irradiar ondas eletromagnticas e na recepo para capt-las. A antena transmissora converte corrente eltrica em ondas eletromagnticas, e quando a antena receptora capta a onda eletromagntica, ela a converte para corrente eltrica. Existem diferentes tipos e modelos de antenas, que diferenciam as aplicaes e seus resultados em funo da frequncia de trabalho, potncia de transmisso e ganho. As informaes transmitidas e recepcionadas pelas antenas sero apresentadas com maior riqueza de detalhes no prximo captulo, com destaque principal nos cabos irradiantes (cabos coaxais que atuam como antena).(MEDEIROS, 2006; MORIMOTO, 2009)

3.7 Rede Wireless Os trs sistemas wireless mais utilizados so os padres 802.11, WiMAX e os servios de celular 3g. (ROSS, 2009) A movimentao de dados em rede wireless envolve trs elementos independentes: sinais de rdio (ou ondas eletromagnticas), formato de dados e Camada de Rede. Em termos do modelo de referncia padro OSI, o sinal de rdio opera na camada fsica (representados pelos equipamentos transmissores e antenas) e os formatos de dados (link de dados) especificados na camada de enlace, controlam as vrias Camadas superiores. Na Camada de Rede esto includos os adaptadores da interface da rede wireless e as estaes de base rdio base que enviam e recebem sinais de rdio (ondas eletromagnticas). (ROSS, 2009)

50 3.7.1- Redes de dados wireless Cada tipo de rede de dados wireless opera em um conjunto especfico de freqncia de rdio. A maioria de redes wireless operam em banda especial de frequncia de rdio em torno de 2.4 GHz, o qual foi reservado em grande partes do mundo para servios de rdio com difuso de espectro ponto a ponto sem licena. Outros sistemas wireless usam uma banda sem licena diferente em torno de 5GHz. (ROSS, 2009) As propriedades de equipamentos utilizados nessas redes sem licenas, como, por exemplo, da potncia de transmisso e ganho da antena, devem estar de acordo com as regras estabelecidas pelos rgos pblicos responsveis pela telecomunicaes de cada pas. Este espectro sem licena pode ser utilizado por qualquer pessoa fsica.

3.7.2 Difuso de espectro As difuses de espectros so padres constitudos de mtodos para transmitir sinais de rdio. A difuso de espectro estabelece a forma pela qual o sinal transmitido. Difuso de espectro uma famlia de mtodos para transmitir um nico sinal de radio usando um segmento relativamente amplo do espectro de rdio. (ROSS, 2009) Existem vrios tipos diferentes de difuso de espectro de rdio. Dois deles so OFDM (Orthoginal Frequency Division Multiplexing) e o DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). A tecnologia OFDM divide o sinal de radio em pequenos

segmentos e salta de uma freqncia para outra muitas vezes por segundo quando tramite estes elementos. (ROSS, 2009) A tecnologia da difuso de espectro com sequncia direta (DSSS) que controla redes 802.11b usa uma sequncia Barker com 11 chips para difundir o sinal de rdio em um canal com largura de 22 MHz sem mudar as frequncias. (ROSS, 2009) No Quadro 3.2 abaixo esto representados os padres que utilizam essas difuses de espectro.

51 Quadro 3.2: Alguns padres 802.11 e modulaes Padro Frequncia 802.11a 5 GHz 802.11b 2.4 GHz 802.11g 2.4 GHzFonte: ROSS (2009)

Modulao OFDM DSSS OFDM

3.7.3- WiMAX (Worldwide Interoperability for Micriwave Acess) um mtodo de distribuio de dados wireless de banda larga em grande reas geogrficas. Os servios oferecidos em uma rede WiMAX (Worldwide Interoperability for Micriwave Acess) podem ser fornecidos dentro de um raio de 48 Km. (ROSS, 2009) As Redes WiMAX (Worldwide Interoperability for Micriwave Acess) podem utilizar uma ou mais estaes de base para fornecer o servio e os servidores de servio utilizam uma ou mais freqncias operacionais licenciadas em algum ponto entre 2 GHz e 11GHz. O link pode transmitir o sinal em at 70 Mbps, mas a maioria dos servios WinMax so mais lentas. Esta rede compete com os servios oferecidos pelas redes wireless 3g. (ROSS, 2009)

3.7.4 Cabo Irradiante O cabo irradiante ou cabo Radiaflex, como oficialmente conhecido, uma evoluo do cabo coaxial, cuja utilizao est direcionada transmisso de dados em ambientes wireless, isto , para propagao no ar. As peas que fazem parte da montagem do cabo so o conector, o pigtail, um anel de borracha denominado Oring e um termo contrtil. Para (TELECO, 2008) Embora recente e pouco difundido nas reas da tecnologia e

telecomunicaes, este tipo de cabo tem sido utilizado em aplicaes especficas, como: i. ii. Tneis rodovirios, ferrovirios, metrs e minas; Prdios corporativos, aeroportos, shopping centers, parques de exposio, etc; e

52 iii. Em veculos como: navios, plataformas martimas, trens, etc.

Quanto s especificaes bsicas do cabo irradiante utilizado no projeto, elas podem ser observadas a seguir: - Nome: RFS RADIAFLEX 1/2" RCF 12-50 JFN Cable, A-Series - Modelo: RCF12-50JFN - Fabricante: Radio Frequency Systems (RFS) - Faixa de operao: 30 MHz - 6 GHz - Perda no conector: - 5 dB - Atenuao: - 223 dB/km a 2.4 GHz - Alcance: 487 metros / 1.600 ps.

53

CAPTULO 4 - A MEDIO DAS POTNCIAS DE SINAL DE RECEPO

Neste projeto foram analisadas e comparadas amostras de medidas de sinais transmitidos por dois roteadores com diferentes potncias que utilizaram suas respectivas antenas de fbrica e cabos irradiantes em sua substituio. O sinal foi medido pelo equipamento receptor em alguns pontos do espao de circulao do sinal wireless desejado, no caso presente, de um ambiente indoor, localizado no 1 andar do Bloco 7 do UniCEUB. Os roteadores Wireless, no primeiro momento da medio, ficaram com suas antenas de fabrica originais. Para as fases seguintes, essas antenas foram substitudas pelo cabo irradiante de 2 metros de comprimento. O cabo irradiante foi posicionado tanto numa posio perpendicular ao solo, ou seja, na vertical, quanto numa posio paralela, isto , na horizontal. As medies foram sempre realizadas e registradas nos mesmos pontos do espao nos quais se deseja a circulao do sinal. O aparelho receptor que mediu o sinal nos diferentes pontos prestabelecidos tinha uma antena de recepo com uma concentrao ou ganho de potncia de sinal de 5 dBi e, tambm, um adaptador para adequar o sinal da rede e proporcionar uma melhor captao da potncia do sinal de recepo. As verificaes mais importantes foram aquelas nos pontos mais distantes do cabo irradiante. Considerando as medidas amostrais realizadas no experimento deste projeto e, principalmente a alterao do posicionamento dos cabos (que conseqentemente alteraram a forma de propagao do sinal e as potncias de recepo do sinal para os roteadores de cada rede), elas serviram para comparar os resultados e verificar qual configurao ofereceu o melhor desempenho de circulao do sinal dentro do espao planejado. As amostras experimentais deste projeto deveriam servir para demonstrar as vantagens da instalao e uso de cabos irradiantes em redes WLANs indoors na posio vertical para uma conseqente melhoria no alcance do sinal wireless.

54 As redes locais wireless foram montadas no interior do primeiro andar do prdio 5 do UniCEUB. As dimenses do andar e planta baixa do local onde foram realizadas as medies foram desenhadas no aplicativo Autocad que foi previamente instalado no notebook. A escolha do primeiro andar facilitou a observncia da distncia em cada ponto de medio do sinal entre o transmissor do sinal e o receptor e as divisrias que dificultam a circulao do sinal, permitindo calcular, em teoria, a potncia recebida pelo receptor em cada um dos pontos de medio, para uma posterior comparao com os valores medidos em campo. Desta forma, por meio da medio do campo, foi possvel verificar a qualidade do sinal impulsionado pelo roteador wireless e transmitido pelo cabo irradiante que faz parte da rede local wireless. Comparando as diferentes medidas da potncia do sinal de recepo de radio freqncia das ondas eletromagnticas das diversas configuraes dos roteadores, com antena e cabo irradiante, pode-se obter as concluses para servir de base para elaborao de redes de maior porte, ou seja, com maior nmero de equipamentos e usurios.

4.1 Topologia O propsito do projeto de medir as potncias de sinal de recepo numa rede local sem fio (wireless) quando se utiliza roteadores com suas antenas originais de fabrica, e quando estas antenas so substitudas por um cabo irradiante de 2 metros de comprimento. O escopo deste projeto pode ser observado na Figura 4.1 a seguir. Nela esto apresentados os principais componentes para a medio das potncias do sinal de recepo em diferentes pontos localizados no primeiro andar do Bloco 7 do UniCEUB, ou seja, os roteadores e suas antenas e cabo irradiante de transmisso que se comunicam com o notebook e sua antena de recepo.

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Figura 4.1 - Topologia bsica do projeto de medio de potncia de sinal recebido.Fonte: Do autor

Assim como a topologia do projeto, necessrio apresentar a planta-baixa do local aonde s medies foram realizadas, neste caso especfico, do primeiro andar do Bloco 7 do UniCEUB. Ela pode ser observada na Figura 4.2 abaixo:

Figura 4.2 - Planta baixa do Bloco 7 do UniCEUBFonte: Do autor.

56

Como metodologia de projeto adotaram-se os seguintes passos: Considerouse as especificaes de redes wireless nos padres 802.11 b e g, includos os dados de fabricante sobre potncia irradiada, atenuao, etc., assim como o uso de uma transmisso em rede funcional, num primeiro instante, com uma antena de 2.2 dBi, para os dois roteadores. Desta forma seria possvel realizar as medidas de campo para verificar a potncia do sinal de recepo. Ressalta-se que os pontos de medio das salas foram prximos ao meio e no caso do corredor, no meio do espao de circulao. Sendo a inteno do projeto medir a potncia do sinal de recepo com o uso do cabo irradiante, adotou-se a seguir as topologias de infraestrutura vertical e horizontal, e foram novamente realizadas as medies para poder verificar e comparar o funcionamento quanto recepo do sinal, isto , sua potncia. Para tanto foi feito o seguinte planejamento para realizar as medies: i) A verificao e medio do ambiente onde foram realizadas as medidas amostrais das redes wireless; ii) A configurao do roteador wireless IEEE 802.11b foi realizada por meio do notebook do projeto. Primeiro com a antena de 2.2 dBi, nos momentos posteriores, com o cabo radiante; iii) O cabo radiante comprado foi montado um conector SMA Reverso macho para conectar-se ao roteador. O conjunto foi acoplado a uma base de madeira para facilitar as medies do cabo nas posies vertical e horizontal; iv) O roteador wireless, que possui um conector SMA Reverso fmea foi, num segundo momento das medies, conectado ao cabo irradiante para a transmisso do sinal, tanto na vertical quanto na horizontal; v) O Notebook com o software de medio de potncia de recepo foi utilizado para medir amostras do sinal recebido; e vi) Fez-se a substituio do roteador wireless por outro com pelo menos uma propriedade fsica diferente, e padro IEEE 802.11g,

57 mantendo-se a antena de 2.2.dBi e repetidos os procedimentos de iii a v.

4.2 Ferramentas para o Trabalho das Medies No processo preparatrio para efetuar as medies de potncia de recepo do sinal em ambiente fechado, fez-se uso das seguintes ferramentas: - Fita mtrica, papel milimetrado e lapiseira: para medir e desenhar o primeiro andar do bloco 5, onde vai ser o local de circulao do sinal RF da rede wireless. - 2 Roteadores Wireless - Roteador 1 - Marca: OIWTECH, Modelo: OIW -2411APG. Faixa de Frequncia: 2.400 a 2.483 GHz. Potncia de transmisso do sinal: Para padro 802.11b de 26 dBm (400mW); Para padro 802.11g de 18 dBm (63mW). Antena fornecida de Fabrica: 5 dBi. Distncia prometida do fabricante: at 100 metros em ambientes indoor.

Figura 4.3 - Roteador OIW-2411APGFonte: DO AUTOR (2010)

58 - Roteador 2 - Marca: LEVEL ONE. Modelo: WBR- 6002. Faixa de Frequncia: 2.400 a 2.483 GHz. Potncia de transmisso do sinal: 18 dBm (63mW). Antena fornecida de Fabrica: 5 dBi. Distncia prometida do fabricante: No consta no Datasheet.

Figura 4.4 - Roteador WBR- 6002Fonte: DO AUTOR (2010)

- 2 metros de Cabo Irradiante

Figura 4.5 - Cabo irradianteFonte: Do autor

Figura 4.6 - Cabo irradiante abertoFonte: Do autor

- uma madeira de 2, 75 metros e 5 abraadeira de U 1/2 polegadas. A madeira ir manter reta o cabo radiante e as abraadeiras iro prender o cabo radiante na madeira.

Figura 4.7 - Madeira com cabo irradiante instaladoFonte: Do autor

59 - Um suporte de madeira para manter a instalao do cabo irradiante na posio vertical

Figura 4.8 Suporte de madeiraFonte: Do autor

Figura 4.9 Suporte de madeira:Fonte: Do autor

- Notebook Acer Aspire Modelo 5920 - Adaptador de rede wireless: Marca: TP-LINK. Modelo: TL-WN722N. Faixa de Frequncia: 2.400 a 2.483 GHz. Normas suportada: 802.11n, 802.11g, 802.11b. Sensibilidade do receptor (sem antena): 108 Megas: -68dBm. 54 Megas: -68dBm. 11 Megas: -85dBm . 6 Megas: -88dBm. 1 Mega: -90dBm. *Com 10% de perda cada (Observao: o adaptador se encontra instalado na porta USB do notebook). - Antena de recepo com ganho de potncia de recepo de 5dBi.

Figura 4.10 - Notebook Acer com adaptador de rede wireless e antena instalados.Fonte: Do autor (2010)

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- Network Stumbler um programa beggarware, ou seja, livre, mas no open source. Embora tenham pedido uma doao de $ 50,00 para usurios comerciais e governamentais a ltima verso, a qual a 0.40, esta disponvel para download no site www.netstumbler.com. Medidas principais que o software realiza: Intensidade do Sinal (Signal+) em dBm. Intensidade do Ruido (Signal-) em dBm. Taxa de Sinal/Ruido (SNR+) em dBm. *O software apresenta grfico para verificar a variao do sinal dentro da rea de circulao do sinal da rede, possibilitando o teste de diferentes combinaes de antenas, posicionamento do roteador wireless, potncia recebida e assim por diante. - Microsoft Excel e AUTOCAD instalado no notebook. No Excel registrar os principais dados de medida da potncia de transmisso terica e pratica ajudando a organizar os dados. No AUTOCAD ser desenhado o ambiente de propagao com propores de medidas do ambiente e identificando a distancia de medida entre o receptor e o transmissor.

4.3 Preparativos para os clculos de medio O ambiente de circulao do sinal foi medido na primeira fase do projeto com fita mtrica e desenhado em papel milimetrado, onde, por proporo, foram organizadas as medidas para definir os pontos onde realizar as medies das amostras da potncia do sinal de recepo. Com base no desenho final em papel milimetrado foi preparada uma verso virtual deste espao no notebook com o auxlio do aplicativo auto CAD, apresentado a seguir.

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Figura 4.11 - Planta baixa do Bloco 7 do UniCEUB com os pontos de medioFonte: Do autor

Os roteadores wireless foram configurados por meio do notebook utilizado no projeto. Foram criadas duas (ou trs) redes wireless com cada um dos roteadores. As redes foram denominadas 1A; 1B; 2A e 2B, onde a terminao A corresponde ao uso da antena original de fbrica e a terminao B ao uso do cabo radiante. Apresenta-se a seguir nas Figuras 4.12 e 4.13 as