q
A potência mínima do sinal recebido para que seja corretamente decodifi cado. 1 Varia com a taxa de transmissão, por causa da diferente robustez das técnicas de
modulação empregadas. 1 Também é especifi cada em dBm.
Ca pí tu lo 7 - P ro pa ga çã o e e nl ac es d e r ád io
Uma das especifi cações importantes de um rádio Wi-Fi é a sua sensibilidade. Ela determina a potência mínima a qual um quadro deve ser recebido para que possa ser corretamente decodifi cado. A sensibilidade depende da técnica de modulação usada para transmitir o quadro e, por conseguinte, da taxa a que foi transmitido.
Exemplos de sensibilidade para as diversas taxas usadas nas PHYs “a”, “b” e “g” podem ser vistos na tabela 7.1. São apenas valores de referência e variam em função de modelo e fabricante. Além disso, a sensibilidade é pior para as PHYs que utilizam canais mais largos. Isso porque um canal de 40 MHz vai receber o dobro do ruído médio de um canal de 20 MHz. Nas taxas mais altas oferecidas pelo IEEE 802.11ac, em canais de 160 MHz de largura, por exemplo, sensibilidades da ordem de -60 dBm são comuns. Isso quer dizer que o sinal precisa ser 1.000 vezes mais forte (30 dB) do que o necessário para um rádio IEEE 802.11g operando a 6 Mb/s (sensibilidade típica de -90 dBm).
IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g
Taxa Sensibilidade Taxa Sensibilidade Taxa Sensibilidade
6 Mb/s -87 dBm 1 Mb/s -94 dBm 6 Mb/s -90 dBm 9 Mb/s -87 dBm 2 Mb/s -91 dBm 9 Mb/s -84 dBm 12 Mb/s -85 dBm 5.5 Mb/s -89 dBm 12 Mb/s -82 dBm 18 Mb/s -84 dBm 11 Mb/s -85 dBm 18 Mb/s -80 dBm 24 Mb/s -81 dBm 24 Mb/s -77 dBm 36 Mb/s -78 dBm 36 Mb/s -73 dBm 48 Mb/s -73 dBm 48 Mb/s -72 dBm 54 Mb/s -72 dBm 54 Mb/s -72 dBm
Relação Sinal-Ruído, SNR
q
1 A correta decodifi cação depende, além da sensibilidade, da relação sinal-ruído – ou SNR. 2 Uma medida da razão entre a potência do sinal (PSINAL) e a potência do ruído na
recepção (PRUÍDO).
2 SNR é expressa em dB. Quando maior, melhor. 3 SNR (dB) = 10 log10 (PSINAL/PRUÍDO).
1 Um sinal pode ser recebido com potência acima da sensibilidade, mas se o ruído for também alto, a SNR pode ser baixa e o quadro será irrecuperável.
1 Nível de ruído:
2 O ruído termal é inevitável.
2 Segundo a física, o ruído termal mínimo em um canal depende da largura de banda:
3 -101 dBm para canais de 20 MHz.
3 Adicione 3dB para cada vez que dobrar a banda do canal (- 98 dBm para 40 MHz, -95 dBm para 80 MHz, e assim por diante).
2 Redes distantes e outras fontes de poluição espectral também contribuem para o nível de ruído.
3 Principalmente em ambientes urbanos.
Tabela 7.1 Sensibilidade de rádios em função da taxa de transmissão para as PHYs “a”, “b” e “g”. Dados fornecidos pela Cisco para a família de pontos de acesso Aironet Série 1200. Outras marcas e modelos podem apresentar sensibilidades diferentes.
Te cn ol og ia s d e R ed es s em F io
A correta decodifi cação de um quadro não depende apenas da potência com a qual o sinal é recebido. É preciso levar em consideração também um importante parâmetro chamado de relação sinal ruído – ou SNR (do inglês, Signal-to-Noise Ratio). A SNR é uma medida da razão entre a potência do sinal e a potência do ruído no receptor e também é expressa quase sempre de forma logarítmica, em dB.
Uma SNR de 3 dB, por exemplo, equivale a um sinal duas vezes mais forte do que o ruído. A SNR mínima também depende da modulação utilizada. A tabela 7.2 apresenta uma reco- mendação bastante geral sobre os níveis de SNR necessários para a boa operação em redes Wi-Fi. Em geral, um enlace com SNR superior a 25 dB será sufi ciente para suportar enlaces de boa qualidade. Uma SNR inferior a 10 dB poderá ser insufi ciente mesmo para as taxas de transmissão mais robustas (e lentas).
SNR Qualidade
> 25 dB Muito bom. Estação se mantém sempre associada.
Entre 15 e 25 dB Bom. Mínimo recomendado.
Entre 10 e 15 dB Regular. Enlace marginal, associação instável.
< 10 dB Ruim. Enlace provavelmente inviável.
Observe, no entanto, que os números fornecidos para sensibilidade (tabela 7.1) e, principal- mente, os de SNR (tabela 7.2) são aproximados e devem ser usados apenas para fornecer um balizador inicial. Além disso, taxas mais baixas são mais resistentes ao ruído e operam bem mesmo com uma SNR menor, como 10 dB.
Quanto ao nível de ruído típico em redes Wi-Fi, segundo a física, o ruído termal em um canal de 20 MHz é de -101 dBm. O ruído termal é inevitável e, como é proporcional à largura de banda, vai dobrar (ou seja, crescer em 3 dB) a cada vez que dobramos a banda. Assim, em canais de 160 MHz de largura, por exemplo, vai atingir -92 dBm (-101 +3 +3 +3). Note que para alcançar uma relação sinal ruído de 25 dB, o sinal deverá ser recebido com potência superior a -67 dBm.
Além disso, outras fontes, como redes Wi-Fi distantes e dispositivos emitentes na mesma frequência, poderão contribuir para um aumento do nível de ruído, demandando sinais mais potentes. Essas componentes adicionais de ruído são mais importantes nos ambientes urbanos, onde a poluição espectral tende a ser maior. Em resumo, o sinal recebido deve estar acima da sensibilidade do rádio e também apresentar boa SNR para aquela taxa de transmissão.
Propagação
q
Ao se propagar, um sinal é fortemente atenuado: 1 Diversas ordens de grandeza.
1 Motivo 1: dispersão da energia no espaço.
1 Motivo 2: absorção da energia por partículas e obstáculos. Para prever a atenuação sofrida, existem modelos de propagação. 1 São geralmente complexos, com muitos parâmetros.
3 Típicos: frequência, distância e altura das antenas. 3 Outros relacionados à vegetação, rugosidade do solo etc.
Tabela 7.2 Relação Sinal Ruído (SNR) e qualidade do enlace (adaptado de um estudo da consultoria americana Wireless Net).
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Como dissemos, um quadro transmitido em uma rede Wi-Fi pode ser atenuado em até 1 bilhão de vezes ou mais, ou seja, sua potência pode ser reduzida em um fator superior 109. Apren-
demos também que, em escala logarítmica, isso equivale a uma atenuação de 90 dB. Agora, é chegado o momento de entender as causas de uma redução tão signifi cativa na potência. Essa redução, que chamaremos de atenuação do sinal, se deve principalmente à dispersão do sinal no espaço e à absorção de parte de sua energia pelas partículas e materiais inter- postos entre o transmissor e o receptor.
Existem diversos modelos matemáticos que tentam prever o quanto um sinal propagado será atenuado. Muitos desses modelos de propagação, como são chamados, são bastante complexos e otimizados para um determinado cenário. Por exemplo, alguns modelos de propagação podem ser adequados para prever a atenuação em ambientes urbanos densamente povoados, com muitos prédios altos. Outros podem ser mais adequados para cenários rurais.
Os parâmetros de entrada desses modelos variam, mas, tipicamente, incluem a frequência de operação, a distância entre transmissor e receptor, e a altura a que estão instaladas as antenas. Outros parâmetros podem ser específi cos de um determinado modelo e tentam capturar características como a quantidade de vegetação ou a rugosidade do solo na região entre o transmissor e o receptor.
Para se ter uma ideia sobre a diversidade dos modelos, mesmo quando pensamos apenas em ambientes urbanos, o modelo que funciona bem para prever a comunicação entre dispo- sitivos no nível da rua pode não ser adequado para prever o comportamento de dispositivos instalados nos telhados. Da mesma forma, modelos para ambientes internos e distâncias curtas não costumam funcionar bem em ambientes externos ou em distâncias maiores. E modelos para frequência de GHz podem ser insatisfatórios para entender a propagação de sinais de baixa frequência, como kHz.
De toda forma, qualquer modelo de propagação vai apenas fornecer uma medida aproxi- mada da atenuação sofrida por um sinal de rádio. Uma metodologia que provê um resultado satisfatório, sem incorrer em modelos altamente paramétricos e complexos, é o chamado modelo de propagação no espaço livre.