WLAN
Basi tecniche

Versione: 0.3
Data: Feb. 2003
Autore: Ekkehard Plicht, Wimo Antennen und Elektronik GmbH

Questa overview spiega la parte radio delle WiFi/WLAN e cosa considerare quando si connette un'antenna esterna.

Introduzione

"Le onde radio e l'amore viaggiano in un modo strano" - e' un ben conosciuto detto nel mondo della radio.Poiche' moltissime persone si interessano di wireless LANs, ecco qui' alcuni argomenti pratici per coloro che vogliono capire un po' di piu'.

Le "strae vie" sono vere, specialmente alle frequenze molto alte che sono usate nelle wireless LANs (2.4 e 5 GHz). In questo campo di frequenze la propagazione delle onde radio anche con piccoli cambiamenti della posizione dell'antenna o se incontrano ostacoli lungo il loro percorso. Ostacolo puo' essere qualunqhe cosa , da un radiatore metallico ,ad una pianta nel vaso (ben umida) allo chassis del PC stesso. In modo particolare costituiscono ostacolo gli oggetti metallici , e cosi' qualunque oggetto largo o spesso di qualche cm di spessore ,anche se non conduttivo (..mura etc.). Il risultato e' che la connessione e' ok a pochi metri dall'access point, ma oltre e' persa.

Per capire la forte influenza degli ogggetti circostanti , si deve considerare la lunghezza d'onda della frequenza usata: e' approssimativamente 13cm alla frequenza di 2.4GHz e 6cm per i 5GHz. Cio' significa in generale ogni oggetto delle dimensioni uguali o maggiori della lunghezza d'onda puo' essere di ostacolo e fa modificare il comportamento dell'antenna.
ma anche gli oggetti piu' piccoli possono rappresentare ostacolo o inconveniente :le molecole d'acqua tendono a reagire fortemente alle frequenze radio a 2.4GHz, questo e' il motivo per cui questa e' la frequenza usata nei forni a microonde. Nel caso delle WLAN cio' significa che ogni precipitazione come pioggia , neve, nebbia etc. puo'rappresentare un serio problema per le comunicazioni , come perlatro altri oggetti contenenti acqua : il corpo umano, le piante, gli alberi e cosi' via.

Un altro fattore 'caldo'(caldo..per le comunicazioni) puo' essere la riflesione. Le onde radio sono riflesse da alcune superfici cosi' come uno specchio riflette la luce (che e'(semplificando) proprio un'altra forma di onda radio, ma con una lunghezza d'onda molto piu' corta).In tale situazione i picchi e le creste delle onde possono combinarsi in modo tale da annullarsi l'un l'altra. Questo processo e' chiamato 'interferenza'.Puo' essere che tu lo conosca dai fenomeni di ricezione della tua radio in FM in macchina. Ti fermi ad un semaforo, e la ricezione della stazione che stai ascoltando diventa particolarmente cattiva.Basta lasciare il freno e la frizione e fare pochi centimetri che la ricezione improvvisamente migliora.
Ma le riflessioni possono anche servire a buon fine. In qualche caso , quando la distanza tra gli oggetti comunicanti non e' in linea di vista puo' capitare che una costruzione puo' agire come un riflettore passivo.Le grandi costruzioni con una superficie liscia si prestano a cio'.

Un altro annoso fenomeno legato alla riflessione e' la rotazione del piano di polarizzazione. A causa della riflessione puo' succedere che la polarizzazione cmabi da verticale a una di tipo non ben definito. Cosi' puo' essere utile ribaltare l'altra antenna.
Per superare i problemi dovuti alla riflessione nei collegamenti punto a punto si possono usare sistemi di antenne con polarizzazione circolare.L'antenna elicolidale e' quello che ci vuole in tali casi.cosi come alcuni tii di radiatori usati nelle antenne paraboliche a disco.. Cosi se pensi che ci sia una insospettata rotazione della polarizzazione , prova antenne a polarizzazione circolare.

Alcuni materiali sono praticamente impenetrabili dalle onde radio. Semplificando: piu' l'oggetto risulta conduttore elettrico peggiori sono le sue caratteristiche di propagare al suo interno le onde radio.Questo e' un grande problema, specialmente negli interni: le mura e i soffitti hanno un grande effetto di attenuazione per le onde radio. Una connessione puo' coprire oltre 20 mt. in una vecchia costruzione ma non in un palazzo dove il cemento e' rinforzato da parecchi tondini di ferro.
In tali casi e' molto meglio installare l'antenna vicino alle scale per permettere alle onde radio di propagarsi tra i vari piani. Puo' anche essere utile una piccola antenna direzionale , ma cio' richiede delle sperimentazioni apposite.E' molto difficile prevedere se il link puo' funzionare o no senza fare prove sperimentali.

Per concludere: A causa della lunghezza d'onda molto piccola , tanti fattori ambientali possono influenzare la propagazione delle onde. Un sistema che puo' lavorare bene in un determinato ambiente , non e' detto che lo sia anche in un altro simile. E' inpossibile prevedere con sicurezza matematica quale antenna puo' lavorare meglio in un ambiente , almeno senza ulteriori dettagli ed analisi della situazione locale.

Tipi d'antenna

Le antenne sosno sostanzialemente di due tipologie: con o senza radiazione direzionale. Un'antenna omnidirezionale puo' essere paragonata ad una candela ,un'antenna direzionale come al faro di una macchina o lo stretto fascio di un flash.
Il guadagno di un'antenna e' semplicemente il fattore che indicaa quanto piu' l'energia irradiata dall'antenna e' indirizzata in una certa direzione.

Antenne omnidirezionali

La usuali antenne , fornite con le PCI boards o gli accesspoints, sono generalmente antenne omnidirezionali. L'energia e' irradiata piu' o meno in parti uguali in tutte le direzioni(l' antenna e' in posizione superiore ). Normalmente queste antenne non hanno uno specifico guadagno se paragonate alle antenne standard, perche' non sono altro di piu'che : un dipolo. Alcune antenne omnidirezionali hanno molto guadagno ,cio' si ottiene riducendo la radiazione nella parte alta e bassa dell'antenna , affasciando l'energia opportunamente(vedi i disegni).

Pe aree piu' vaste(interne o esterne) come hotel foyers, yards etc. la antenne omnidirezionali possono rappresentare un'ottima soluzione se sono poste nel centro dell'area da illuminare. Queste antenne sono solitamente montate su un muro o su un mast , e sono connesse con un cavo all'accesspoint.
Le antenne omnidirezionali radiano l'energia praticamente in tutte le direzioni,come la propagazione di un'antenna ideale che e'simile alla forma di una sfera. Piu' l'antenna omnidirezionale ha guadagno , meno energia e' irradiata sopra e sotto e piu' invece sui fianchi dell'antenna verticale.Cio' puo' essere visto come un fascio perpendicolare all'antenna verticale e minore radiazione negli angoli bassi e alti rispetto alla perpendicolare dell'antenna.

Antenna omnidirezionale ideale con radiazione sferica

Antenna reale omnidirezionale con lobo appiattito

Antenna reale omnidirezionale con maggior guadagno e lobo ancor maggiormente appiattito.

Antenne direzionali

Le antenne direzionali orientano l'energia in alcune direzioni preferenziali. In una visione ideale tutta l'energia sarebbe diretta nella direzione voluta, ma, poiche' il mondo non e' perfetto , cosi' una piccola parte di energia e' irradiata di dietro e sui fianchi.
Il guadagno di un'antenna direzionale e' ottenuto semplicemente orientando piu' possibile energia nella voluta direzione. Cosi' c'e un piccolo tranello: o alto guadagno (e lobi piu'profondi) in una piccola area , o meno guadagno in un'area piu' vasta. Valori possibili di guadagno vanno dai 5 a piu di 20dBi.Un altro parametro da tenere in considerazione e' il cosi' detto "ampiezza del fascio a meta' potenza" (HPBW), che e' l'angolo in gradi in cui il segnale e' presente a meta' del suo valore massimo. Solitamente quel'angolo sottintende l'area dove e' possibile una buona comunicazione.
Il problema in presenza di antenne molto direzionali e' quella di alllineare correttamente l'antenna dalll'alto lato. Specialmente con antenne a disco con piccolo HPBW questo potrebbe essere un problema da non sottovalutare.Il migliore approccio e' quello di verificare su una mappa ad alta risoluzione ,considerando la direzione del fascio, usare un compasso per allineare l'antenna in quella direzione e quind ottimizzare con dei piccoli movimenti monitorando l'intensita' del segnale dall'altra parte del collegamento. Un collegamento vocale(due radio, o cellualri)e' ovviamente raccomandato per seguire questa procedura. Ci vorra' almeno mezza giornata per allineare due antenne in un link a lunga distanza.
Antenne direzionali sono disponibili sia per interni che per esterni (le ultime sono a prova d'acqua).

Antenne a settore

La antenne a settore sono una tipologia specifica delle antenne direzionali con un valore maggiore di HPBW.Cio' e' utile per coprire larghe aree viste da un angolo, es. aree aperte, supermarket, grandi halls etc. L'alto guadagno di queste antenne e' ottenuto cercando di ottenere un affilato fascio di radiazione dell'asse verticale , un HPBW da 10 a 20 gradi e' tipico di queste antenne.

Cavi e attenuazione

Regola empirica: piu' fino il cavo e' , piu' alta e' l'attenuazione. Sebbene l'alta flessibilita' dei cavi sottili sia una buona cosa , non cosi' la loro attenuazione.L'attenuazione dei cavi si musura in dB/100m. Piu' alta 'e l'attenuazione , piu' energia e' persa nel cavo. L'attenuazione agisce in entrambe le direzioni , per i segnali trasmessi e per quelli ricevuti.

C'e' solo un modo per limitare l'attenuazione : usare cavi piu' spessi, cio' lo insegna la fisica. Ma..i cavi spessi possono essere facilemnte installati sulle antenne fisse sul mast , ma sono molto rigidi e spesso non possono essere usati per connettere un piccolo notebook o altri dipositivi wireless. Sarebbe come dire addio alla mobilita'del dispositivo.

Per superare questo problema sono usate delle particolari prolunghe chiamate "pigtails" ( coda a riccio di maiale ).I pigtails sono corti , flessibili, di cavo sottile ,lunghi solitamente dai 20 ai 30cm , che connettono il cavo piu' spesso al dispositivo wireless. Questo introduce piu' attenuazione ,ma e' l'unico modo. O attacchi direttamente il tuo dispositivo wireless al cavo e avrai la rigidita' di un manicotto d'acqua. ..
Un'altro problema e' che il connettore piccolo , che generalmente hanno i dispositivi wireless (APs, routers, PCI cards) non e' adattabile ai cavi piu' spessi. Cosi' i pigtails adattano i piccoli con i gorssi connettori. I comuni cavi si trovano sotto la sezione "Consigli pratici".

Adattatori per connettori e piu' attenuazione

Molti costruttori di WiFi/WLAN usano connettori molto comuni per i loro dispositivi. La ragione di cio' sono le regolamentazioni US FCC, che suggerisce ai costruttori di usare connettori non comuni per evitare che gli utenti usino antenne ad alto guadagno , al fine di proteggere lo spettro dalle emissioni illegali... Cosi' alla fine devi sapere che connettore usa il tuo dispositivo WiFi/WLAN. Ciononostante la maggior parte dei connettori usati nel campo del wireless sono ben conosciuti,comunque in caso di dubio puoi contattarci.Se hai una foto ben riuscita del connettore siamo in grado sicuramente di identificarlo.

Con alcuni tipi di connettori e' utile l'uso di adattatori , ma e' regola generale evitarne il piu' possibile l'uso. Essi introducono infatti una sensibile attenuazione. Per un connettore professionale ove si calcoli un'attenuazione di 0.2 dB , ogni adattatore attenua circa 0.4dB. Se non fosse disponibile l'adattatore per il tuo tipo di connettore , siamo in grado di costruire un pigtail per le tue necessita'.
Non sono disponibili tutti i tipi di connettori per tutti i tipi di cavi. I piu' comuni connettori nel campo delle WiFi/WLAN sono generalemnte disponibili per i cavi sottili.

Non c'e soluzione - il connettore MC Card non si adatta al cavo Ecoflex-15 credeteci...

I connettori coassiali sono inoltre differenziati dal modo con cui sono intestati al cavo.Il conduttore interno e' solitamente saldato,il conduttore esterno (schermo) o saldato o crimpato. Per il crimpaggio sono richiesti particolari tools , che sono anche proposti dalla WiMo. Il crimpaggio e' considerata la tecnica migliore e piu' affidabile , la sua resa e' migliore della saldatura ( se fatta da persone competenti).
Quando si applica un connettore al cavo , usare molta attenzione e cura. Un connettore male intestato introduce una forte attenuazione ed essere causa di notevoli malfunzionamenti. Se non lo hai mai fatto , acquista uno o due connottori di ricambio. Oppure usa il nostro servizio cavi , noi possiamo assiemare per te qualunque cavo ad un prezzo ragionevole.
I tipi piu' comuni di connettori sono riportati di seguito(Consigli pretici).

Consigli pratici

Antenne interne

Goal: raggiungere una migliore copertura dell'area interna.

• Usare un'antenna di alto guadagno
• Staccare l'antenna dal dispositivo e usare un cavo di collegamento
• Montare l'antenna in una posizione idonea. Usare un rack di legno possibilmente , lontano dalle mura e dagli oggetti metallici
• Installare l'antenna al centro dell'area da coprire

• Usare piu'access points nella tua LAN,e distribuiscili strategicamente
• Attaccare piu' di un'antenna a ogni AP,e distribuiscili strategicamente
• Usare antenne direzionali per illuminare le singole aree

Consigli pratici

Antenne per esterni

• Assicuratevi che l'antenna sia adatta per uso esterno( a prova delle condizioni ambientali esterne e dei raggi UV )
• Usate antenne omni o direzionali , a seconda dell'uso che ne intendete fare
• Installatela su un mast o a muro(WiMo propone degli assiemi per montaggio a muro). Per piccole antenne puo' essere sufficiente una piccola staffa
• Le antenne da esterno di solito hanno una polarizzazione fissa orizzontale o verticale. Non importa quale si usi ,assicuratevi solo che le antenne da entrambi i lati del link abbiano la stessa polarizzazione.Se pensate ci possano essere rotazioni non volute del piano di polarizzazione,provate antenne a polarizzazione circolare (Helix).
• Non dimenticate di installare i dispositivi protezione da fulmini, noi ne proponiamo diversi tipi.

Consigli pratici

Cavi

• Usare cavi con lunghezze piu' corte possibili onde evitare sensibili attenuazioni
• Fate i cavi lunghi quanto basta e lasciate un po' di margine. Cercare di non fare prolunghe ma di usare un cavo solo dall'inizio alla fine.
• Per cavi fino a 3m. di lunghezza , possono andare bene anche i cavi fini come RG-316 e RG-58. Per cavi fino a 8m usare H-155 o altri cavi a bassa perdita (Aircom+, Ecoflex-10, Ecoflex-15). Per cavi fino a 20m o piu' molto dipende dal tipo di antenna antenna usata. In casi estremi usare un amplificatore (gli amplificatori in ricezione solo legali,nessun problema. Gli amplificatori in trasmisssione(boosters) sono legali solo se ooservano precisi parametri).
• Non piegare i cavi troppo ad angolo. Molti cavi coassiali hanno a specifica un massimo angolo di piegatura. Diversamente il cavo si danneggia facilmente e deve essere sostituito.
• Maneggiare il cavo con cura. Non e' una linea elettrica a 240V !
• Stendere il cavo in una posizione sicura ,sicche' nessuno puo' inciampare e rovinare il tuo noteboook.
• Non fare prolunghe ai cavi. Se hai un cavo troppo corto la prolunga non e' la soluzione migliore a causa delle forti attenuazioni dei connettori. Sostituisci il cavo piu' corto con un altro piu' lungo.
• I cavi usati nei sistemi WiFi/WLAN hanno 50Ω di impedenza. E cosi' i connettori e le antenne. Non usare i cavi di discesa della parabola per satellite o della tv : hanno una diversa impedenza.

Quale cavo devo usare ?

• RG-316: un cavo molto fine e flessibile, usato per i pigtails e che non superi i 2-3m. Il solo cavo disponibile per la piccola Lucent (MC Card) e per i connettori MMCX ma anche per gli altri tipi e'l' RG-316.
• RG-58: Questo cavo per lunghezze fino a 3m, in qualche caso anche maggiori, a seconda del guadagno d'antenna. I connettori piccoli come quelli Lucent (MC Card) e MMCX non si possono connettere a questo cavo.
• H-155: Cavo a bassa perdita, solo leggermente piu' spesso dell'RG-58, ma con una attenuazione solo di un terzo. Adatta per prolunghe SMA fino a 8m, a sseconda del guadagno d'antenna.
• Ecoflex-10: Eccellente cavo a bassa perdita di 10mmm. di diametro, ancora sufficientemente flessibile da essere steso in spazi stretti.Adatto per lunghezze fino a 10m o maggiori, a seconda del guadagno dell'antenna. Possibili connettori sono gli N o i Reverse TNC. Usare gli adattamenti a pigtail per connettori piu' piccoli(SMA etc.).
• Aircom+: Cavo a bassa perdita molto buono, lo stesso diametro esterno dell'Ecoflex-10, ma ancora minore attenuazione. Meno flessibile a causa del rigido conduttore interno , adatto solo per installazioni fisse.Per lunghezze fino a 15-20m , e in funzione del guadagno d'antenna. Usare connettori N , e se necessario , adattatori a pigtails.
• Ecoflex-15: Un altro eccellente cavo a bassa perdita ,con diametro esterno di 15mm. Ancor minor attenuazione dell'Aircom+, per lungehzze fino a 20m e piu',a seconda del guadagno dell'antenna. Per questo cavo usare connettori N.

Consigli pratici

Connettori

• Identificare il tipo di connettore del tuo dispositivo wireless. In caso di dubbio puoi chiedere a noi. Molti connettori sembrano simili,ma essi non sono reciprocamente compatibili,anche se cerchi di forzarli.
• Assiemare il connettore al cavo solo se sei assolutamente certo. In caso di dubbio chiedi alla WiMo di fornirti un cavo specifico per le tue necessita'. Noi controlliamo ogni cavo costruito.
• Montare i connettori seguendo attentamente le istruzioni o come fa la WiMo. Un connetttore montato erroneamente puo' rendere inutilizzabile l'intero sistema e poi e' molto difficile individuare le cause di malfunzionamento.
• Se un connettore deve essere usato all'esterno,renderlo stagno usando l'apposito autoadesivo. I connettori N se correttamente montati sono stagni , ma usa l'autoadesivo comunque per sicurezza.
• Non forzare i connettori. Specialmente i tipi piccoli non lo sopportano.Inoltre evitare di trattare con liquidi aggressivi come Coke etc.

Che tipo di connettore devo usare?

• Lucent(Orinoco): questo connettore e' ufficialmente chiamato "MC Card connector".E' un connettore molto piccolo solitamente si trova sulle PCMCIA cards.Il solo cavo adatto e' l'RG-316 e l' RG-174.
• MMCX (Microminiature Coaxial Connector, MMCX, da non confondersi con l' "MCX"): Connettore molto piccolo,simile al tipo MC Card type, usato solo nelle PCMCIA cards o per connessioni interne. Il solo cavo adatto e' l'RG-316 o l' RG-174.
• SMA: Piccolo connettore, i tipi a polarita' inversa sono i maggiormente usati nei sistemi WiFi/WLAN. Disponibili per i cavi RG-316, RG-58 e H-155.
  Attenzione: questo connettore e' usato e cosi' chiamato a polarita' inversa (reverse polarity) nei dispositivi WiFi/WLAN. Polarita' inversa (Reverse polarity) significa che il conduttore centrale e' invertito (reversed): dove ti saresti aspettato un pin maschio troverai un jack femmina e vice versa. Usualmente chiamati RP-SMA o Reverse-SMA. Noi usiamo i connettori Reverse-SMA per molti tipi di cavi, cosi' come i normali connettori SMA.
  
  
  
  

  	Conduttore esterno	Conduttore interno
  Normal plug:	dado con filetto interno	pin maschio
  Normal jack:	filetto esterno	jack femmina
  Reverse plug:	dado con filetto interno	jack femmina
  Reverse jack:	Outer thread	pin maschio

  ecco cio' che puoi trovare sulla maggior parte dei router Netgear , su quasi tutte le PCI card c'e' un jack Reverse-SMA jack. Il cavo richiede un plug Reverse-SMA .
  
  
  

  SMA jack, in vista la polarita' diretta e inversa (ca. 200kb)

  SMA plug, in vista la polarita' diretta e inversa (ca. 200kb)

• TNC: Connettori leggermente piu' grandi, si trovano in alcuni dispositivi WiFi/WLAN , la maggior parte accesspoints e routers. Adatti per cavi tipo RG-316, RG-174, RG-58, H-155, Aircom+ e Ecoflex-15.
  Attenzione: i TNC hanno anche polarita' inversa , e sono usati nei dispositivi WiFi/WLAN. Vedi sopra per quanto riguarda i connettori reverse SMA per quanto riguarda la definizione di "Normale" e reverse".
• BNC: Connettori di tipo ancor piu' grande , raramente usati nei dispositivi WiFi/WLAN. Adatti per qualunque cavo. Disponibili anche in tipo 'reverse'(vedi sopra).
• N: Il connettore per installazioni professionali, in pratica tutte le antenne da esterno usano questo tipo. Adatto per quasi tutti i tipi di cavi.