WLAN
Bases techniques

Version: 0.3
Date: Feb. 2003
Auteur: Ekkehard Plicht, Wimo Antennen und Elektronik GmbH

Cette vue générale explique la partie radio des réseaux WiFi/WLAN et ce qu'il faut prendre en considération lorsque l'on raccorde des antennes extérieures.

Introduction

"Les ondes radio et l'amour suivent d'étranges chemins" - est un proverbe bien connu dans le monde radio. Depuis de plus en plus d'utilisateurs de données se servent de réseaux LAN à transmission sans fil , voici un peu d'aide et des conseils pratiques pour ceux qui veulent comprendre un peu plus

Les "chemins étranges" sont valides, spécialement aux très hautes fréquences qui sont utilisées dans les réseaux sans fils (2.4 et 5 GHz). Dans cette gamme de fréquence, la propagation des ondes radio change même avec de petites modifications de position des antennes ou avec des obstacles sur le chemin. Les obstacles peuvent être n'importe quoi, depuis un radiateur de chauffage métallique, à une plante en pot (bien humide) au coffret du PC lui-même.Spécialement les objets métalliques sont un gros obstacle, ainsi que n'importe quoi de grand ou plus épais que quelques cm, même non conducteur (murs etc.). Le résultat est que généralement la connection est ok dans les quelques mètres autour du point d'accès, mais au dela rien ne fonctionne.

Pour comprendre l'influence importante d'objets avoisinant, il faut considérer la longueur d'onde des fréquences utilisées: c'est environ. 13cm pour les fréquences de 2.4GHz et 6cm pour celles de 5GHz.En général cela signifie que tout objet conducteur proche de cette dimension ou plus grand peut devenir un obstacle qui change le comportement de l'antenne.
Mais quelque fois des objet plus petits sont problématiques: Les molécules d'eau tendent à réagir fortement aux fréquences radio de 2.4GHz, c'est pourquoi cette bande de fréquence est utilisée dans les four à micro ondes. Dans le cas du WLAN cela signifie que n'importe quel phénomène météo comme brouillard, pluie, neige etc. peut devenir un problème et interrompre les communications, il en est de même pour d'autres objets contenant de l'eau: corps humain, plantes, arbres etc. Donc vous devez peut être vous poser des questions un peu plus profondémment avant de vous précipiter sur ce téléchargement urgent...

Un autre facteur nocif (nocif pour la communication) sont les réflexions. Les ondes radio sont réfléchies par des surfaces un peu comme un mirroir réfléchit la lumière (qui est (plus simplement) juste une autre forme d'onde radio, de longueur d'onde beaucoup plus courte). Dans de telles situation les creux et les crètes d'ondes peuvent se chevaucher de façon telle qu'elle s'annulent. Ce processus s'appelle interférence. Vous le connaissez peut être en radiodiffusion FM dans votre voiture. Vous vous arrétez au feu, la réception de la station que vous écoutez est très mauvaise. Juste après avoir laché le frein et roulé quelques cm la réception augmente soudainement - vous ètes sortit d'une zone d'interférence.
Mais les réflexions peuvent tout aussi bien être bénéfiques. Dans certains cas ou la liaison attendue ne dispose pas d'une portée optique, il peut devenir possible qu'un immeuble voisin fonctionne en réflecteur passif. Les grands immeubles avec une surface lisse conviennent très bien, et bien sur la ligne de vue (LOS) doit être libre a chaque extrémité de la liaison vers cet immeuble.

Un autre phénomène génant avec les réflexions est la rotation du plan de polarisation. A cause de la réflexion la polarisation est modifiée de (peut être) verticale vers quelque chose d'indéfini, arrivant sur l'autre antenne verticale. Incliner un petit peu l'autre antenne pourrait être utile.
Pour surmonter les problèmes de réflexion sur des liaisons point à point on peut utiliser des antennes qui ne fournissent pas de polarisation linéaire (verticale, horizontale) mais une polarisation circulaire. L'antenne Helix est un tel appareil, ainsi que certains radiateurs utilisés sur les antennes paraboliques. Donc si vous suspectez une rotation non désirée du plan de polarisation, essayez des antennes en polarisation circulaire.

Quelques matériaux sont pratiquement impénétrables par les aondes radio. Pour simplifier: plus un objet conduit le courant électrique moins les ondes radio se propagerons à travers cet objet. C'est un gros problème, spécialement en intérieur: murs et plafonds sont d'excellents atténuateurs pour les ondes radio. Une connection pourait fonctionner au dela de 20m dans un vieil immeuble en brique, mais pas du tout dans un buiding ou une masse de béton armé est utilisée.
Dans de tels cas il est généralement mieux de placer une antenne dans la cage d'escalier pour permettre la propagation des ondes radio entre les differents étages. Une petite antenne directionnelle peut tout aussi bien aider, mais nécessite un test ponctuel. Il est très difficile de prévoir si une liaison fonctionnera ou pas.

Pour résumer: A cause de la longueur d'onde très courte beaucoup de facteurs d'environnement ont une grosse influence sur la propagation des ondes radio. Ce qui fonctionne à un endroit pourrait ne pas fonctionner à un autre endroit superficiellement similaire. Une prédiction, 100% fiable sur la façon dont une antenne foctionnera dans votre environnement est impossible, au moins sans analyse plus détaillée de la situation locale.

Types d'antennes

On trouve basiquement deux variantes d'antennes: avec ou sans rayonnement omnidirectionnel. Une antenne omni directionnelle peut être imaginée comme une chandelle, une antenne directionnelle comme un phare de voiture ou comme le faisceau étroit d'une lampe torche.
Le gain d'une antenne est simplement le facteur de combien d'énergie appliquée à l'antenne est expédié dans une certaine direction.

Antennes omni directionnelles

Les antennes habituelles, livrées avec les cartes PCI ou les points d'accès sont généralement des antennes omni directionnelles. L'énergie est rayonnée plus ou moins également dans toutes les directions autour de l'antenne antenne en position droite). Normalement ces antennes n'ont aucun gain spécifique comparé à une antenne standard, parcequ'elles ne sont rien de plus que cette antenne standard: un dipole. Quelques antennes omni directionnelles ont un paquet de gain, ceci est obtenu en réduisant la quantité de rayonnement sur et sous l'antenne , formatant l'énergie sous une forme de beignet "donut" autour de la tige d'antenne (voir dessins).

Pour les zones plus importantes (intérieur ou extérieur) comme les accueils d'hotels, cours etc. les antennes directionnelles peuvent être une bonne solution si elles peuvent être placées au centre de la zone. Ces antennes sont en général montées sur un mur ou un mat, et sont raccordées au point d'accès par un cable.
Les antennes omni directionnelles simples rayonnent l'énergie également dans pratiquement toutes les directions, une antenne idéale devrait avoir un lobe de rayonnement sphérique. Plus une antenne omni directionnelle a de gain, moins l'énergie sera rayonnée au dessus et au dessous mais plus sur les côtés de la tige verticale d'antenne. Ce qui amène une plus grande couverture perpendiculaire à l'antenne, mais moins d'extension au dessus et au dessous de l'antenne.

Antenne idéale omni directionnelle avec lobe de rayonnement sphérique

Antenne omni directionnelle réelle avec lobe de rayonnement aplati

Antenne omni réelle avec plus de gain et lobe de rayonnement plus aplati

Antennes directionnelles

Les antennes directionnelles canalisent l'énergie dans une direction. En théorie toute l'énergie devrait être dirigée dans la direction désirée, mais hélas, le monde n'est pas parfait, donc une petite partie de l'énergie est aussi rayonnée sur le côté et même à l'arrière.
Le gain d'une antenne directionnelle est simplement obtenu en canalisant aussi bien que possible l'énergie dans cette direction. Donc il y a un choix: soit un grand gain (et une plus grande distance) dans une petite zone, soit moins de gain dans une zone plus large. Les valeurs de gain possibles vont de 5 à plus de 20dBi. Une autre valeur à considérer est la bien nommée "largeur de faisceau à mi puissance" (HPBW), qui est l'angle (en degrées) auquel le signal est réduit à la moitié de sa valeur maximum. Habituellement cet angle est considéré comme la zone dans laquelle une bonne couverture est réalisable.
Le problème avec les grosses antennes directionnelles est d'aligner prpprement l'antenne vers l'autre côté. Particulièrement avec les paraboles à petit HPBW ceci peut devenir une tache ardue. La meilleure approche est de jeter un coup d'oeil sur une carte à haute résolution, prendre la direction du faisceau, utiliser une boussole pour aligner grossièrement l'antenne dans cette direction et puis optimiser en bougeant légèrement l'antenne en surveillant la force du signal de l'autre côté de la liaison. Une liaison vocale (radios deux voies, téléphones cellulaires) est bien sur nécessaire pour cette procédure. Prévoyez au moins une demi journée pour installer et régler des antennes de laison à longue distance.
Les antennes directionnelles sont disponibles pour utilisation en intérieur et en extérieur (ces dernières sont étanches).

Antennes secteur

Les antennes secteur sont une forme spécifique d'antennes directionnelles avec un HPBW légèrement plus grand. C'est utile pour couvrir de grandes zones de côté, e.g. cours, places de maché, grands halls etc. Le gain habituellement grand de ces antennes est obtenu en concentrant fortement l'axe vertical de rayonnement , un HPBW de 10 à 20 degrées est commun avec ces antennes.

Cable et atténuation

Principe de base: plus le cable est fin plus l'atténuation est importante. Bien que la grande souplesse des cables fins soit interessante, leur atténuation importante ne l'est pas. L'atténuation du cable se mesure en dB/100m. Plus l'atténuation est importante, plus l'énergie se perd dans le cable. L'atténuation joue dans les deux sens, pour l'émission et pour les signaux reçus.

Il n'y a qu'un seul moyen pour diminuer l'atténuation: utiliser des cables plus épais, c'est dicté par la logique du monde. Mais le problème est aussi bon, les cables épais peuvent être facilement manipulés sur des antennes montées sur un mat, mais ils sont très rigides et dans la plupart des cas ne peuvent être utilisés pour raccorder un petit ordinateur portable ou autre appareil sans fil. Dites au revoir à la mobilité.

Pour surmonter ce problème dans une certaine mesure des prolongateurs appelés "pigtails" sont utilisés. Les "pigtails" sont courts, flexibles, en cable fins, font environ 20 à 30cm de long, et raccordent le gros cable à l'appareil sans fil. Cela introduit plus d'atténuation, mais c'esr la seule façon. Ou raccordez votre appareil sans fil à un cable qui a la rigidité d'une conduite d'eau...
Une autre solution est que les petits connecteurs, que l'on trouve habituellement sur les appareils sans fil (AP, routeurs, cartes PCI ) ne sont pas disponibles pour les gros cables (épais) . Donc les "pigtails" font aussi l'adaptation entre les gros et les petits connecteurs. Les cable de type commun se trouvent en dessous dans la rubrique "conseils pratiques".

Connecteurs adaptateurs et plus d' atténuation

Plusieurs fabricants WiFi/WLAN utilisent des connecteurs peu connus sur leurs équipements. La raison est la règlementation US FCC, qui dit aux fabricants d'utiliser des connecteurs inhabituels pour empécher les gens d'utiliser des antennes à grand gain, le but final étant de protéger le spectre de fréquence des émission illégales... Donc vous avez d'abord à trouver quel connecteur utilise votre équipement WiFi/WLAN . En attendant la plupart des types utilisés sur les appareils sans fil est connue , en cas de doute demandez nous. Si vous avez une très bonne photo haute résolution, du connecteur nous sommes certains de pouvoir l'identifier parmis tous les connecteurs possibles.

Avec quelques types de connecteurs l'utilisation d'adaptateur est utile, mais en règle générale essayez d'éviter les adaptateurs autant que possible. Ils introduisent encore plus d'atténuation. Pour un connecteur cablé professionnel comptez sur 0.2 dB d'attenuation, chaque adaptateur environ 0.4dB. Si un adaptateur n'est pas disponible pour le système utilisé, nous pouvons construire un "pigtail" pour votre besoin.
Tous les connecteurs ne sont pas disponibles pour tous les types de cables. Les connecteurs les plus communs pour appareillage WiFi/WLAN sont en général disponibles uniquement pour les cables relativement fins

Impossible -Connecteur MC Card vers Ecoflex-15 ne va pas , croyez nous...

Les connecteurs coaxiaux sont aussi différentiés par la méthode de raccordement au cable. Le conducteur intrene est habituellemnt soudé, l'autre conducteur (blindage) est aussi soudé ou sertis. Pour les connecteurs à sertir des outils spéciaux sont nécessaires, que WiMo offre aussi. Le sertissage est considéré comme la meilleure méthode, la qualité de fonctionnement de la connection est plus élevée qu'avec la soudure (quand elle est exécutée par une personne expérimentée).
Lorsque vous raccordez un connecteur à un cable procédez avec beaucoup de précaution. Un connecteur mal raccordé peut introduire plus d'atténuation que n'importe quel cable et détruire tout le travail que vous avez eu avec l'antenne et la pose de cable. Si vous n'avez jamais fait ceci avant, achetez un ou deux connecteurs de rechange et entrainez vous. Ou utilisez notre service de cables, nous montons n'importe quel cable auquel vous pourriez penser (ou presque), à cout raisonnable.
Les types de connecteurs commun sont listés en dessous (conseils pratiques).

Conseils pratiques

Antennes intérieures

But: réaliser une meilleure couverture en intérieur.

• Utiliser une antenne à plus grand gain
• Dégagez l'antenne des équipements en utilisant un cable
• Installer l'antenne à un emplacement adéquate. Utilisez une étagère en bois, loin du mur, loin des objets métalliques, aussi dégagée que possible des objets environnants
• Installez les antennes omni directionnelles au centre de la zone de couverture prévue

• Utilisez plus de points d'accès sur votre réseau, répartissez les stratégiquement
• Raccordez plus d'une antenne à un AP, répartissez les stratégiquement
• Utilisez des antennes directionnelles pour illuminer des zones particulières

Conseils pratiques

Antennes extérieures

• Soyez sur que l'antenne sélectionnée convient à l'utilisation en extérieur (météo résistance aux UV)
• Utilisez une antenne omni ou directionnelle, en fonction de la couverture recherchée
• Installez sur un mat ou sur un mur (WiMo offre des fixations murales). Pour les petites antennes un petit support devrait être suffisant
• Les antennes extérieures ont en général une polarisation fixe, horizontale ou verticale. Peu importe celle que vous utilisez, soyez seulement sur que les deux côtés de la liaison utilisent la même polarisation. Si vous suspectez des rotations indésirables de polarisation essayez des antennes en polarisation circulaire (Helix).
• N'oubliez pas les protections parafoudre. Nous offrons les appareils nécessaires

Conseils pratiques

Cable

• Utilisez une longueur de cable aussi courte que possible pour minimiser l'atténuation
• Faites les cables assez longs et laissez un peu de mou pour atteindre l'antenne. Calculez exactement et gardez de la réserve pour l'erreur. N'étirez pas les cable, essayez de garder un cable posé d'une extrémité à l'autre.
• Pour le tirage de cable jusqu'à 3m les types fins et flexibles comme les RG-316 et RG-58 sont ok. Pour les plus grandes longueurs jusqu'à 8m utilisez du H-155 ou autre cable à faibles pertes (Aircom+, Ecoflex-10, Ecoflex-15). les longueurs jusqu'à 20m ou plus sont possibles, mais cela dépend du type d'antenne utilisée. Dans les cas extrèmes utilisez un amplificateur (les amplificateurs réception sont légaux, pas de problème. Les amplificateurs émission (boosters) sont légaux seulement dans des circonstances très spécifiques).
• Ne courbez pas trop les cables. La pluprt des cables coaxiaux définissent l'angle minimum de courbure. Si vous le courbez trop le cable peut être endommagé très facilement et devra être remplacé.
• Manipulez le cable avec précaution. Ce n'est pas du cable secteur 240V sur lequel vous pouvez tirer pour ramener l'aspirateur près de vous. Ne marchez pas sur le cable, vous pourriez endommager le cable.
• Etendez le cable de façon sécurisée, de façon à ce que personne ne l'accroche et arrache votre précieux ordinateur portable de votre table . Les colliers de cable sont économiques et peuvent être utilisés généreusement.
• N'étirez pas les cables. Si vous avez un cable trop court l'extension n'est pas forcément la meilleure solution du aux pertes additionnelles des connecteurs. Remplacez un cable trop court par un autre plus long.
• Les cables utilisés par les sytèmes WiFi/WLAN doivent avoir une impédance de 50Ω . Ainsi que les connecteurs et les antennes. N'utilisez pas les cables de votre parabole satellite ou antenne TV , ces cables ont une impédance différente.

Quel cable dois-je utiliser?

• RG-316: Un cable très fin et très flexible, utilisé pour les "pigtails" et les courtes longueurs jusqu'à 2-3m. Le seul cable disponible pour les petits Lucent (Carte MC ) et connecteurs MMCX , mais d'autres connecteur sont aussi disponibles pour le RG-316.
• RG-58: Cable fin pour des longueurs jusqu'à 3m, plus dans certain cas,dépendant du gain d'antenne. Les petits connecteurs comme Lucent (Carte MC ) et MMCX ne peuvent être raccordés à ce cable.
• H-155: Cable à faible perte, un peu plus épais que le RG-58, et seulement 1/3 d'atténuation.Convient aux extensions SMA jusqu'à 8m, en fonction du gain d'antenne.
• Ecoflex-10: Excellent cable faible perte de 10mm de diamètre, suffisamment flexible pour être tiré dans les espaces étroits. Convient pour des longueurs jusqu'à 10m ou plus, en fonction du gain d'antenne. Les connecteurs correspondants sont N ou TNC inversé. Utilisez des adaptateur "pigtails"s pour les connecteurs plus petits (SMA etc.).
• Aircom+: Très bon cable faible perte, même diamètre extérieur que Ecoflex-10, mais encore moins d'atténuation. Moins flexible à cause du fil rigide interne, convient seulement aux installations fixes. Possible jusqu'à 15-20m, en fonction du gain d'antenne. Utilisez des connecteurs N N , adaptation par "pigtails" si nécessaire.
• Ecoflex-15: Un autre excellent cable faible perte, Diamètre externe 15mm . Encore moins d'atténuation que le Aircom+, bon pour les longueurs de 20m et plus, en fonction de la situation. Pour ce cable seuls les connecteurs N sont disponibles.

Conseils pratiques

Connecteurs

• Identifiez les connecteur de votre appareil sans fil. En cas de doute demandez nous, nous connaissons pratiquement tous les connecteurs ici. Certains systèmes de connection ressemblent beaucoup à d'autres, mais ils ne sont pas compatibles, même si vous essayez de forcer.
• Installez le connecteur sur le cable seulement si vous savez exactement ce que vous faites. En cas de doute commandez à WiMo de vous fournir un cable à la demande exactement comme vous voulez. Nous vérifions chaque cable fabriqué.
• Montez les connecteurs en suivant les instructions ou comme WiMo dit de le faire. Un connecteur mal monté peut rendre tout le système inutilisable et est très difficile à identifier comme source de mauvais fonctionnement.
• Si un connecteur doit être utilisé en extérieur, rendez le étanche en utilisant du ruban auto vulcanisant. Les connecteurs N, correctement montés sont pratiquement étanches, utilisez quand même du ruban juste pour être sur.
• Ne sautez pas sur les connecteurs. Les petits en particulier n'aiment pas cela. La même chose s'applique aux mauvais traitements avec des liquides aggressifs comme CoCa etc.

Quel connecteur pour quelle utilisation?

• Lucent(Orinoco): Ce connecteur est officiellement appelé "MC Card connector". Très petit connecteur, on le trouve habituellement sur les cartes PCMCIA . Cables correspondant RG-316 et RG-174.
• MMCX (Microminiature Coaxial Connector, MMCX, ne pas confondre avec "MCX"): Très petit connecteurr, ressemble au type MC Card type, utilisé seulement sur les cartes PCMCIA ou en connection interne. Cables correspondants RG-316 ou RG-174.
• SMA: Petit connecteur, le type inversé est plus souvent utilisé sur les équipement s WiFi/WLAN. Cables correspondants RG-316, RG-58 et H-155.
  Attention: Ce connecteur est utilisé en version inversé sur les équipements WiFi/WLAN . Inversé signifie que le conducteur central est inversé vous attendez une pin male vous trouvez un jack femelle et vice versa. Habituellement appelé RP-SMA ou SM inversé. nous avons des connecteurs SMA inversé pour plusieurs types de cables, aussi bien que des connecteurs SMA normaux.
  
  
  
  

  	Conducteur externe	Conducteur interne
  Plug normal:	Ecrou avec fil intérieur	pin male
  Jack normal:	Fil externe	jack femelle
  Plug inversé:	Ecrou avec fil intérieur	jack femelle
  Jack inversé:	Fil externe	pin male

  Ce que vous trouvez sur la plupart des routeurs Netgear , sur toutes les cartes PCI est un jack SMA Inversé . Le cable pour ceci nécessite un plug. SMA inversé
  
  
  

  jack SMA , montrant le sens normal et inversé (ca. 200kb)

  plug SMA , montrant le sens normal et inversé (ca. 200kb)

• TNC: Connecteur un peu plus grand, que l'on trouve sur certains équipements WiFi/WLAN , souvent des points d'acces et des routeurs. Cables correspondants RG-316, RG-174, RG-58, H-155, Aircom+ et Ecoflex-15.
  Attention: les TNC ont aussi des compagnons inversés, souvent utilisés dans les équipements WiFi/WLAN . Voir la discussion au dessus pour les connecteurs SMA inversés pour clarification sur ce qui est "Normal" et ce qui est "Inversé".
• BNC: Connecteur de type un peu plus grand, rarement utilisé sur les équipements WiFi/WLAN . Conviennent à n'importe quel cable. Disponibles aussi en type inversé (voir au dessus).
• N: Le connecteur pour les installations professionnelles, pratiquement toutes les antennes extérieures utilisent ce type. Convient à tous les types de cables.