Perdas, ruído de fundo e legislação

Na prática, temos mais duas variáveis, que são as perdas introduzidas pelos cabos (quanto mais longo é o comprimento e menor for a qualidade do cabo, maior é a perda) e também o volume de ruído de fundo (a combinação de todos os outros sinais de rádio na mesma freqüência) presente no ambiente.

Cabos curtos e de boa qualidade normalmente resultam em uma perda inferior a 1 dB, mas cabos muito longos ou mal construídos podem facilmente introduzir uma perda de 3 dB ou mais.

A menos que você consiga instalar a antena diretamente no conector da placa (o que é impossível com uma antena de auto ganho), você vai precisar usar dois cabos, um no emissor e outro no cliente, de forma que a perda do cabo torna-se uma questão crítica. Se cada cabo causar uma perda de 3dB, a perda total subiria para 6 dBi, suficiente para fazer com que a velocidade da conexão caísse de 54 para 36 megabits, ou de 36 para 18 megabits.

A perda de sinal causada pelo cabo é também o motivo de algumas antenas baratas, de 4 ou 5 dBi, muitas vezes oferecerem uma recepção pior do que a antena padrão do ponto de acesso. Se o cabo for ruim ou houverem falhas nas soldas, a perda pode acabar sendo maior do que a diferença de ganho da antena.

Em seguida, temos a questão do ruído de fundo, que dificulta a recepção do sinal pelo cliente. A relação entre o sinal e o ruído de fundo é chamada de “signal to noise ratio” e é informada por programas de diagnóstico (executados no cliente), como o Wavemon (no Linux) ou o Netstumbler (no Windows).

Se o sinal for mais fraco que a interferência, o cliente não consegue captá-lo e se o sinal for mais forte, mas a diferença for pequena, haverá um grande volume de pacotes perdidos e a conexão será instável. Para manter uma conexão minimamente estável, é necessário que o signal to noise ratio seja de pelo menos +5 dB, ou seja, que o sinal seja 5 dB mais forte que o ruído de fundo ou interferência.

Em zonas rurais ou pouco povoadas, o ruído de fundo raramente é um problema, já que o volume de transmissões é pequeno, mas nas grandes cidades ele pode atrapalhar bastante, obrigando-o a usar antenas de maior ganho.

Uma observação é que a antena no cliente capta tanto o sinal quanto o ruído de fundo, amplificando ambos igualmente. Ou seja, ela permite captar um sinal mais fraco, mas não faz nada para melhorar o signal to noise ou seja, a relação sinal/ruído. Devido a isso, em ambientes com muito ruído, aumentar o ganho da antena transmissora acaba sendo mais efetivo do que aumentar o ganho da antena receptora.

Usando amplificadores e antenas de alto ganho, é relativamente fácil criar links de longa distância. Basta calcular que um amplificador de 1 watt gera um sinal de 30 dBm. Adicionando uma antena parabólica de 32 dBi, chegamos a 62 dBm. Usando o mesmo conjunto de amplificador bidirecional e antena do outro lado, poderíamos facilmente criar um link de 32 km ou mais.

O problema é que um sinal tão forte criaria um forte interferência em toda a faixa de sinal da antena, derrubando ou reduzindo a taxa de transmissão de todas as redes pelo caminho.

Para ter uma idéia, o recorde de distância atual com uma rede Wi-Fi, obtido em junho de 2007 por uma equipe de técnicos da Venezuela é de 382 km e existem outros exemplos de links com mais de 200 km (faça uma pesquisa por “wireless long-distance link record” no Google), como um link de 304, km obtido por uma empresa Italiana:
http://blog.wired.com/gadgets/2007/06/w_wifi_record_2.html
http://www.ubnt.com/company_press_07.php4.

Link Wi-Fi experimental de 304 km, criado pela Ubiquiti, na Itália

Em ambos os casos, os links foram criados em áreas pouco povoadas e obtidos usando antenas de altíssimo ganho, que resultam em um feixe extremamente estreito, limitando, assim, o nível de interferência com outras redes. Mas, tentativas similares, em áreas densamente povoadas, poderiam criar sérios problemas. Com certeza você não iria gostar se o seu vizinho da frente jogasse um sinal de 62 dBm bem em direção à sua janela.

Para prevenir extremos como esses, existem normas regulatórias, que variam de país para país. Nos EUA, é permitido o uso de uma potência EIRP de até 4000 milliwatts (36 dBm) utilizando uma antena de 6 dBi ou mais, ou de até 1000 milliwatts (30 dBm) ao utilizar uma antena de menor ganho.

O valor EIRP (equivalent isotropically radiated power) corresponde à potência efetiva da transmissão, obtida somando a potência do transmissor e o ganho da antena (descontando perdas causadas pelos cabos e outros fatores). Ou seja, ao usar um ponto de acesso com transmissor com 250 mW e um cabo com perda de 3 dB, seria permitido usar uma antena de até 21 dBi, e assim por diante.

Em muitos países da Europa, vigora uma norma muito mais restritiva, que limita as transmissões a apenas 100 milliwatts (20 dBm), o que equivale à potência nominal da maioria dos pontos de acesso, sem modificações na antena ou uso de amplificadores.

No Brasil, vigora uma norma de 2004 da Anatel (resolução 365, artigo 39) que limita a potência EIRP do sinal a um máximo de 400 milliwatts (26 dBm) em cidades com mais de 500 habitantes. Acima disso, é necessário obter uma licença (fornecida apenas a empresas), desembolsando R$ 1450 por ponto, mais uma taxa de renovação anual.

A melhor opção para criar links de longa distância sem violar a legislação, nem precisar pagar a licença é reduzir a potência de transmissão do ponto de acesso (a maioria dos modelos oferecem esta opção nas configurações) e utilizar antenas de maior ganho dos dois lados do link. Assim, ao invés de usar 63 milliwatts (18 dBm) e antenas de 9 dBi, você usaria 31.6 milliwatts (15 dBm) e antenas de 12 dBi, por exemplo (a diferença de 1 dBm no exemplo corresponde à perda do cabo).

A lógica é que uma antena de maior ganho melhora tanto o envio quanto a recepção, enquanto uma maior potência melhora apenas a transmissão. Seguindo essa dica, é possível criar links de 2, ou até mesmo 4 km sem violar a norma da Anatel. Calcule que emitindo um sinal de 26 dBm, e usando uma antena de 12 dBi no cliente, ele ainda receberia um sinal de -79 dBm depois de uma perda de 117 dB (26 -117 + 12).

Outra restrição importante com relação à legislação Brasileira é que para vender serviços de acesso (como no caso de um provedor de acesso) é necessário obter uma licença SCM, que além das taxas e da burocracia é concedida apenas a empresas do ramo de telecomunicações. Sem a licença, você pode apenas criar links para uso interno (como ao interligar dois escritórios de uma mesma empresa, por exemplo), sem vender acesso à web.