04 - Meios Não-Guiados
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1. Definição
Meios não-guiados (unguided media) são aqueles em que o sinal eletromagnético se propaga livremente pelo espaço, sem confinamento em um condutor físico. Em contraste com meios guiados (par trançado, coaxial, fibra), o meio não-guiado não possui contorno físico e está sujeito a fenômenos como reflexão, refração, difração, espalhamento e interferência externa. Pertencem a essa categoria: rádio (RF), micro-ondas terrestres, satélite, infravermelho, luz visível (Li-Fi) e laser atmosférico (FSO).
A propagação não-guiada ocorre em três modos distintos conforme a frequência:
- Ondas de solo (até ~2 MHz): seguem a curvatura terrestre (AM broadcast, navegação LF/MF).
- Ondas celestes (3 a 30 MHz): refletem na ionosfera (HF, rádio amador, comunicação transoceânica).
- Ondas de linha de visada (acima de 30 MHz): propagam-se em reta (VHF, UHF, micro-ondas, satélite).
2. Espectro Eletromagnético
A tabela a seguir resume as faixas de uso mais comuns em redes de dados:
| Faixa | Banda | Frequência | Aplicação típica | Alcance |
|---|---|---|---|---|
| VLF | Onda de solo | 3 a 30 kHz | Submarinos, navegação | Milhares km |
| LF | Onda de solo | 30 a 300 kHz | LORAN, RFID 125 kHz | Milhares km |
| MF | Solo/celeste | 300 kHz a 3 MHz | AM broadcast | Centenas km |
| HF | Celeste | 3 a 30 MHz | Rádio amador, CB, RNMI | Global (saltos ionosféricos) |
| VHF | LoS | 30 a 300 MHz | FM, TV, rádio amador, AIS | ~100 km |
| UHF | LoS | 300 MHz a 3 GHz | TV digital, LTE, Wi-Fi 2,4 GHz, BT | 1 a 50 km |
| SHF | LoS | 3 a 30 GHz | Wi-Fi 5/6, Satcom Ku/Ka, 5G NR | 100 m a 50 km |
| EHF | LoS | 30 a 300 GHz | 5G mmWave, rádio E-band | 100 m a 5 km |
| THz / Óptico | LoS | > 300 GHz | Li-Fi, FSO (laser atmosférico) | Metros |
3. Fenômenos de Propagação
3.1. Atenuação de Espaço Livre (FSPL)
A fórmula de Friis descreve a atenuação geométrica da onda esférica:
Onde d é a distância em metros e f a frequência em Hz. Para Wi-Fi 5 GHz a 100 m: FSPL = 112 dB. Para 5G mmWave 28 GHz a 100 m: FSPL = 121 dB (reforça a necessidade de células pequenas).
3.2. Multipath e Fading
Em ambientes urbanos, o sinal chega por múltiplos caminhos (direto, refletido em prédios, difratado em quinas). A combinação construtiva/destrutiva gera fading (desvanecimento). Modelos comuns:
- Rayleigh: usado quando não há LoS (NLoS), típico de celular urbano.
- Rice: usado quando há LoS dominante + espalhadores.
- Log-normal: descreve shadowing por grandes obstáculos.
3.3. Refração Atmosférica
O índice de refração do ar varia com altitude, umidade e temperatura, curvando raios de micro-ondas. O fator K ajusta o raio terrestre efetivo: K=4/3 é o valor típico para enlaces terrestres em clima temperado, permitindo enlaces de até ~70 km entre torres de 60 m.
4. Tecnologias Não-Guiadas em Redes
4.1. Wi-Fi (IEEE 802.11)
| Padrão | Frequência | Banda | Modulação | Taxa máx. |
|---|---|---|---|---|
| 802.11n (Wi-Fi 4) | 2,4 e 5 GHz | 40 MHz | OFDM 64-QAM | 600 Mbps |
| 802.11ac (Wi-Fi 5) | 5 GHz | 80 a 160 MHz | OFDM 256-QAM | 6,9 Gbps |
| 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) | 2,4, 5, 6 GHz | 80 a 160 MHz | OFDMA 1024-QAM | 9,6 Gbps |
| 802.11be (Wi-Fi 7) | 2,4, 5, 6 GHz | 80 a 320 MHz | OFDMA 4096-QAM | 46 Gbps |
4.2. Celular (3GPP)
| Geração | Modulação de acesso | Faixa típica | Taxa pico |
|---|---|---|---|
| 3G (UMTS) | W-CDMA | 700 a 2.600 MHz | 42 Mbps (HSPA+) |
| 4G (LTE) | OFDMA | 700 MHz a 2,6 GHz | 1 Gbps (Cat 16) |
| 5G NR Sub-6 | CP-OFDM | 600 MHz a 6 GHz | 4 Gbps |
| 5G NR mmWave | CP-OFDM | 24 a 40 GHz | 10 Gbps |
4.3. Micro-ondas Terrestres
Enlaces ponto-a-ponto (PtP) entre torres para backhaul celular. Bandas típicas: 6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 26, 38 GHz (licenciadas). Modulação 4-QAM a 4096-QAM com ACM. Capacidade: 100 Mbps a 5 Gbps por canal.
4.4. Satélite
GEO, MEO e LEO — detalhado em arquivo próprio desta pasta. Latência de 30 ms (LEO) a 600 ms (GEO).
4.5. Infravermelho, Bluetooth e Zigbee
Comunicações de curto alcance, detalhados em arquivo próprio.
4.6. FSO e Li-Fi
- FSO (Free Space Optics): laser infravermelho (780 a 1.550 nm) entre edifícios. Até 10 Gbps em 2 km, mas exige visibilidade óptica (neblina derruba o enlace).
- Li-Fi (IEEE 802.15.7): modula luz visível de LEDs em ~MHz para rede indoor. Imune a RF, mas não atravessa paredes opacas.
5. Modelos de Propagação
Para prever a cobertura de um enlace sem fio, engenheiros usam modelos empíricos:
| Modelo | Aplicação | Cenário |
|---|---|---|
| Okumura-Hata | Celular 150 a 1.500 MHz | Macrocelular urbana |
| COST-231 Hata | Celular 1.500 a 2.000 MHz | Urbano denso (3G/4G) |
| COST-231 Walfisch-Ikegami | 800 a 2.000 MHz | Urbano com heights edifícios |
| WINNER II / 3GPP TR 38.901 | 0,5 a 100 GHz | 5G NR |
| Keenan-Motley | Wi-Fi indoor | Ambientes com paredes |
6. Antenas
A antena é o transdutor entre sinal elétrico e onda eletromagnética. Parâmetros principais:
- Ganho: diretividade, em dBi.
- Largura de feixe: ângulo de meia potência (HPBW).
- Polarização: vertical, horizontal, circular (RHCP/LHCP), slant.
- VSWR: casamento de impedância (ideal: 1:1, prático: <1,5:1).
| Tipo | Ganho típico | Aplicação |
|---|---|---|
| Omnidirecional | 2 a 12 dBi | AP Wi-Fi, BTS macro |
| Setorial | 12 a 18 dBi | Cobertura celular 60°/90°/120° |
| Parabólica | 20 a 50 dBi | Enlaces PtP micro-ondas |
| Phased array | 10 a 30 dBi | 5G NR, Starlink terminal |
| Patch/Microstrip | 3 a 9 dBi | IoT, smartphones |
7. Regulação e Licenciamento
No Brasil, a Anatel (Lei Geral de Telecomunicações 9.472/1997) regula o uso do espectro:
- Banda livre (sem licença): 902 a 928 MHz, 2.400 a 2.483,5 MHz, 5.725 a 5.875 MHz — uso restrito a EIRP máximas (1 W em 2,4 GHz).
- Banda licenciada: substações em leilão (Faixa 700 MHz, 2,3 GHz, 3,5 GHz, 26 GHz).
- Banda restrita (governo/militar): L-band (1,5 GHz), X-band (8 GHz).
8. Padrões e Documentos de Referência
- ITU-R: recomendações para radiocomunicação (P-series para propagação).
- FCC Part 15: regras para dispositivos ISM nos EUA.
- Anatel Resolução 506/2008: regulamento de radiofrequência no Brasil.
- IEEE 802.11 / 802.15 / 802.16: LAN/PAN/MAN sem fio.
- 3GPP Releases 15+: 5G NR.
9. Casos de Uso
Datacenter Wireless
- 5G NR para acesso redundante fora de rack.
- Wi-Fi 6E para gestão OOB (Out-of-Band).
Campus
- Wi-Fi 6 com APs a cada 800 m².
- PtP micro-ondas para conectar prédios distantes (10+ km).
Residencial
- Wi-Fi 6 mesh para cobertura 3 bandas.
- 5G FWA (Fixed Wireless Access) como alternativa à FTTH.
Industrial
- WirelessHART (IEEE 802.15.4) para sensores em refinarias.
- Private 5G para fábricas inteligentes (Indústria 4.0).
10. Conclusão
Meios não-guiados trazem flexibilidade inigualável — conectam onde o cobre e a fibra não chegam, permitem mobilidade e reduzem CAPEX em ambientes dinâmicos. O custo é a imprevisibilidade do canal, sujeito a fading, interferência e regulação espectral. Engenheiros de rede que projetam cobertura sem fio devem dominar a modelagem de propagação, escolher antenas adequadas, considerar coexistência espectral e respeitar o framework regulatório — sempre cientes de que a Camada Física sem fio é a mais sensível a variações ambientais.