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04 - Meios Não-Guiados

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Meios Não-Guiados

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:

formula
$$FSPL(dB) = 20 \log_{10}(d) + 20 \log_{10}(f) - 147,55$$

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.