Teoria radio per WISP: dBm, dBi, EIRP, SNR, link budget e zona di Fresnel

Prima di toccare un solo comando RouterOS, un tecnico WISP deve ragionare in decibel. La radiopropagazione è governata da poche grandezze: la potenza trasmessa, il guadagno delle antenne, la perdita lungo il cammino e il rumore di fondo. Capire come si combinano permette di prevedere se un link starà in piedi PRIMA di salire sul traliccio.

Le unità: dB, dBm, dBi

• dB (decibel): rapporto fra due potenze, è relativo. +3 dB = potenza doppia, -3 dB = potenza dimezzata; +10 dB = 10×, -10 dB = 1/10. È la 'valuta' con cui si sommano tutti i guadagni e le perdite.
• dBm: potenza assoluta riferita a 1 mW. 0 dBm = 1 mW, 20 dBm = 100 mW, 30 dBm = 1 W. Le potenze TX delle radio e i livelli di segnale ricevuto (RSSI) si esprimono in dBm.
• dBi: guadagno di un'antenna rispetto a un radiatore isotropico. Una parabola da 24 dBi concentra l'energia in un fascio stretto; un'antenna omni da 8 dBi la irradia a 360°.
• Regola pratica: tutto ciò che è in dB/dBi si SOMMA al valore in dBm. Potenza TX (dBm) + guadagno antenna (dBi) − perdite cavi (dB) = EIRP (dBm).

EIRP e i limiti normativi (ETSI / Italia)

L'EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) è la potenza realmente irradiata nella direzione del fascio: EIRP = potenza_TX + guadagno_antenna − perdite_cavo. In Italia/UE l'ETSI fissa i limiti EIRP per banda. Impostare country su RouterOS fa rispettare automaticamente questi limiti: la radio riduce la potenza TX se l'antenna è ad alto guadagno.

Noise floor, RSSI e SNR

• Noise floor: il rumore di fondo ricevuto in assenza di segnale utile, tipicamente fra -95 e -105 dBm in 5 GHz in siti puliti, ma può salire a -80 dBm in ambienti urbani affollati.
• RSSI / signal-strength: la potenza del segnale ricevuto dal partner, in dBm. Più vicino a 0 = più forte (-50 dBm è ottimo, -75 dBm è marginale).
• SNR (Signal-to-Noise Ratio): SNR = RSSI − noise_floor, espresso in dB. È IL parametro che determina la modulazione (MCS) usabile e quindi la velocità reale del link.
• CCQ (Client Connection Quality): indice MikroTik 0–100% che riassume la qualità (ritrasmissioni, modulazione). Sotto il 60% indica problemi.

Free Space Path Loss (perdita in spazio libero)

Il segnale si attenua con la distanza secondo la FSPL: FSPL(dB) = 32,44 + 20·log₁₀(distanza_km) + 20·log₁₀(frequenza_MHz). È la perdita teorica minima: ostacoli, pioggia e Fresnel ostruita aggiungono altre perdite.

# Dato:
#   distanza = 10 km
#   frequenza = 5500 MHz
# FSPL = 32.44 + 20*log10(10) + 20*log10(5500)
#      = 32.44 + 20*(1) + 20*(3.7404)
#      = 32.44 + 20 + 74.81
#      = ~127.3 dB di perdita

Link budget: l'esempio completo

Il link budget mette insieme tutto per stimare il segnale ricevuto: RX = potenza_TX + guadagno_ant_TX − perdite_cavo_TX − FSPL + guadagno_ant_RX − perdite_cavo_RX. Confrontiamo il RX con la sensibilità del ricevitore per sapere se il link regge e con quanto margine.

# Lato TX:
#   Potenza TX radio ......... +25 dBm
#   Guadagno parabola TX ..... +24 dBi
#   Perdita pigtail/cavo ..... -1  dB
#   EIRP ..................... +48 dBm   (verificare limite ETSI della banda!)
#
# Tratta:
#   FSPL a 10 km / 5500 MHz .. -127 dB
#
# Lato RX:
#   Guadagno parabola RX ..... +24 dBi
#   Perdita pigtail/cavo ..... -1  dB
#
# Segnale ricevuto (RX):
#   48 - 127 + 24 - 1 = -56 dBm
#
# Noise floor stimato ........ -95 dBm
# SNR = -56 - (-95) = 39 dB  -> ottimo, regge 256-QAM
#
# Sensibilità RX per MCS9 (esempio) ~ -72 dBm
# Margine di fade = -56 - (-72) = 16 dB  -> buon margine contro pioggia/fading

Zona di Fresnel: la linea di vista 'radio' non basta

La linea di vista ottica (LOS) non è sufficiente: attorno al raggio diretto esiste un ellissoide, la prima zona di Fresnel, che deve essere libera da ostacoli per almeno il 60% per non degradare il segnale. Alberi, tetti e colline che 'sfiorano' il raggio creano perdite anche se vedi l'antenna remota a occhio nudo.

# r (m) = 8.66 * sqrt( D_km / f_GHz )   (raggio massimo, a meta tratta)
#
# Esempio: link 10 km a 5.5 GHz
#   r = 8.66 * sqrt(10 / 5.5)
#     = 8.66 * sqrt(1.818)
#     = 8.66 * 1.348
#     = ~11.7 m di raggio a meta percorso
#
# Servono ~7 m liberi (60%) sopra/sotto e ai lati del raggio diretto:
# considera l'altezza dei pali e la curvatura terrestre sulle lunghe tratte.

• Più bassa è la frequenza, più grande è la zona di Fresnel (e più difficile tenerla libera).
• Sulle lunghe tratte aggiungi la curvatura terrestre: oltre ~7–8 km inizia a 'rubare' altezza utile.
• Alza le antenne quanto basta perché il 60% della prima zona sia sgombro, non solo la LOS ottica.
• Vegetazione e foglie (estate) attenuano molto a 5 GHz: prevedi margine extra se il raggio passa vicino ad alberi.