Conceptos básicos de WiFi, parte 1: frecuencias y canales
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En 1947, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), una agencia de la ONU, designó ciertas bandas del espectro de RF como ISM. La idea era tener un estándar internacional de frecuencias que estuvieran reservadas para equipos industriales, científicos y médicos. Irónicamente, las telecomunicaciones no eran el propósito original.
Antes de discutir cualquier detalle, solo quiero señalar que este artículo se basará principalmente en el dominio regulatorio de EE. UU. Los diferentes dominios regulatorios tienen requisitos específicos con respecto a las frecuencias de transmisión y la configuración de energía.
Aunque hay doce bandas ISM, por ahora nos concentraremos en solo dos de ellas. La mayoría de la gente se refiere a ellos como las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz.
Comencemos con la banda ISM de 2.4GHz (2.400GHz-2.500GHz). Este pequeño y abarrotado conjunto de frecuencias es, con mucho, el más utilizado a pesar de que la mayoría de las computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas vienen equipadas con radios duales en los últimos años.
La razón de esto es la física. La regla general es que cuanto menor sea la frecuencia, mayor será la propagación y mejor la penetración. Aquí hay 2 ejemplos del mundo real:
- Está sentado en su automóvil en un semáforo. Alguien se detiene a tu lado con su radio a todo volumen. Si no le gusta su gusto musical, puede subir la ventana. Algo de ese sonido se reduce, pero probablemente seguirás escuchando muy bien ese bajo (baja frecuencia).
- Otro ejemplo es un sistema de radio muy especializado utilizado por los militares para comunicarse con submarinos sumergidos. Se llama ELF (frecuencia extremadamente baja) y tiene una longitud de onda tan larga que la antena requerida puede tener millas de largo.
Bien, ahora sabemos que las frecuencias más bajas ofrecen un área de cobertura más grande y una mejor penetración de la señal a través de obstáculos. Si la banda de 2.4GHz es tan buena, ¿realmente necesitamos 5GHz? La respuesta es sí.
Limitaciones de 2,4 GHz
Solo 3 canales no superpuestos. La banda de 2,4 GHz está dividida en 14 canales, la mayoría de ellos a 5 MHz de distancia. Ese espacio de 5 MHz no fue un problema en los primeros días del uso inalámbrico. La tecnología en ese momento estaba limitada a alrededor de 1 Mpbs de rendimiento. Luego, a fines de la década de 1990, 802.11b con su tecnología de espectro extendido se convirtió en el estándar.
La ventaja es que podría alcanzar un rendimiento de 11 Mbps. La desventaja fue que usó 22MHz del espectro. Entonces, si, por ejemplo, está utilizando el canal 6, entonces, como mínimo, los canales 4, 5, 7 y 8 no se pueden utilizar. Esta limitación todavía se aplica en la actualidad, ya sea que esté utilizando un equipo WiFi 802.11g más antiguo o el más nuevo 802.11n (2.4GHz). Ésta es una de las limitaciones más importantes.
Está superpoblado. Esto va de la mano con la limitación anterior. Aunque se lanzaron los estándares 802.11a (5GHz) y 802.11b (2.4GHz), debido a las diferencias de costos, solo 802.11b tuvo una adopción generalizada en ese momento. El resultado es que, incluso hoy, la mayoría del tráfico WiFi utiliza la banda de 2,4 GHz.
Párese en la esquina de una calle del centro de cualquier ciudad de tamaño decente y ejecute un software de escaneo WiFi. Con toda probabilidad, verá al menos 20 señales; He visto más de 40 en el centro de Washington DC. Ahora recuerde que las 40 de estas señales están operando en solo 3 canales.
Es una banda ISM, y por definición, abierta a otro tipo de dispositivos. Hay muchos dispositivos que no son WiFi que tienen el potencial de causar interferencias: hornos microondas, teléfonos inalámbricos, dispositivos Bluetooth, monitores para bebés, cámaras de video, abre-puertas de garaje, etc.
Estas cosas pueden interrumpir gravemente su red y son extremadamente difíciles de detectar sin hardware y software de analizador de espectro especializado.
A continuación, hablaremos de la banda de 5GHz.
Además de la banda ISM estándar (5.725-7.825GHz), la FCC ha agregado espectro de las bandas UNII (Infraestructura de información nacional sin licencia) para estimular el uso de tecnología inalámbrica. También tenga en cuenta que las diversas agencias reguladoras están trabajando en el proceso de agregar 195MHz de espectro disponible en el rango de 5GHz.
Limitaciones de 5 GHz
Como discutimos anteriormente, las frecuencias más altas no se propagan tan lejos ni tampoco atraviesan obstáculos. Comparemos con la banda de 2,4 GHz en el uso en el mundo real.
- Al aire libre, las señales de 5 GHz cubrirán aproximadamente de 1/3 a ½ de la distancia.
- La calidad de la señal utilizable se degradará enormemente después de perforar 1 pared interior, a diferencia de aproximadamente 3 paredes para señales de 2,4 GHz.
Esto conduce a otra desventaja menos obvia, el costo. El precio para implementar una red WiFi de 5 GHz (bueno, de doble banda) de cualquier tamaño es al menos 2,5 veces el costo de una red equivalente solo de 2,4. Necesita muchos más puntos de acceso, normalmente de 2,5x a 3x. Agregue el cableado, las licencias, el mantenimiento, etc.
Algunos canales son de uso compartido. Los canales específicos se designan como DFS, selección dinámica de frecuencia. Estos canales, ubicados en las bandas extendidas UNII-2 y -2, comparten el espectro con algunos sistemas de radar, principalmente en Europa.
Debido a esto, el sistema WiFi debe estar diseñado para buscar pulsos de radar antes de usar los canales en particular. Por supuesto, si se detectan pulsos de radar, se desactivan inmediatamente los canales afectados.
Ventajas de 5 GHz
Como puede ver claramente en el gráfico anterior, hay muchos más de 3 canales. Observe también el espaciado de los canales: al menos 20 MHz. Esto significa que ningún canal se superpone; todos son utilizables simultáneamente.
Mucho menos concurrido. A diferencia de los dispositivos de 2,4 GHz, los dispositivos de 5 GHz solo se han distribuido ampliamente en los últimos cinco o seis años. También está el hecho de que se necesita tiempo para actualizar una infraestructura. Todavía hay un número significativo de empresas que ejecutan redes de solo 2.4.
Muy pocas fuentes de interferencia. Excepto por el radar antes mencionado en ciertas frecuencias, las posibilidades de interferencia no WiFi son extremadamente bajas.
Mayor capacidad de rendimiento. En teoría, ambos son capaces de alcanzar 600 Mbps. Sin embargo, en la práctica, ese no es el caso porque gran parte de esa capacidad mejorada depende del enlace de canales. Este es un modo opcional donde el dispositivo usa múltiples canales adyacentes simultáneamente. ¿Recuerda antes cómo discutimos el hecho de que solo hay 3 canales no superpuestos disponibles en la banda 2.4?
Esta técnica usaría 2 de esos 3. Por lo tanto, no solo irritaría realmente a sus vecinos, sino que toda la interferencia del canal cocanal y del canal adyacente probablemente haría que su red funcionara mucho peor. En resumen, NO habilite la vinculación de canales en la banda 2.4.
Están saliendo algunos estándares más nuevos que hacen uso de otros rangos de frecuencia. Los discutiremos en un próximo artículo.
Para obtener un pdf del mapa de espectro oficial de la FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Espero que hayas disfrutado de este artículo. Creo que el próximo será una discusión sobre los diferentes estándares.
Si tiene una sugerencia de tema relacionada con WiFi o redes en general, hágamelo saber en los comentarios.