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Sistemas inalámbricos en edificios

La tecnología inalámbrica en edificios es esencial en el mundo digital moderno

Impulsada por la proliferación de dispositivos móviles, los avances en la capacidad y el alcance del ancho de banda y las ventajas de desvincular los dispositivos de las conexiones cableadas fijas, la tecnología inalámbrica se está convirtiendo rápidamente en el medio de facto para conectar personas y cosas. La mayoría de la gente entiende que detrás de cada conexión inalámbrica hay una infraestructura que proporciona la conexión de vínculo superior a la red de área local (LAN), redes de proveedores de servicios y la nube. Sin embargo, los profesionales de cableado necesitan saber con precisión cómo funcionan las comunicaciones inalámbricas y que varios tipos de tecnologías inalámbricas en los edificios operan a diferentes frecuencias, velocidades de los datos y distancias para diversas aplicaciones.

 

Contenido

 

¿Qué es la tecnología inalámbrica en edificios y por qué es importante?

Se estima que entre el 70 y el 80% de todo el tráfico de datos móviles se genera en interiores. Las redes inalámbricas en edificios son fundamentales para que nosotros y nuestros dispositivos podamos estar conectados dentro de edificios de oficinas, estadios, hoteles, hospitales, aeropuertos, establecimientos minoristas y demás.

Nuestra dependencia diaria de los dispositivos móviles requiere conectividad inalámbrica en prácticamente todas las instalaciones y, al mismo tiempo, más IoT y dispositivos de edificios inteligentes se conectan a través de tecnologías inalámbricas para facilitar la implementación, la escalabilidad y el ahorro de costes. Otras aplicaciones en edificios usan tecnologías inalámbricas para todo, desde control de acceso y seguimiento de activos hasta pagos móviles, gestión de inventario y dispositivos manos libres cotidianos. Por lo tanto, una cobertura inalámbrica en edificios fiable, a través de una gama de tecnologías complementarias, es esencial en el mundo conectado moderno.

 

¿Cómo funciona la tecnología inalámbrica en edificios?

Todos los sistemas inalámbricos en edificios operan dentro del espectro electromagnético, que se refiere a la gama completa de radiación que consta de ondas de energía eléctrica y magnética que se mueven por el espacio. Estas ondas se caracterizan por la longitud de onda y la frecuencia.

 
  • • La longitud de onda es la distancia cubierta por un ciclo completo de la onda, y la frecuencia es el número de ondas dentro de un determinado período.

  • • La frecuencia se expresa en hercios, lo que equivale a un ciclo por segundo (un megahercio equivale a un millón de ciclos por segundo, y un gigahercio equivale a mil millones de ciclos por segundo). Cuanto mayor sea la frecuencia, más corta será la longitud de onda.

Todo el espectro electromagnético abarca desde ondas de radio de frecuencia extremadamente baja con las longitudes de onda más largas hasta infrarrojo, ultravioleta, rayos X y rayos gamma de frecuencia extremadamente alta con las longitudes de onda más cortas. Observe en el siguiente gráfico que la luz visible, solo una pequeña fracción del espectro, está compuesta por los siete colores que los humanos pueden ver.

Gráfico que muestra el espectro electromagnético

El espectro electromagnético abarca desde ondas de radio con una longitud de onda larga hasta rayos gamma con la longitud de onda más corta.

 

Frecuencias de comunicaciones inalámbricas
Las comunicaciones inalámbricas se encuentran dentro de la parte de radiofrecuencia (RF) del espectro, de entre 3 Hz y 3000 GHz. El espectro de RF es un recurso fijo y finito regulado por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) para evitar interferencias. Básicamente, se divide en varias “bandas” para distintos tipos de transmisión y aplicaciones, como navegación GPS, comunicaciones militares y de emergencia, transmisiones de televisión, radio AM y FM, satélites meteorológicos, celular, Wi-Fi, Bluetooth y muchos más. Algunas de las bandas se asignan para un servicio específico, mientras que otras se venden o licencian a operadores. Tenga en cuenta que todas las señales de RF usan algún tipo de antena que convierte las señales eléctricas en señales de RF y viceversa.

Las diversas bandas de RF se designan como frecuencia muy baja, baja, media, alta, muy alta, ultraalta, extremadamente alta y tremendamente alta. A medida que aumenta la frecuencia, aumenta la capacidad del ancho de banda y disminuye el rango. La pérdida de trayectoria de señal es menor a frecuencias más bajas, lo que ofrece mejor propagación (la capacidad de penetrar materiales) y rango. Por eso, los submarinos usan bandas de baja frecuencia que pueden penetrar en el agua marina a largas distancias. La siguiente tabla resume las diversas bandas de RF y sus aplicaciones comunes.

 

Nombre

Rango de frecuencia

Aplicación

Baja frecuencia (LF)

30 kHz
a 300 KHz

Navegación, submarinos, sistemas meteorológicos, señal horaria estándar, radio AM europea

Frecuencia media (MF)

300 KHz a 3 MHz

Navegación marítima/aérea, radio AM

Frecuencia alta (HF)

3 MHz a 30 MHz

Ejército, aviación de aire a tierra, socorro marítimo, radio AM, radioaficionados, radiodifusión de onda corta

Frecuencia muy alta (VHF)

30 MHz

a 300 MHz

Emergencia bidireccional, transmisión FM/TV, radioaficionados

Frecuencia ultraalta (UHF)

300 MHz

a 30 GHz

GPS, celular, Wi-Fi, teléfonos satelitales, radios bidireccionales (walkie-talkies), radar, transmisión de TV, Bluetooth, Zigbee, largo alcance

Frecuencia extremadamente alta (EHF)

30 GHz

a 300 GHz

5G de banda alta, satélite, radar, investigación científica, astronomía

Frecuencia tremendamente alta (THF)

300 GHz

a infrarrojos

I+D, astronomía, experimental

Esta tabla muestra las frecuencias que transportan tipos comunes de comunicaciones inalámbricas.

 

Tipos de sistemas inalámbricos en edificios

Si bien puede pensar que la conectividad inalámbrica en edificios es estrictamente Wi-Fi, múltiples tecnologías inalámbricas son vitales para una amplia gama de aplicaciones y dispositivos. Todas ellas operan en diferentes frecuencias y funcionan de forma única.

Wi-Fi
Las aplicaciones de Wi-Fi que nos interesan en el sector de las tecnologías de la información y las comunicaciones (ICT) se encuentran dentro del rango UHF de 300 MHz a 30 GHz. Wi-Fi IEEE 802.11 es la aplicación principal desplegada en el espacio empresarial; Wi-Fi 5, 6, 6E y 7 operan en las bandas de frecuencia de 2,4, 5 y 6 GHz, como se muestra en la tabla a continuación. Puede obtener más información sobre los requisitos de cableado para aplicaciones de Wi-Fi en nuestra página sobre cableado para Wi-Fi.

 

 

Wi-Fi 5

Wi-Fi 6

Wi-Fi 6E

Wi-Fi 7

Estándar

IEEE 802.11ac

IEEE 802.11ax

IEEE 802.11ax

IEEE 802.be

Frecuencia de transmisión

5 GHz únicamente

2,4 GHz

y 5 GHz

2,4 GHz, 5 GHz,

y 6 GHz

2,4 GHz, 5 GHz,

y 6 GHz

Número máximo de flujos

8

8

8

16

Velocidad de los datos máxima por flujo

866 Mb/s

1,2 Gb/s

1,2 Gb/s

2,9 Gb/s

Velocidad de los datos teórica máxima

6,93 Gb/s

9,61 Gb/s

9,61 Gb/s

46,1 Gb/s

Velocidad típica

1,3 Gb/s

5 Gb/s

5 Gb/s

18 Gb/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Esta tabla compara las normas, las frecuencias y las capacidades de las categorías de Wi-Fi.

Debido a que el espectro de RF es un recurso fijo, frente a la creciente demanda de más usuarios y dispositivos que necesitan un mayor ancho de banda, son fundamentales formas nuevas e innovadoras de optimizar el espectro.

Existen múltiples canales dentro de cada banda de frecuencia, y la FCC define cuáles están disponibles dentro de la Infraestructura Nacional de Información sin Licencia (U-NII). Algunos canales dentro del rango de frecuencia se han asignado a usos específicos y no están disponibles para Wi-Fi. La banda de 2,4 GHz tiene 14 canales, la banda de 5 GHz tiene 29 canales, y la banda de 6 GHz tiene 59 canales. Sin embargo, aunque los canales de 5 y 6 GHz no se superponen, la mayoría de los canales de la banda de 2,4 GHz sí lo hacen, lo que aumenta el potencial de interferencia y reduce las tasas de transmisión. Solo 3 de los 14 canales disponibles dentro de la banda de 2,4 GHz se consideran no superpuestos: los canales 1, 6 y 11.

Gráfico que muestra los canales de la FCC asignados para Wi-Fi que operan en la banda de frecuencia de 2,4 GHz

Dentro de la banda de frecuencia de 2,4 GHz, solo los canales 1, 6 y 11 se consideran no superpuestos.

Una forma de aumentar el ancho de banda es mediante la unión de canales, en la que múltiples canales estrechos se agregan en canales más anchos. En la banda de 5 GHz, por ejemplo, pueden combinarse canales de 20 MHz no superpuestos más pequeños para crear 14 canales de 40 MHz, 7 de 80 MHz o 3 de 160 MHz. La apertura de la frecuencia de 6 GHz con 59 canales de 20 MHz no superpuestos para Wi-Fi 6E y 7 admite a más usuarios y mayor ancho de banda, y proporciona aún más oportunidades de unión de canales, lo que permite 29 canales de 40 MHz, 14 canales de 80 MHz y 7 canales de 160 MHz para admitir a más usuarios de alto ancho de banda. Con solo tres canales no superpuestos, la unión de canales en la banda de 2,4 GHz se limita a un único canal de 40 MHz.

Gráfico que muestra los canales de la FCC asignados para Wi-Fi que operan en las bandas de frecuencia de 5 y 6 GHz.

Dentro de las bandas de frecuencia de 5 y 6 GHz, puede usarse la unión de canales para aumentar el ancho de banda, en la que los canales más pequeños de 20 MHz se combinan para formar menos canales, pero más grandes, de 40, 80 y 160 MHz.

En tanto algunos puntos de acceso Wi-Fi (WAP) residenciales básicos están configurados con un número limitado de canales, los WAP de nivel empresarial de gama alta suelen ofrecer la capacidad de configurar diferentes canales a varios anchos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no todos los WAP admiten anchos de canal de 160 MHz o canales que comparten espectro con sistemas meteorológicos y de radar, conocidos como “canales DFS”. “DFS” significa “selección dinámica de frecuencia”, que es un mecanismo que requiere que los WAP escuchen en busca de eventos de radar y muevan automáticamente el tráfico fuera de esos canales cuando se detectan. Para evitar tener que cumplir con las normas de DFS y obtener la certificación de sus WAP, muchos proveedores simplemente eligen no ofrecer canales DFS. Además, el tiempo necesario para escanear los canales DFS en busca de eventos de radar y trasladar a los clientes a otro canal puede provocar retrasos que repercuten en las aplicaciones en tiempo real, como las llamadas de voz, con el consiguiente audio entrecortado.

Es importante tener en cuenta que la disponibilidad del canal Wi-Fi puede variar según la región. En EE. UU., todos los canales dentro del espacio de frecuencia de 5 GHz están disponibles, excepto aquellos de entre 5350 y 5470 MHz (U-NII-2B). Sin embargo, países como China e Indonesia tienen restricciones que prohíben el uso de canales de entre 5350 y 5730 MHz, y Japón prohíbe el uso de canales de entre 5735 y 5895 MHz. Y, aunque EE. UU. ha adoptado por completo la banda de 6 GHz para Wi-Fi, otros países solo han aprobado una parte de ella. A medida que más naciones adoptan el espectro de 6 GHz de mayor frecuencia, las normas de uso de canales podrían evolucionar globalmente.  

Además de la unión de canales, hay varias tecnologías WAP que pueden lograr un mayor ancho de banda. La formación de haces es una tecnología de este tipo que concentra las señales y las transmite a través de múltiples antenas de envío y recepción. Esto también se conoce como “tecnología multientrada y multisalida (MIMO)”. La señal asociada a una antena se denomina “flujo espacial” y la capacidad de admitir múltiples flujos espaciales es una función de Wi-Fi 5, 6 y 7, con Wi-Fi 7 que duplica el número de flujos espaciales de 8 a 16.

Otra tecnología que mejora el Wi-Fi es el acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (OFDMA). El OFDMA, presentado en Wi-Fi 6, es un esquema de señalización que asigna ancho de banda de manera más eficiente en función de las necesidades del dispositivo y se adapta a múltiples usuarios al mismo tiempo. Además, al mantener las operaciones de 2,4 GHz, Wi-Fi 6, 6E y 7 pueden aprovechar el mayor rango de 2,5 GHz para sensores de la IoT inalámbricos de baja velocidad, lo que evita que estos dispositivos ralenticen el ancho de banda dentro de los canales no superpuestos de 5 y 6 GHz.

Algunos WAP avanzados también pueden tener funcionalidades adicionales específicas del proveedor para mejorar el rendimiento. Por ejemplo, algunos WAP pueden analizar la actividad del canal para seleccionar el mejor canal y ancho de canal para dispositivos específicos o priorizar el tráfico por dispositivo para adaptarse a aplicaciones sensibles a la demora.

Celular
Al igual que con Wi-Fi, las comunicaciones celulares operan en el rango UHF de 300 MHz a 30 GHz del espectro electromagnético, excepto para las celulares 5G de banda alta que operan en el rango EHF de 30 a 300 GHz. Sin embargo, a diferencia de Wi-Fi, que opera dentro de bandas sin licencia, las comunicaciones celulares operan dentro de bandas con licencia que solo pueden ser usadas por la empresa que las licencia, lo que requiere una red de acceso por radio (RAN) y planes de proveedores de servicios pagos. Por ejemplo, la red 5G de banda media de AT&T opera en el rango de 3,45 a 3,55 GHz, mientras que Verizon opera en el rango de 3,7 a 3,98 GHz. El servicio de radio de banda ancha para ciudadanos (CBRS) es la única tecnología basada en redes celulares que opera en una banda de frecuencia no licenciada de 3,55 a 3,7 GHz, establecida por la FCC para redes móviles privadas en EE. UU. El CBRS es ideal para aplicaciones controladas localmente, como la comunicación “pulsar para hablar”, IoT y otras aplicaciones únicas para grandes ambientes de campus y sitios industriales, o para ofrecer servicios de banda ancha a comunidades y escuelas marginadas, ya que ofrece 4 veces más cobertura que un punto de acceso inalámbrico típico y es menos costoso que llevar servicios tradicionales de 4G o 5G.

Las comunicaciones celulares operan en un rango más amplio de frecuencias que Wi-Fi. El 4G opera a entre 600 MHz y 2,5 GHz, 4G LTE opera a entre 700 MHz y 2,7 GHz, y 5G opera a entre 450 MHz y 40 GHz. Al igual que con Wi-Fi, las comunicaciones celulares aprovechan la unión de canales para aumentar la capacidad y el ancho de banda. El 5G admite tamaños de canal de 5 a 100 MHz por debajo de 6 GHz y de 50 a 400 MHz por encima de 24 GHz. Debido al amplio rango de operación, el 5G se divide en tres bandas de frecuencia: baja, media y alta.

 
  • • El 5G de banda baja es cualquier valor inferior a 1 GHz. A esta frecuencia más baja, la propagación y el rango son significativamente mejores, pero el ancho de banda es limitado. El 5G de banda baja es ideal para cobertura generalizada a nivel nacional a lo largo de carreteras y en áreas remotas y rurales.

  • • Normalmente, la tecnología 5G de banda media transmite a entre 1 y 6 GHz para equilibrar la cobertura y la velocidad. Suele usarse para la conectividad móvil 5G en ciudades y en áreas suburbanas y campus, y admite velocidades de hasta unos 2 Gigabits por segundo (Gb/s).

  • • El 5G de banda alta opera a entre 24 y 47 GHz, y proporciona la velocidad de los datos más rápida y la latencia más baja en distancias más cortas. El 5G de banda alta tiene una propagación limitada y, por lo tanto, es altamente susceptible a la interferencia de árboles, edificios y condiciones atmosféricas, como lluvia y niebla, y es menos susceptible a la interferencia de otros dispositivos, ya que menos dispositivos operan en este rango de frecuencia. Sin embargo, un despliegue de 5G de banda alta con línea de vista directa tiene el potencial de alcanzar velocidades de datos de 20 Gb/s. Es ideal para áreas de alta densidad, zonas específicas y comunicaciones ultrafiables y de baja latencia para aplicaciones como automóviles autónomos, automatización industrial, realidad aumentada y virtual, y transmisión de vídeo en ultraalta definición.

A menudo, la mala propagación de las comunicaciones celulares en edificios y a través de estos requiere sistemas de antenas distribuidas (DAS) para proporcionar servicio para espacios empresariales interiores. Un DAS incluye nodos de antena colocados en todo un edificio para aumentar la cobertura celular y puede admitir múltiples frecuencias (3G, 4G, LTE, 5G), lo que permite que se comparta entre múltiples operadores y se use para comunicaciones de emergencia. Las células pequeñas son otra opción para la cobertura inalámbrica en interiores, pero solo admiten una única frecuencia definida para un solo operador. Un DAS se considera una opción más escalable y mejor para instalaciones grandes que necesitan admitir múltiples usuarios y operadores, especialmente en espacios públicos muy poblados, como centros estudiantiles, aeropuertos, centros comerciales, estadios y centros de convenciones.

El cableado para un DAS usa una combinación de fibra, coaxial y cableado de categoría, según el tipo de sistema y configuración. En el cabezal, un repetidor celular dentro del edificio distribuye la señal celular a los nodos a través de cable coaxial en un sistema pasivo o a través de fibra o cableado de cobre en un sistema activo. Los sistemas coaxiales pasivos se usan en instalaciones más pequeñas, donde el cable coaxial funciona como antena, pero no proporcionan la señal más potente. Los sistemas activos son ideales para edificios más grandes y usan cableado de fibra óptica y de categoría de cobre entre el repetidor y los nodos activos, como un despliegue de Wi-Fi. Un DAS también puede ser un híbrido de los dos, con cable de fibra óptica que se conecta a unidades de radio remotas (RRU), que luego distribuyen la señal a antenas pasivas a través de cable coaxial.

Conectividad inalámbrica de baja velocidad
Wi-Fi y DAS celular no son las únicas tecnologías inalámbricas para interiores que se usan en el espacio empresarial. Se usan diversas tecnologías inalámbricas de baja velocidad y corto alcance en diferentes aplicaciones. La tecnología Bluetooth, que opera en el rango de 2,4 GHz, se usa para las comunicaciones cotidianas entre dispositivos, como teléfonos inteligentes y auriculares inalámbricos, altavoces y periféricos como ratones y teclados. Se usa también para el control de acceso, consolas de juegos, sensores de la IoT y sistemas de localización en tiempo real. Bluetooth viene en dispositivos de Clase 1, Clase 2 y Clase 3. La Clase 1 transmite a 100 mW para alcanzar 100 metros, la Clase 2 transmite a 2,5 mW para alcanzar 10 metros, y la Clase 3 transmite a 1 mW para distancias menores a 10 metros, con velocidades que van de 700 kilobytes por segundo (Kb/s) a 50 megabits por segundo (Mb/s).

Las tecnologías similares de corto alcance y baja velocidad incluyen Zigbee, que también transmite en la frecuencia de 2,4 GHz hasta unos 20 metros y a velocidades de hasta 250 Kb/s, y Z-Wave, que opera en el rango de 800 a 900 MHz para reducir la interferencia y ofrecer un alcance más extenso de unos 100 metros, pero con una velocidad de solo 100 Kb/s. Tanto Zigbee como Z-Wave usan un hub centralizado y pueden admitir saltos entre varios dispositivos. Estas dos tecnologías se usan principalmente para medición inteligente, automatización de edificios, detectores de humo y otros sensores inteligentes de la IoT, pero Zigbee está más disponible en una amplia gama de dispositivos. A medida que las empresas despliegan más sensores de la IoT para cosas que incluyen desde la ocupación y la calidad del aire hasta el control de multitudes y la detección de fugas, más proveedores ofrecen WAP con tecnología Zigbee integrada. La tecnología RFID también se considera una tecnología inalámbrica de baja velocidad y corto alcance que opera a baja frecuencia (de 30 a 300 KHz), alta frecuencia (de 3 a 30 MHz) y ultraalta frecuencia (de 300 MHz a 3 GHz). La RFID se usa principalmente para la gestión de inventarios minoristas, el seguimiento de activos, el control de acceso y el pago móvil.

También están disponibles tecnologías inalámbricas de largo alcance y bajo consumo para recopilar datos de dispositivos y sensores de la IoT de muy baja velocidad que funcionan con pilas a distancias mucho mayores. Estas tecnologías suelen operar a frecuencias muy bajas, con excelente propagación, y admiten velocidades de hasta 1 Mb/s. LoRa es una tecnología de este tipo que opera a 915 MHz en EE. UU. y a 868 MHz en Europa. Puede alcanzar distancias de hasta 4,8 km (3 mi) en áreas urbanas y de hasta 16 km (10 mi) en áreas rurales, aunque los despliegues rurales con línea de vista directa a velocidades muy bajas han alcanzado distancias mucho mayores. LoRa es ideal para despliegues de la IoT a gran escala, como aplicaciones de campus y ciudades inteligentes, agricultura inteligente, dispositivos de salud para llevar puestos y monitorización de flotas. Usa puertas de enlace que reciben datos de forma inalámbrica y luego los reenvían a través de redes cableadas existentes. También existen tecnologías inalámbricas de largo alcance y bajo consumo basadas en redes celulares, como Narrowband IoT (NB-IoT) y LTE-M, diseñadas para admitir casos de uso similares de la IoT, pero que usan el servicio celular como red de retorno.

 

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