La potencialidad de la conectividad inalámbrica LAN pasa por frecuencias más altas

Guillermo Bielsa    2 marzo, 2020
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En los últimos años hemos experimentado un gran incremento del número de dispositivos inalámbricos en nuestras redes WiFi: smartphones, tablets, consolas, asistentes de voz… Estos nuevos dispositivos no solo aumentan el número de accesos al espectro radioeléctrico sino que, además, utilizan aplicaciones que cada vez requieren más recursos y demandan una mayor tasa de datos y menor retraso en las comunicaciones. Todo ello obliga a buscar nuevas alternativas que permitan servir grandes volúmenes de datos en entornos con un gran número de clientes: la banda de 60 GHz.

Tradicionalmente las redes WiFi trabajan en rangos de frecuencia por debajo de los 6 GHz. Estas bandas tienen que lidiar con una demanda cada vez mayor de tasa de datos en un espectro de radio cada vez más saturado

En busca de nuevas ideas para combatir los problemas a los que las redes inalámbricas se enfrentan, ya en 2009 la organización WiGig Alliance creó el protocolo WiGig, con el que, gracias al uso de la banda de 60 GHz, se solventarían muchos de los problemas mencionados.

Banda 60 GHz: gran tasa de datos y nulas interferencias

Más tarde, en 2012, la organización WiFi Alliance absorbió a la WiGig Alliance y fusionó la capa física de WiGig con el stack multiusuario de WiFi y creó el IEEE 802.11ad. Actualmente se está desarrollando la nueva versión WiFi que utiliza la banda de 60 GHz. Las grandes promesas de estas comunicaciones son una gran tasa de datos y nulas interferencias, gracias a sus características de transmisión.

La evolución a la banda de 60 GHz es una forma muy sensata de conseguir que las redes de área local progresen para exprimir al máximo las posibilidades de nuestros dispositivos y evitar cuellos de botella en la conectividad inalámbrica. Brindará oportunidades inimaginables en este momento, como la transmisión de video UHD sin compresión o el uso de dispositivos de realidad virtual de forma inalámbrica.

El fin de los actuales problemas de las redes WiFi

Entre las propiedades de las nuevas redes, me voy a centrar en su alta directividad, baja interferencia y gran ancho de banda. Esto puede significar el fin de los actuales problemas de las redes WiFi.

El incremento de frecuencia en una señal conlleva  la reducción de su longitud de onda. A su vez, esa longitud de onda es directamente proporcional al tamaño de la antena del dispositivo. Esto implica que los dispositivos que trabajan en la banda de 60 GHz equipan antenas en el orden de magnitud de milímetros. Ese tamaño tan reducido permite agrupar muchos elementos juntos que forman matrices de antenas capaces de crear enlaces direccionales mediante la tecnología de beamforming (formación de haz). Es decir, cada antena de la matriz envía la misma señal pero se les aplica distintos desfases, por lo que en diferentes ángulos se produce autocancelación o, por el contrario, aumenta la potencia de la señal.

Enlaces muy direccionales: cien elementos de antena

El primer chipset diseñado para el uso de WiGig (creado por Wilocity y utilizado por dock inalámbricos Dell) contaba con el uso de 24 elementos. En la actualidad hay dispositivos  con 36 elementos de antena, pero se espera llegar al centenar de elementos, lo que creará enlaces muy direccionales que permitan un uso espacial mayor a la par que un gran ahorro de energía.

Un cambio en las características de transmisión

El incremento de frecuencia desde las bandas sub-6 GHz hasta los 60GHz también supone un cambio en las propiedades de transmisión de onda.

Hay una alta atenuación (por el mayor espacio libre, por bloqueo e incremento del uso espacial…) que obliga a cambiar de pensamiento a la hora de dimensionar y utilizar las redes WiFi. Como mínimo, será obligatorio disponer de un punto de acceso por sala y evitar posicionarlos cerca de columnas y posibles bloqueos si se quiere obtener una cobertura total de 60 GHz. La opción, si no, es recurrir a redes híbridas tribanda de 2.4/5/60 GHz.

Por otro lado, con este nuevo esquema de comunicaciones, es posible reutilizar los distintos canales de transmisión sin miedo a que interfieran unos nodos con otros, gracias a su directividad y bajo rango de comunicación, lo que permite aprovechar el medio sin necesidad de planificar las transmisiones.

Gran ancho de banda

Con la estandarización de las comunicaciones de 60 GHz se decidió crear canales de comunicación con un ancho de banda de 2.16 GHz. Así, según la región, se puede disfrutar de hasta seis canales simultáneos sin solapamiento. Con el uso del estándar IEEE 802.11ad, cada uno de estos canales puede llegar a una tasa de datos de 6.7 Gbps. En el próximo estándar WiFi de 60 GHz IEEE 802.11ay, con modulaciones más complejas, la tecnología MU-MIMO y la posibilidad de agregar cuatro de estos canales, se llega a una tasa de datos de 176 Gbps.

Aunque el último estándar sub-6 GHz de WiFi, el IEEE 802.11ax, puede obtener 9.6 Gbps de tasa de datos con la agregación de canales, incorporarlos en la banda de 60 GHz es mucho más asequible por el alto reutilizamiento de frecuencias que mencionaba.

A pesar de haber pasado desapercibido para el gran público, en 2013 ya aparecieron los primeros dispositivos de uso doméstico en la banda de 60 GHz, entre los que destacaban los docks inalámbricos con protocolo WiGig, con salidas de video HD, conectores USB 3.0 y Ethernet de 1Gbps. En la actualidad ya existen algunos routers y portátiles domésticos que implementan el estándar IEEE 802.11ad.

Imagen: INCITE researchers

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