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Wi-Fi: Descripción y explicación en relacion al tipo de antena

Mayo 2015

Wi-Fi es una tecnología de comunicación inalámbrica inicialmente utilizada en redes de área local y luego convertida en un medio para acceder a Internet de banda ancha.


Presentación

La norma IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) es un estándar internacional que describe las características de una red de área local inalámbrica (WLAN). Wi-Fi (contracción de Wireless Fidelity, en español Fidelidad inalámbrica) es el nombre dado inicialmente a esta certificación por la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), el organismo encargado de certificar que los equipos cumplan la norma 802.11. Debido a un abuso de lenguaje y por razones de marketing el nombre de la norma se confunde hoy en día con el nombre de la certificación. De este modo una red Wi-Fi es en realidad una red conforme a la norma 802.11.

Gracias a Wi-Fi es posible crear redes de área local inalámbricas de banda ancha. De este modo Wi-Fi permite que se comuniquen PC portátiles, equipos de escritorio, asistentes personales (PDA) e incluso periféricos con una conexión de banda ancha (11 Mbit/s) dentro de un radio de varias decenas de metros al interior (generalmente entre 20 y 50 metros). Al aire libre el alcance puede ser de varias centenas de metros y en condiciones óptimas varias decenas de kilómetros.

Por esto los proveedores de acceso a Internet comienzan a ofrecer acceso inalámbrico a Internet en zonas con bastante concentración de usuarios (estaciones de tren, aeropuertos, hoteles, trenes, etc.). Estas zonas de acceso a Internet son llamadas hot spots.

Los iBook de Apple en 1999 fueron los primeros ordenadores para el público en general que propusieron la tecnología Wi-Fi integrada (con el nombre de Airport), luego fueron seguidos por el resto de las marcas. A partir de 2003, vemos también aparecer modelos de PC construidos en torno a la tecnología Intel Centrino, que permite una integración similar. Los otros modelos deben aun equiparse de una tarjeta de extensión.

Estructura

La norma 802.11 define las capas del modelo OSI para un enlace inalámbrico utilizando ondas electromagnéticas, así tenemos:
la capa física (PHY), la que ofrece 3 tipos de códigos de información;
la capa de enlace de datos, constituida de dos subcapas: el control de enlace lógico (Logical Link Control, o LLC) y el control de acceso al medio (Media Access Control, o MAC).

La capa física define las especificaciones eléctricas y el tipo de señal para la transmisión de datos, mientras que la capa de enlace de datos va a definir la interfaz entre el bus de la máquina y la capa física, especialmente un método de acceso similar al utilizado en el estándar Ethernet y las reglas de comunicación entre diferentes estaciones. La norma 802.11 propone en realidad tres capas físicas que definen modos de transmisión alternativos:

En una red inalámbrica Wi-Fi es posible utilizar cualquier protocolo del mismo modo que en una red Ethernet.

Modos

Infraestructura

El modo infraestructura es un modo de funcionamiento que permite conectar ordenadores equipados de una tarjeta de red Wi-Fi por medio de uno o varios puntos de acceso (AP) que actúan como conectores (Ej: Hub/Switch en red cableada). Este modo es empleado especialmente por las empresas. La implementación de este tipo de red requiere poner bornes (AP) a intervalos regulares en la zona que debe ser cubierta por la red. Los bornes y los equipos deben estar configurados con el mismo SSID (nombre de la red) para que puedan comunicarse. La ventaja de este modo es que garantiza un paso obligado por la AP, lo que permite verificar quien entra a la red. En cambio, la red no puede crecer, a menos que se coloquen más bornes.

Ad-Hoc

El modo Ad-Hoc es un modo de funcionamiento que permite la comunicación directa entre ordenadores que poseen una tarjeta de red Wi-Fi, sin necesidad de utilizar otro equipo suplementario como un Punto de acceso (AP). Este modo es ideal para poder interconectar rápidamente equipos entre ellos sin material suplementario (Ej: intercambio de archivos entre PC portátiles en un tren, compartir el acceso a Internet en el hogar, en la calle, en el café, etc.). La implementación de una red de este tipo se limita a configurar los equipos en modo Ad-Hoc (en lugar del modo Infraestructura), la selección del canal (frecuencia) y de un SSID (nombre de la red) común a todos. La ventaja de este modo es que elimina materiales suplementarios costosos y es más fácil implementarlo. Gracias a la adición de un programa de enrutamiento dinámico (Ej: OLSR, AODV, etc.) la red crece automáticamente con la conexión de nuevos equipos.

Las normas WIFI

La norma IEEE 802.11 es en realidad la norma inicial, la que ofrecía velocidades de 1 o 2 Mbit/s. Se tuvieron que realizar revisiones a la norma original para, entre otras cosas, mejorar la velocidad (es el caso de las normas 802.11a, 802.11b y 802.11g, llamadas normas 802.11 físicas), definir los elementos que garanticen una mayor seguridad o una mayor interoperabilidad. A continuación, una tabla en la que se muestra las diversas revisiones que han sido hechas a la norma 802.11 y su significado.

Interrogantes

La tecnología Wi-Fi aparece en el momento en el que se incrementan las interrogantes en cuanto al impacto de las tecnologías de comunicación inalámbrica sobre la salud. Los debates científicos se han multiplicado en torno al teléfono móvil e incluye hoy en día a todas las tecnologías Wi-Fi.

Estas preocupaciones son oportunas si se considera que esta tecnología podría estar próximamente omnipresente en el nuestro entorno, ya sea en el trabajo o en el domicilio.

Sin embargo, cabe notar que la potencia emitida por los equipos Wi-Fi (~30 mW) es treinta veces menor que la emitida por los teléfonos móviles (~1 W). Además, por lo general el teléfono lo usamos cerca del cerebro, lo que no sucede con los equipos Wi-Fi; y a una decena de centímetros, la potencia de la señal ya es bastante atenuada. Por ello, incluso si las ondas emitidas por los teléfonos móviles fueran nocivas para la salud, los efectos de las señales Wi-Fi serian despreciables.

Reparto de bandas de frecuencia

Wi-Fi utiliza una banda de frecuencia estrecha llamada ISM de 2,4 a 2,4835 GHz, de tipo compartido, por lo que se tienen interferencias con hornos microondas, transmisores domésticos, la telemedicina, las cámaras inalámbricas y las emisiones ATV, etc.


¿Habrá que buscar otras frecuencias gratuitas para algunas de estas aplicaciones o Wi-Fi debe migrar a otra banda menos congestionada?

Las antenas WI-FI

A continuación las 5 principales categorías de antenas 2,4 GHz comerciales utilizadas por los usuarios de Wi-Fi, los radioaficionados y las aplicaciones en la banda ISM:

El dipolo

El dipolo, de forma de lapicero, es la antena básica que más se encuentra. Es omnidireccional, 0 dB de ganancia, y es utilizada para un servicio con un alcance cercano.

La antena de barra exterior

La antena de barra exterior, a menudo instalada en los techos. Es omnidireccional, con una ganancia de 7 a 15 dBi ligada a su dimensión vertical que puede alcanzar 2m.

Estas dos primeras antenas funcionan en polarización V y pueden ser consideradas como antenas de estación de recepción o base ya que proporciona 360° de cobertura.

La antena de panel

La antena de panel o planas (tecnología interna antena quad o antena patch, red de dipolos). La ganancia va de 9 dBi (10 x 12 cm) hasta los 21 dbi (45 x 45 x 4.5 cm). Es la antena que presenta la mejor relación ganancia/volumen ocupado y también el mejor rendimiento que es alrededor de 85 a 90%. Estas antenas no son fabricadas más allá de esta ganancia máxima, ya que aparecen los problemas de acoplamiento (pérdidas) entre los niveles de los dipolos y sería necesario además doblar la superficie. El volumen de una antena de panel es mínimo.

La antena parabólica

La antena parabólica plana o de rejilla. El interés por su uso radica en la búsqueda de ganancias obtenidas a partir de un diámetro teórico:

18 dBi = 46 cm
19 dBi = 52 cm
20 dBi = 58 cm
21 dBi = 65 cm
22 dBi = 73 cm
23 dBi = 82 cm
24 dbi = 92 cm
25 dBi = 103 cm
26 dBi = 115 cm
27 dBi = 130 cm
28 dbi = 145 cm
29 dBi = 163 cm
30 dbi = 183 cm


El rendimiento de la antena parabólica es medio, 45/55%. El volumen de la antena, teniendo en cuenta la longitud del soporte y el punto focal es considerable.

Nota: cualquier parabólica puede ser utilizada para Wi-Fi, con la condición de prever una fuente adaptada, patch o quad mono o doble, etc.

La antena guía de onda ranurada. Estas antenas ya sean direccionales u omnidireccionales son utilizadas para el conseguir el mayor alcance posible, algunos kilómetros.

Las antenas de panel y parabólicas son únicamente direccionales, es decir que son utilizadas en una sola dirección (más o menos abierta) en perjuicio de otras direcciones.

De panel o parabólica

Las antenas de panel mayormente son las preferidas (incluso las más convenientes) cuando la comunicación es favorable, pero cuando se quiere que el sistema tenga un mayor rendimiento, entonces las antenas parabólicas se hacen necesarias. El punto de equilibrio a 21 dBi, es un panel cuadrado de 45 cm y una parabólica de d= 65 cm.


Como conclusión, direccionalmente o punto a punto, es más interesante equiparse inicialmente con un panel, luego si las circunstancias lo exigen, con una parabólica.

Las antenas Wi-Fi generalmente son dotadas de conectores SMA, RP-SMA o N de acuerdo al fabricante.

Nota: Existen otras antenas, menos conocidas, hechas por los usuarios de Wi-Fi, como las Yagi, las tipo diedros, discones, etc. pero solo las dos primeras son utilizadas significativamente.

Saber más

Propagación de las ondas de radio (802.11)
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Por pintuda el 15 de julio de 2011
El artículo original fue escrito por Gouril. Traducido por Carlos-vialfa.
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