WiFi-For-Fun (o cómo funcionan la WiFi y WiMax en Mijas, Málaga)

Traducción libre del artículo de Robdert Morrow, “Wi-Fi-Fo-Fum,” Science, Vol. 320. no. 5879, pp. 1018-1019,  23 May 2008.

La gran revolución de la comunicación sin hilos en la última década ha sido la implementación de la Wi-Fi en los llamados “puntos calientes” (hot spots) tanto en nuestras casas, como en aeropuertos, hoteles y restaurantes. Con una cobertura entre 10 y 50 m, dependiendo de los obstáculos y de la calidad de la señal requerida, un módem Wi-Fi puede servir para todos los usarios de un pequeño bloque (ver la figura de arriba). Áreas mayores requieren el uso de varias estaciones. La última versión de los equipos Wi-Fi, basada en una versión de prueba del estándar IEEE 802.11n promete tasas de hasta 600 Mb/s (megabits por segundo), lo que es suficiente para la transmisión simultánea de varias señales de T.V. de alta definición. El problema de extender el rango útil de la Wi-Fi se encuentra con los problemas del coste y de la interferencia con otras fuentes de radio frecuencias. Estas dificultades se han resuelto con el nuevo estándar, WiMAX, que opera en la banda de radio estándar (en la que se encuentran los canales de radio comerciales) pero con una potencia de transmisión mayor.

La especificación original de la Wi-Fi es de 1990 en el proyecto 802.11 de la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Desde entonces, la especificación de la Wi-Fi ha mejorado mucho conforme se han obtenido tanto avances teóricos como prácticos. El primer estándar 802.11, publicado en 1997, soportaba transmisión de datos a 1 y 2 Mb/s. La aceptación internacional del estándar se facilitó con su uso a nivel mundial en la banda de 2.4-gigahercios (GHz), de uso gratuito prácticamente en todo el mundo. Originalmente, los emisores eran muy caros y los dispositivos de diferentes fabricantes se comunicaban bastante mal entre sí. Estos inconvenientes no impidieron que el protocolo 802.11 se usará en muchas corporaciones para conectar computadores sin necesidad de cables.

Un año clave para la evolución del 802.11 fue 1999. Primero, apareció 802.11b, que permitía transmisión a 5.5 y 11 Mb/s. Segundo, varios fabricantes se unieron en la asociación Wi-Fi Alliance con objeto de certificar y testear la compatibilidad e interoperabilidad de sus productos. Abanderar un logo Wi-Fi garantiza desde entonces que el producto puede comunicarse con otros productos también certificados, independientemente del fabricante. Finalmente, el tercer gran avance fue el protocolo 802.11a, que especificaba un proceso completamente nuevo para la comunicación mediante radio digital llamado multiplexado por división de frecuencia ortogonal (OFDM).

En el protocolo 802.11a, la modulación multicanal usa 48 subcanales de datos y 4 subcanales piloto, espaciados los más próximos posibles en frecuencia dentro de la misma banda sin causar interferencia mutua. Los subcanales piloto actúan como referencias para los cambios en las propiedades de la transmisión en diferentes condiciones ambientales. Cada subcanal propaga su propio flujo de datos, lo que permite tasas de transmisión de entre 6 y 54 Mb/s en la banda de licencia libre de 5 GHz. Los datos se transmiten por pulsos en ventanas de 4 µs llamadas símbolos; combinando información de amplitud y fase, varios bits se pueden transmitir en el mismo símbolo.

El estándar 802.11a se adoptó lentamente debido a que los transmisores (radios) de 5 GHx eran caras de fabricar, la banda de 5 GHz no estaba disponible de forma gratuita en todo el mundo, y los procesadores digitales de señal (DSP) para procesar la transmisión OFDM sólo se han abaratado recientemente. En junio de 2003, la aparición del estándar 802.11g resolvió todos estos inconvenientes. Además, cambios en la legislación de varios países permitió el uso de OFDM en la banda de 2.4 GHz, que operando a menor frecuencia permite un abaratamiento en la fabricación de los dispositivos (ya que los componentes electrónicos integrados pueden utilizar una tecnología de integración más sencilla al ser de mayor tamaño). Además, los procesadores DSP se volvieron más rápidos y baratos.

Si quieres dominar el mercado, tienes que seguir avanzando siempre. Los fabricantes de dispositivos 802.11 no son una excepción. La última mejora, 802.11n, será estándar IEEE a finales de 2008. El 802.11n también utiliza OFDM pero permite hasta 4 antenas de transmisión, cada una emitiendo de forma independiente. Con un DSP suficientemente poderoso, esta antenas también pueden utilizar “beam forming”, es decir, canalizar todas las señales en la misma dirección hacia el receptor.

Aunque la Wi-Fi es muy versátil no permite dar servicio a grandes regiones en las que se encuentren usuarios fijos, móviles y en movimiento con un coste bajo y una potencia ultrabaja. Varias ciudades que estudiaron la posibilidad de desplegar una red Wi-Fi de cobertura completa desecharon la idea ya que requería instalar miles de estaciones por todo el territorio. Con objeto de proveer el acceso a datos de alta velocidad y amplia cobertura, al menos para usuarios de posición fija, se desarrolló el estándar WiMAX fijo (IEEE 802.16- 2004). Proveer servicioes de datos de alta velocidad para usuarios móviles es el gran reto en la ingeniería de comunicaciones no guiadas terrestres. La soluciones actuales van desde las propuestas basadas en telefonía móvil 3G (de tercera generación) al estándar IEEE llamado 802.16e-2005 para la WiMAX móvil comercial. WiMAX tiene mucho en común con 802.11n, el uso de la OFDM (pero ahora hasta 2048 subportadores), el uso de múltiples antenas con flujos de datos independientes, y el uso de la técnica de beam forming.

Quizás la mayor ventaja de WiMAX sobre la Wi-Fi es que opera en varias bandas de frecuencia bajo licencia, lo que elimina la interferencia y cacofonía propia de las bandas no sujetas a licencia. Además, un servicio bajo licencia está sujeto a una legislación que permite que los transmisores WiMAX pueden alcanzar una mayor potencia, puedan ser fácilmente expandidos o ampliados, permitiendo una cobertura de más de 1 km, o al menos unas 20 veces más que la alcanzada por una estación base de Wi-Fi. WiMAX permite cubrir toda una ciudad con sólo una docena de estaciones base.

El gran inconveniente de la tecnología WiMAX es que en un contexto donde los usuarios son móviles, ciertas estaciones pueden llegar a recibir un enorme número de solicitudes de usuarios, lo que requiere métodos de asignación de recursos extremadamente avanzados. WiMAX lo permite asignando los diferentes grupos de subportadoras OFDM a diferentes usuarios. De esta manera, una estación base de WiMAX puede atender los flujos de datos de múltiples usuarios simultáneamente y en el caso de que su rendimiento baje, puede redirigir parte del tráfico a otras estaciones cercanas.

Se espera que las estaciones Wi-Fi dominen la cobertura en espacios interiores con una gran densidad de usuarios. Siendo WiMAX la mejor opción para cubrir áreas grandes poco densas. De esta forma, la mejor manera de garantizar cobertura permanente (por ejemplo en vehículos) es tener acceso a ambos sistemas. Afortunadamente, ya se pueden adquirir en el mercado dispositivos duales WiMAX y Wi-Fi a precio razonable.

Mijas, la ciudad de los burros taxis, una de las ciudades más “ricas” de España (con hipódromo, gran número de urbanizaciones de extranjeros que pagan religiosamente sus impuestos, con playa, y muchas más cosas, por ejemplo, el autor nació allí, … lo dicho, Mijas será de las primeras ciudades españolas con cobertura completa WiMAX. Ha sacado un concurso público por 300 mil euros en el Programa “Mijas Digital”