[De principiante a experto - Fundamentos de WLAN] Sección 2 Frecuencias de radio WLAN

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En cierto sentido, la comunicación inalámbrica ha existido desde que la gente comenzó a gritarse.


¿Eso parece increíble? No lo pensamos a menudo, pero el habla en sí es un método de comunicación inalámbrica. De hecho, algunos de los primeros métodos de comunicación de la humanidad fueron inalámbricos, por ejemplo, tocando tambores o encendiendo faros.


Nuestras lecciones de física nos dicen que el sonido es una vibración que se propaga como una onda mecánica de presión y desplazamiento típicamente audible, a través de un medio como el aire o el agua. Tocar un tambor transfiere información mediante el sonido, y los disparos de baliza y el semáforo de la bandera transmiten información por medio de señales visuales. En estos dos casos, los portadores de información son los medios a través de los cuales se propagan el sonido o las señales aire y luz visible, respectivamente.


WLAN es un método moderno de comunicaciones inalámbricas. Aunque son fundamentalmente diferentes de los métodos primitivos, hay una cosa que todos tienen en común: la necesidad de portadores de información.


Al igual que la transmisión inalámbrica, la televisión inalámbrica y las comunicaciones móviles, las WLAN también utilizan frecuencias de radio para transportar información. Específicamente, las WLAN utilizan la banda de 2.4 GHz (2.4 GHz a 2.4835 GHz) y la banda de 5 GHz (5.150 GHz a 5.350 GHz y 5.725 GHz a 5.850 GHz), que son parte de la banda de frecuencia ultra alta (UHF) y de frecuencia super alta (SHF) banda, respectivamente. Las radiofrecuencias son cualquiera de las frecuencias de ondas electromagnéticas que se encuentran en el rango que se extiende desde alrededor de 3 Hz hasta 300 GHz. La siguiente figura muestra la posición de las bandas de frecuencia WLAN en el espectro de radio.


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Los rangos de frecuencia disponibles varían de un país a otro. En China, por ejemplo, se utilizan los rangos de frecuencia de 5.150 GHz a 5.350 GHz y 5.725 GHz a 5.850 GHz. Puede verificar qué rangos de frecuencia de 5 GHz están disponibles en diferentes países consultando el Country Code & Channel Compliance Table de cumplimiento de canales disponibles al final de esta publicación.

 

Las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz utilizadas por las WLAN forman parte de las bandas de radio industriales, científicas y médicas (ISM), que originalmente estaban reservadas internacionalmente para fines industriales, científicos y médicos. Las bandas ISM no requieren una licencia, y los dispositivos de baja potencia generalmente pueden operar normalmente en ellas, lo que ha resultado en el uso común de las WLAN.


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Ahora hemos aprendido un poco acerca de las frecuencias de radio. Ahora veamos cómo transfieren información.


La información se imprime en las frecuencias de la portadora a través de un proceso llamado modulación. Existen múltiples métodos de modulación, que incluyen la modulación de amplitud (AM), la modulación de frecuencia (FM) y la modulación de fase (PM). Usando estos métodos, el remitente transfiere información cambiando la amplitud, la frecuencia o la fase de las ondas portadoras. Después de recibir las ondas portadoras moduladas, el receptor las demodula para extraer la información original. Las radios FM y AM son dos tipos comunes de transmisión que transfieren información a través de la modulación y la demodulación.


Las WLAN también utilizan AM, FM o PM para transferir información, pero generalmente se usan para transferir señales análogas. Las comunicaciones digitales requieren métodos de modulación más complejos, como el cambio de amplitud (ASK), el cambio de frecuencia (FSK), el cambio de fase (PSK) y el cambio de fase en cuadratura (QPSK). QPSK modula la amplitud y la fase de las ondas portadoras para transferir información. La siguiente figura muestra las ondas portadoras moduladas.


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Puede parecer que no hay grandes diferencias entre las comunicaciones de RF y las comunicaciones por cable. En las comunicaciones por cable con las que estamos más familiarizados, las señales se modulan a impulsos eléctricos u ópticos antes de transmitirse a través de cables eléctricos u ópticos. Sin embargo, las comunicaciones de RF presentan más desafíos, como la reflexión y la difracción. Tanto el proceso de comunicación de RF como el proceso de comunicación por cable se pueden simplificar en el modelo de "fuente de información -> canal -> destino". La fuente de información (remitente del mensaje) envía un mensaje, que se transmite a través de un canal al destino final (receptor del mensaje). ¿Y qué es un canal? En las comunicaciones WLAN, los canales son frecuencias de radio, y estos son como los cables en las comunicaciones por cable.


Un canal WLAN contiene múltiples RF y tiene un ancho específico, llamado ancho de banda. El ancho de banda de la banda completa de 2.4 GHz es de 2.4835 GHz 2.4 GHz = 0.0835 GHz = 83.5 MHz. ¿Una WLAN usa el ancho de banda total de 83.5 MHz para un solo canal?


Pensemos en esto así: cuando vemos televisión, tenemos que elegir un canal de televisión, por ejemplo, China Central Television (CCTV) 1. No podemos ver dos canales, como CCTV 1 y CCTV 5, en ese momento. ¿Qué pasaría si CCTV 1 y CCTV 5 usaran la misma frecuencia para transferir información? No podríamos recibir información de ambos, o se mostraría estática.


Sabemos por la física que cuando se combinan dos ondas con la misma frecuencia, la interferencia constructiva o la interferencia destructiva ocurren dependiendo de la diferencia de fase. Por esta razón, CCTV 1 y CCTV 5 utilizan RFs específicos para transferir información y evitar interferencias.


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Los canales WLAN son similares a los canales de TV. Si una WLAN usara la banda de 2.4 GHz como un canal, se produciría una interferencia severa cuando dos o más AP usaran el mismo canal en un área, similar a lo que sucedería si CCTV 5 usara el mismo canal que CCTV 1). Estos dos puntos de acceso no podrían proporcionar servicios WLAN utilizables. Para evitar esta situación, los protocolos WLAN dividen la banda de 2.4 GHz en 13 canales superpuestos de un ancho de banda específico (20 MHz en 802.11g/ny 22 MHz en 802.11b), y cada canal tiene una frecuencia central (como la frecuencia central de 200 MHz para CCTV 1).


Cuando se habla de la banda de 2.4GHz, generalmente mencionamos estos 13 canales superpuestos. Sin embargo, diferentes países permiten diferentes canales de 2.4GHz para uso abierto, a saber, los canales 1 a 11 en los Estados Unidos y Canadá, y los canales 1 a 13 en Europa y China, y el canal 14 solo es válido en Japón.


De estos 13 canales, hay tres que no se superponen: los canales 1, 6 y 11. Como no se superponen, los AP adyacentes que utilizan estos tres canales no experimentarán interferencia. La siguiente figura muestra la distribución de canales en la banda de 2.4 GHz.


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Un ejemplo del uso de canales que no se superponen se muestra en la siguiente figura:


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Al implementar redes WLAN, adoptamos el siguiente modo de implementación de canal celular para evitar la interferencia entre canales en los puntos de acceso adyacentes. En este modo de despliegue, los AP adyacentes utilizan canales no superpuestos.


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En la banda de 2,4 GHz, los AP de Huawei utilizan el canal 1 de forma predeterminada. Si los clientes no configuran los canales al implementar redes WLAN, la interferencia entre canales puede ocurrir en áreas de cobertura superpuestas. Esto hace que las STA no se conecten. Sin embargo, configurar canales para una gran cantidad de AP es una tarea difícil. Para aliviar este problema, los productos de Huawei ofrecen configuración automática de canales. Después de que los AP se conectan, los CA pueden configurar automáticamente los canales para ellos en función de los entornos de radio alrededor de los AP.


Los productos de Huawei también son compatibles con la calibración de radio. La implementación del canal y la potencia de transmisión se ajustan de acuerdo con los entornos de radio para que las redes inalámbricas puedan proporcionar un rendimiento óptimo. Se recomienda que realice una calibración de radio después de la implementación inicial de una WLAN, ya que las RF utilizadas por la WLAN recién implementada pueden superponerse parcialmente con las de las WLAN circundantes. Con la calibración de radio, la WLAN ajusta el despliegue del canal y transmite la potencia en función del entorno de radio y evita la superposición de RF. Además, los entornos de radio cambian constantemente, lo que requiere una calibración de radio regular en las horas de menor actividad.


La banda de 2,4 GHz está permitida para uso abierto en todo el mundo, y en ella opera un número creciente de dispositivos inalámbricos (como los dispositivos Bluetooth). Esto ha provocado una aglomeración y una severa interferencia de canal en la banda de 2.4 GHZ, y los servicios WLAN pueden verse afectados.


Desde V200R003C00, los productos de Huawei admiten espectro *** ysis. Esta función puede detectar dispositivos que causan interferencias alrededor de los puntos de acceso, como monitores para bebés, hornos de microondas y dispositivos Bluetooth.


La banda de 5 GHz también está permitida para WLAN. Esta banda presenta frecuencias más altas y mayor ancho de banda de canal. Las velocidades de datos en esta banda son más altas y la interferencia del canal es menor. Los protocolos de WLAN dividen la banda de 5 GHz en 24 canales no superpuestos de 20 MHz de ancho, proporcionando recursos de canal suficientes para las WLAN. Más canales no superpuestos hacen que la unión de canales, que es la combinación de dos canales en un canal más amplio, sea más valiosa. Por ejemplo, cuando se enlazan dos canales no superpuestos de 20 MHz, el rendimiento en el canal enlazado es el doble que el de un solo canal de 20 MHz.


En 802.11n, dos canales adyacentes de 20 MHz pueden vincularse a un canal de 40 MHz para mejorar las tasas de datos. El protocolo 802.11n también define la vinculación de canales en la banda de 2.4 GHz. Sin embargo, la congestión en la banda de 2.4 GHz reduce la viabilidad de la vinculación de canales. Generalmente no se recomienda la unión de canales en la banda de 2.4 GHz.

La siguiente figura muestra la asignación de canales en la banda de 5 GHz.


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Los semicírculos negros en la figura representan canales no superpuestos, y los semicírculos rojos representan la unión de canales como se define en el protocolo. La sub banda UNII-2e, recientemente definida en la banda de 5 GHz, no está permitida para uso abierto en China. Actualmente, los canales abiertos de 5 GHz en China son los canales 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 149, 153, 157, 161 y 165. El Código de país y la Tabla de cumplimiento de canales enumeran los 5 canales abiertos. Canales de GHz en varios países.


Los dispositivos de radar militar también funcionan en la banda de 5 GHz en muchos países, y los dispositivos de WLAN de 5 GHz utilizados por civiles pueden causar interferencias graves en los dispositivos de radar. Por motivos de seguridad, los productos WLAN en algunos países deben emplear la selección de frecuencia dinámica (DFS) y transmitir el control de potencia (TPC). El objetivo de TPC es evitar la interferencia con el radar militar, causado por la alta potencia de transmisión de los productos WLAN. El DFS permite que los productos WLAN detecten las RF utilizadas por el radar militar para que puedan elegir otras RF si se superponen. Estas dos capacidades son requeridas por la ley en algunos países y los productos que no las tienen no pueden comercializarse en esos países.


Ahora hemos aprendido un poco acerca de las frecuencias de radio y canales WLAN. Antes de finalizar esta sección, analicemos otros dos conceptos comúnmente utilizados en las WLAN: dBm y dB.

dBm es una abreviatura para la relación de potencia en decibelios (dB) de la potencia medida en referencia a un milivatio (mW). Para convertir de potencia absoluta "P" a dBm, use la fórmula dBm = 10xlog(P/1mW), es decir, 100mW = 10(log102) = 20dBm.

dB expresa la relación entre dos niveles de potencia. Para ser exactos, dB = 10 x log (P1 / P2).


Un nivel de potencia de 0dBm corresponde a una potencia de 1mW. Un aumento de 3 dB en el nivel es aproximadamente equivalente a duplicar la potencia, lo que significa que un nivel de 3dBm corresponde aproximadamente a una potencia de 2mW. Por cada disminución de nivel de 3 dB, la potencia se reduce en aproximadamente la mitad, lo que hace que -3dBm se corresponda con una potencia de aproximadamente 0,5mW. (Wikipedia)


Pregunta:


En China, los canales 1 a 13 en la banda de 2.4 GHz están permitidos para uso abierto. Cuando implementamos redes WLAN, ¿es posible usar solo los canales no superpuestos 1, 6 y 11?



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