Uso de radio de 2,4 GHz

La banda de radio ISM de 2,4 GHz tiene varios usos . Pueden producirse interferencias entre dispositivos que funcionan a 2,4 GHz . En este artículo se detallan los diferentes usuarios de la banda de 2,4 GHz, cómo provocan interferencias a otros usuarios y cómo son propensos a recibir interferencias de otros usuarios.

Muchos de los teléfonos inalámbricos y monitores de bebés en Estados Unidos y Canadá utilizan la frecuencia de 2,4 GHz, ^[1] la misma frecuencia en la que funcionan los estándares Wi-Fi 802.11b , 802.11g , 802.11n y 802.11ax . Esto puede provocar una disminución significativa de la velocidad o, en ocasiones, el bloqueo total de la señal Wi-Fi cuando se lleva a cabo una conversación por teléfono. ^[2] Sin embargo, existen varias formas de evitar esto, algunas sencillas y otras más complicadas.

• Utilizando teléfonos con cable, que no transmiten.
• Utilizando teléfonos inalámbricos que no utilicen la banda de 2,4 GHz.
• Utilizando la banda de 5 GHz.
• Los teléfonos DECT 6.0 (1,9 GHz), 5,8 GHz o 900 MHz, comúnmente disponibles hoy en día, no utilizan la banda de 2,4 GHz y, por lo tanto, no interfieren.
• Los teléfonos VoIP /Wi-Fi comparten las estaciones base Wi-Fi y participan en los protocolos de contención Wi-Fi.
• Hay varios canales WiFi diferentes disponibles y es posible evitar los canales telefónicos.

Esto último a veces no funciona, ya que muchos teléfonos inalámbricos utilizan una función llamada Espectro Ensanchado Digital . Esta tecnología fue diseñada para protegerse de los espías, pero el teléfono cambiará de canal aleatoriamente, sin dejar ningún canal Wi-Fi a salvo de la interferencia del teléfono.

Los dispositivos Bluetooth diseñados para su uso en redes de área personal de corto alcance operan entre 2,4 y 2,4835 GHz. Para reducir la interferencia con otros protocolos que utilizan la banda de 2,45 GHz, el protocolo Bluetooth divide la banda en 80 canales (numerados del 0 al 79, cada uno de 1 MHz de ancho) y cambia de canal hasta 1600 veces por segundo. Las versiones más nuevas de Bluetooth también cuentan con salto de frecuencia adaptativo que intenta detectar señales existentes en la banda ISM , como los canales Wi-Fi , y evitarlas negociando un mapa de canales entre los dispositivos Bluetooth que se comunican.

Se ha demostrado que el estándar de cable de computadora USB 3.0 genera cantidades significativas de interferencia electromagnética que pueden interferir con cualquier dispositivo Bluetooth que un usuario haya conectado a la misma computadora. ^[3]

Wi-Fi ( / ˈ w aɪ f aɪ / ) ^[4] es una tecnología para redes de área local inalámbricas por radio de dispositivos basadas en los estándares IEEE 802.11 . Wi‑Fi es una marca registrada de Wi-Fi Alliance , que restringe el uso del término Wi-Fi Certified a productos que completen con éxito las pruebas de certificación de interoperabilidad . ^[5]

Los dispositivos que pueden utilizar tecnologías Wi-Fi incluyen computadoras de escritorio y portátiles , consolas de videojuegos , teléfonos inteligentes y tabletas , televisores inteligentes , reproductores de audio digital, automóviles e impresoras modernas. Los dispositivos compatibles con Wi-Fi pueden conectarse a Internet a través de una WLAN y un punto de acceso inalámbrico . Dicho punto de acceso (o hotspot ) tiene un alcance de aproximadamente 20 metros (66 pies) en interiores y un alcance mayor en exteriores. La cobertura del hotspot puede ser tan pequeña como una sola habitación con paredes que bloquean las ondas de radio, o tan grande como muchos kilómetros cuadrados logrados mediante el uso de múltiples puntos de acceso superpuestos.

Existen distintas versiones de Wi-Fi, con distintos alcances, bandas de radio y velocidades. Wi-Fi utiliza más comúnmente las bandas de radio ISM de 2,4 gigahercios (12 cm) UHF y 5,8 gigahercios (5 cm) SHF ; estas bandas se subdividen en múltiples canales. Cada canal puede ser compartido en el tiempo por múltiples redes. Estas longitudes de onda funcionan mejor en línea de visión . Muchos materiales comunes las absorben o reflejan, lo que restringe aún más el alcance, pero puede tender a ayudar a minimizar la interferencia entre diferentes redes en entornos concurridos. A corta distancia, algunas versiones de Wi-Fi, que se ejecutan en hardware adecuado, pueden alcanzar velocidades de más de 1 Gbit/s.

Cualquier persona que se encuentre dentro del alcance de un controlador de interfaz de red inalámbrica puede intentar acceder a una red; por este motivo, Wi-Fi es más vulnerable a ataques (denominados espionaje ) que las redes cableadas. El acceso protegido Wi-Fi (WPA) es una familia de tecnologías creadas para proteger la información que se mueve a través de redes Wi-Fi e incluye soluciones para redes personales y empresariales. Las características de seguridad de WPA han incluido protecciones más sólidas y nuevas prácticas de seguridad a medida que el panorama de seguridad ha cambiado con el tiempo.

Para garantizar que no haya interferencias en ninguna circunstancia, el protocolo Wi-Fi requiere una separación de canales de 16,25 (11b) o 22 MHz (11g/n) (como se muestra a continuación). Cualquier espacio restante se utiliza como banda de protección para permitir una atenuación suficiente a lo largo de los canales de borde. Esta banda de protección se utiliza principalmente para adaptarse a enrutadores más antiguos con chips de módem propensos a la ocupación total del canal, ya que la mayoría de los módems Wi-Fi modernos no son propensos a una ocupación excesiva del canal.

Si bien es posible configurar frecuencias superpuestas y, por lo general, funcionan, pueden causar interferencias que provoquen ralentizaciones, a veces graves, en particular en caso de uso intensivo. Se pueden utilizar determinados subconjuntos de frecuencias simultáneamente en cualquier ubicación sin interferencias (consulte los diagramas para ver las asignaciones típicas):

Sin embargo, el espaciamiento exacto requerido cuando los transmisores no están ubicados en el mismo lugar depende del protocolo, la velocidad de datos seleccionada, las distancias y el entorno electromagnético donde se utiliza el equipo. ^[6]

La atenuación por canal relativo se suma a la debida a la distancia y los efectos de los obstáculos. Según los estándares, para los transmisores en el mismo canal, los transmisores deben turnarse para transmitir si pueden detectarse entre sí 3 dB por encima del nivel de ruido (el nivel de ruido térmico es de alrededor de -101  dBm para canales de 20 MHz). ^[8] Por otro lado, los transmisores ignorarán a los transmisores en otros canales si la intensidad de señal atenuada de ellos está por debajo de un umbral P _th que, para sistemas que no sean Wi-Fi 6 , está entre -76 y -80 dBm. ^[6] Si bien puede haber interferencias (errores de bit) en un receptor, estas suelen ser pequeñas si la señal recibida está más de 20 dB por encima de la intensidad de señal atenuada de los transmisores en los otros canales. ^[6]

El efecto general es que si hay una superposición considerable entre los transmisores de canales adyacentes, a menudo interferirán entre sí. En general, el uso de cada cuarto o quinto canal dejando tres o cuatro canales libres entre los canales utilizados causa mucha menos interferencia que compartir canales, y aún se puede utilizar un espaciamiento más estrecho a mayores distancias. ^{[9] [6]}

• 
  Disposición de red mínima en Estados Unidos, que proporciona cobertura de un área utilizando tres canales
• 
  La disponibilidad de canales Wi-Fi europeos permite patrones de reutilización de frecuencias cuadradas

Muchas redes de datos inalámbricas basadas en Zigbee / IEEE 802.15.4 operan en la banda de 2,4 a 2,4835 GHz, por lo que están sujetas a interferencias de otros dispositivos que operan en esa misma banda. La definición es que 16 canales numerados del 11 al 26 ocupen el espacio, cada uno de 2 MHz de ancho y separados por 5 MHz. El F ₀ del canal 11 está establecido en 2,405 GHz. El esquema DSSS se utiliza para extender el espectro (a partir de una velocidad de datos de 250 kbps) y reducir las interferencias. ^[7]

Para evitar interferencias de redes IEEE 802.11 , una red IEEE 802.15.4 puede configurarse para utilizar únicamente los canales 15, 20, 25 y 26, evitando las frecuencias utilizadas por los canales IEEE 802.11 de uso común 1, 6 y 11. La selección exacta del canal depende del canal 802.11 popular local. Por ejemplo, en un lugar que utiliza los canales 1, 7 y 13, la preferencia sería por los canales 15, 16, 21 y 22. La coexistencia de canales es posible siempre que haya 8 metros de espacio entre el punto de acceso 802.11 y el dispositivo 802.15.4. ^[7]

Algunos periféricos inalámbricos, como teclados y ratones, utilizan la banda de 2,4 GHz con un protocolo propietario.

La mayoría de los hornos microondas domésticos funcionan emitiendo una señal de potencia muy alta en la banda de 2,4 GHz. Los dispositivos más antiguos tienen un blindaje deficiente ^[10] y a menudo emiten una señal muy "sucia" en toda la banda de 2,4 GHz. ^[a]

Esto puede causar dificultades considerables en la transmisión de Wi-Fi y video ^[12] , lo que resulta en una reducción del alcance o el bloqueo total de la señal.

El comité IEEE 802.11 que desarrolló la especificación Wi-Fi realizó una investigación exhaustiva sobre el potencial de interferencia de los hornos microondas. Un horno microondas típico utiliza un tubo de potencia de vacío autooscilante llamado magnetrón y una fuente de alimentación de alto voltaje con un rectificador de media onda (a menudo con duplicación de voltaje ) y sin filtrado de CC . Esto produce un tren de pulsos de RF con un ciclo de trabajo inferior al 50%, ya que el tubo está completamente apagado durante la mitad de cada ciclo de red de CA : 8,33 ms en países de 60 Hz y 10 ms en países de 50 Hz.

Esta propiedad dio lugar a un modo de "robustez a la interferencia del horno microondas" de Wi-Fi que segmenta los marcos de datos más grandes en fragmentos, cada uno lo suficientemente pequeño como para caber en los períodos de "apagado" del horno.

El comité 802.11 también encontró que aunque la frecuencia instantánea de un magnetrón de horno microondas varía ampliamente durante cada medio ciclo de CA con el voltaje de suministro instantáneo, en cualquier instante es relativamente coherente , es decir, ocupa solo un ancho de banda estrecho. ^[13] La señal 802.11a/g es inherentemente robusta contra dicha interferencia porque utiliza OFDM con información de corrección de errores intercalada entre las portadoras; siempre que solo unas pocas portadoras sean eliminadas por una fuerte interferencia de banda estrecha, la información en ellas puede ser regenerada por el código de corrección de errores de las portadoras que sí pasan.

Algunos monitores para bebés utilizan la banda de 2,4 GHz. Algunos transmiten solo audio, pero otros también proporcionan video.

Los micrófonos inalámbricos funcionan como transmisores. Algunos micrófonos inalámbricos digitales utilizan la banda de 2,4 GHz (por ejemplo, el modelo DPT 70 de AKG).

Los altavoces inalámbricos funcionan como receptores. El transmisor es un preamplificador que puede estar integrado en otro dispositivo. Algunos altavoces inalámbricos utilizan la banda de 2,4 GHz, con un protocolo propietario. Pueden sufrir cortes de señal causados ​​por interferencias de otros dispositivos.

Los transmisores de vídeo suelen funcionar con una portadora FM para llevar una señal de vídeo de una habitación a otra (por ejemplo, televisión por satélite o circuito cerrado de televisión ). Estos dispositivos suelen funcionar de forma continua, pero tienen una potencia de transmisión baja (10 mW). Sin embargo, algunos dispositivos, especialmente las cámaras inalámbricas, funcionan con niveles de potencia elevados (a menudo no autorizados) y tienen antenas de alta ganancia . ^{[ cita requerida ]}

Los radioaficionados pueden transmitir televisión amateur bidireccional (y voz) en la banda de 2,4 GHz (y en todas las frecuencias ISM por encima de 902 MHz) con una potencia máxima de 1500 vatios en los EE. UU. si el modo de transmisión no incluye técnicas de espectro ensanchado . ^{[14] [15]} Se aplican otros niveles de potencia según las regiones. En el Reino Unido, el nivel de potencia máximo para una licencia completa es de 400 vatios. ^[16] En otros países, el nivel de potencia máximo para emisiones que no son de espectro ensanchado lo establece la legislación local. ^{[ cita requerida ]}

Aunque el transmisor de algunas cámaras de video parece estar fijo en una frecuencia, se ha descubierto que en varios modelos las cámaras son en realidad ágiles en frecuencia y se puede cambiar su frecuencia desmontando el producto y moviendo los enlaces de soldadura o los interruptores DIP dentro de la cámara.

Estos dispositivos son propensos a sufrir interferencias de otros dispositivos de 2,4 GHz debido a que la naturaleza de una señal de vídeo analógica muestra interferencias con mucha facilidad. Se requiere una relación portadora/ruido de unos 20 dB para ofrecer una imagen "limpia".

Las transmisiones continuas interfieren con estos, causando "patrones" en la imagen, a veces un cambio oscuro o claro, o un bloqueo completo de la señal.

Las transmisiones no continuas, como Wi-Fi, hacen que aparezcan barras de ruido horizontales en la pantalla y pueden provocar que se escuchen "estallidos" o "clics" en el audio.

Los transmisores de vídeo son un gran problema para las redes Wi-Fi: a diferencia del Wi-Fi intermitente, funcionan de forma continua y normalmente solo tienen un ancho de banda de 10 MHz. Esto provoca una señal muy intensa, como se ve en un analizador de espectro, y elimina por completo más de la mitad de un canal. El resultado de esto, normalmente en un entorno de tipo proveedor de servicios de Internet inalámbrico , es que los clientes (que no pueden oír al transmisor de vídeo debido al efecto de " nodo oculto ") pueden oír el Wi-Fi sin ningún problema, pero el receptor en el punto de acceso del WISP queda completamente eliminado por el transmisor de vídeo, por lo que es extremadamente sordo. Además, debido a la naturaleza de los transmisores de vídeo, no sufren interferencias por Wi-Fi fácilmente, ya que el receptor y el transmisor suelen estar situados muy cerca uno del otro, por lo que el efecto de captura es muy alto. El Wi-Fi también tiene un espectro muy amplio, por lo que normalmente solo el 30% de la potencia máxima del Wi-Fi afecta realmente al transmisor de vídeo. El Wi-Fi no es una transmisión continua, por lo que la señal Wi-Fi interfiere solo de forma intermitente con el transmisor de vídeo. Una combinación de estos factores (la baja potencia de salida del Wi-Fi en comparación con el transmisor de video, el hecho de que normalmente el transmisor de video está mucho más cerca del receptor que el transmisor Wi-Fi y el efecto de captura de FM) significa que un transmisor de video puede causar problemas al Wi-Fi en un área amplia, pero la unidad Wi-Fi causa pocos problemas al transmisor de video. ^{[ cita requerida ]}

Muchos transmisores de vídeo del mercado británico anuncian una potencia isótropa radiada equivalente (EIRP) de 100 mW. Sin embargo, el mercado británico solo permite un límite de EIRP de 10 mW. Estos dispositivos causan muchas más interferencias en un área mucho más amplia, debido a su excesiva potencia. Además, los transmisores de vídeo del Reino Unido deben funcionar en un ancho de banda de 20 MHz (que no debe confundirse con la desviación de 20 MHz ).

Esta mayor difusión y mayor potencia significa que algunos transmisores de vídeo importados del extranjero no son legales, ya que funcionan en un ancho de banda de 15 MHz o inferior, lo que provoca una mayor densidad de potencia espectral, lo que aumenta la interferencia. Además, la mayoría de los demás países permiten una potencia de salida espectral de 100 mW para transmisores de vídeo, lo que significa que muchos transmisores de vídeo en el Reino Unido tienen salidas de potencia excesivas. ^{[ cita requerida ]}

Muchos drones, modelos de aviones, modelos de barcos y juguetes radiocontrolados utilizan la banda de 2,4 GHz. Estos sistemas de radio pueden alcanzar hasta 500 metros en coches radiocontrolados y más de 2,5 kilómetros (1,6 millas) en drones/aviones.

Algunos abridores de puertas de garaje utilizan la banda de 2,4 GHz.

Algunos fabricantes de automóviles utilizan la frecuencia de 2,4 GHz para los sensores de movimiento internos de sus alarmas de coche . Estos dispositivos transmiten en 2,45 GHz (entre los canales 8 y 9) a una potencia de 500 mW. Debido a la superposición de canales, esto causará problemas para los canales 6 y 11, que son los canales predeterminados que se utilizan habitualmente para las conexiones Wi-Fi. Como la señal se transmite como un tono continuo, causa problemas particulares para el tráfico Wi-Fi. Esto se puede ver claramente con los analizadores de espectro. Estos dispositivos, debido a su corto alcance y alta potencia, normalmente no son susceptibles a las interferencias de otros dispositivos en la banda de 2,4 GHz. ^{[ cita requerida ]}

Algunos radares utilizan la banda de 2,4 GHz.

Algunos medidores de potencia "inteligentes" utilizan la banda de 2,4 GHz. ^{[ cita requerida ]}

Algunas nuevas transmisiones de energía verdaderamente inalámbricas utilizan la banda de 2,4 GHz. ^{[ cita requerida ]}

Los dispositivos y cables USB 3.0 , si no están protegidos adecuadamente, pueden introducir ruido en la banda de 2,4 GHz. ^[17]

Normalmente, no es muy difícil encontrar interferencias. Están apareciendo en el mercado productos económicos que actúan como analizadores de espectro y utilizan una interfaz USB estándar en una computadora portátil , lo que significa que la fuente de la interferencia se puede encontrar con bastante facilidad con un poco de trabajo, una antena direccional y conduciendo para encontrar la interferencia.

Es mejor usar Ethernet o tal vez PLC cuando se puede evitar el Wi-Fi (pero tenga cuidado con las sobrecargas de energía , pueden ocurrir a través de cualquier cable conductor ).

Una estrategia general para Wi-Fi es utilizar únicamente las bandas de 5 GHz y 6 GHz para dispositivos que también lo admitan y apagar las radios de 2,4 GHz en los puntos de acceso cuando esta banda ya no sea necesaria.

A menudo, solucionar una interferencia es tan sencillo como cambiar el canal del dispositivo que causa el problema. Esta técnica se considera parte del proceso de instalación. Cuando no se puede cambiar el canal de un sistema, como un punto de acceso inalámbrico , y está siendo interferido por algo como un transmisor de video , el propietario del transmisor de video puede cambiar el canal que está utilizando.

Otra solución es ofrecerle al propietario un producto alternativo sin cargo. Por lo general, se trata de una cámara con cable, que de todos modos suele tener un rendimiento mucho mejor que las cámaras inalámbricas, un cable para reemplazar el transmisor de video o un transmisor de video alternativo que se haya conectado a un canal alternativo sin posibilidad de volver a cambiarlo a la frecuencia que causa el problema.

Otra solución es pasar de 2,4 GHz a otra frecuencia que carezca de la vulnerabilidad a las interferencias inherentes a esa frecuencia, por ejemplo la frecuencia de 5 GHz para 802.11a/n.

Si un dispositivo que utiliza un protocolo propietario está causando o sufriendo interferencias, reemplazarlo por otro que utilice un esquema de comunicación diferente (propietario o estándar) podría resolver el problema.

En casos extremos, cuando la interferencia es deliberada o todos los intentos de deshacerse del dispositivo ofensivo han resultado inútiles, puede ser posible considerar cambiar los parámetros de la red. Cambiar las antenas colineales por antenas direccionales de alta ganancia normalmente funciona muy bien, ya que el haz estrecho de una antena de alta ganancia no "verá" físicamente la interferencia. A menudo, las antenas sectoriales tienen "puntos nulos" pronunciados en su patrón vertical, por lo que cambiar el ángulo de inclinación de las antenas sectoriales con un analizador de espectro conectado para monitorear la fuerza de la interferencia puede colocar al dispositivo ofensivo dentro del punto nulo del sector. Las antenas de alta ganancia en el extremo del transmisor pueden "dominar" la interferencia, aunque su uso puede hacer que la potencia radiada efectiva (ERP) de la señal sea demasiado alta, por lo que su uso puede no ser legal.

Las interferencias que una red Wi-Fi provoca a sus vecinas se pueden reducir añadiendo más estaciones base a esa red. Cada estándar Wi-Fi prevé un ajuste automático de la velocidad de datos a las condiciones del canal; los enlaces deficientes (normalmente los que abarcan distancias mayores) funcionan automáticamente a velocidades más bajas. La implementación de estaciones base adicionales alrededor del área de cobertura de una red, en particular en áreas existentes de cobertura deficiente o nula, reduce la distancia media entre un dispositivo inalámbrico y su punto de acceso más cercano y aumenta la velocidad media. La misma cantidad de datos tarda menos en enviarse, reduce la ocupación del canal y da más tiempo de inactividad a las redes vecinas, lo que mejora el rendimiento de todas las redes implicadas. Sin embargo, hay un número máximo de estaciones base que se pueden añadir, después del cual perturban la red más de lo que ayudan: cualquier capacidad adicional se ve socavada por el tráfico de control. ^[18]

La alternativa de aumentar la cobertura añadiendo un amplificador de potencia de RF a una única estación base puede aportar mejoras similares a una red inalámbrica. La potencia adicional que ofrece un amplificador lineal aumentará la relación señal/ruido en el dispositivo cliente, aumentando las velocidades de datos utilizadas y reduciendo el tiempo empleado en la transmisión de datos. La calidad mejorada del enlace también reducirá el número de retransmisiones debido a la pérdida de paquetes, lo que reducirá aún más la ocupación del canal. Sin embargo, se debe tener cuidado de utilizar un amplificador altamente lineal para evitar añadir un ruido excesivo a la señal.

Todas las estaciones base de una red inalámbrica deben estar configuradas con el mismo SSID (que debe ser exclusivo para todas las demás redes dentro del alcance) y conectadas al mismo segmento Ethernet lógico (uno o más concentradores o conmutadores conectados directamente sin enrutadores IP). Los clientes inalámbricos seleccionan automáticamente el punto de acceso más potente de todos los que tienen el SSID especificado y pasan de uno a otro a medida que cambian las intensidades relativas de la señal. En muchas implementaciones de hardware y software, esta transferencia puede provocar una breve interrupción en la transmisión de datos mientras el cliente y la nueva estación base establecen una conexión. Esta posible interrupción debe tenerse en cuenta al diseñar una red para servicios de baja latencia, como VoIP .

• Interferencia electromagnética
• Lista de canales WLAN