Relación entre la frecuencia de las redes inalámbricas y el alcance

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Las conexiones sin cables se han colado en nuestra vida diaria hasta el punto de que ya casi ni pensamos en ellas. Móviles, portátiles, relojes inteligentes, consolas, altavoces, sensores y electrodomésticos se comunican por radio de forma constante, aprovechando los beneficios del WiFi y Bluetooth, ya sea para acceder a Internet o para hablar entre sí dentro de casa o de la oficina.

No solo llevamos varios dispositivos conectados encima, sino que nuestro entorno está lleno de aparatos con tecnologías inalámbricas distintas: aspiradores robot, termostatos, luces, persianas, cámaras IP, sistemas de seguridad… Toda la parte domótica y de IoT gira en torno a enlaces de radio que usan frecuencias y potencias muy diferentes, y de ahí que el alcance varíe tanto de una tecnología a otra.

Relación entre frecuencia y alcance en redes inalámbricas

WiFi, Bluetooth, NFC, redes móviles, LoRaWAN, Zigbee o Wi-SUN son solo algunos ejemplos de estándares inalámbricos que conviven en el mismo aire. Cada uno se ha diseñado con un objetivo concreto: máximo alcance, mínimo consumo, mayor velocidad, robustez en entornos ruidosos, etc. Por eso la típica pregunta de «¿qué módulo o red inalámbrica es mejor?» siempre tiene la misma respuesta: depende.

La clave está en entender cómo influyen la frecuencia de trabajo, la potencia de transmisión, el ruido, los obstáculos y el diseño de la antena en la distancia útil a la que dos dispositivos pueden comunicarse con fiabilidad. No se trata tanto de hasta dónde llega físicamente una onda de radio (que en teoría es infinita) como de hasta qué distancia somos capaces de distinguir la señal del ruido.

En general, cuando subimos la frecuencia ganamos ancho de banda y velocidad, pero perdemos alcance y capacidad de penetración. Y cuando bajamos la frecuencia ocurre lo contrario: mayor alcance y mejor comportamiento frente a obstáculos, a costa de menos velocidad y menor capacidad de transportar datos.

Además, el entorno manda. Paredes, suelos, techos, árboles, humedad, otros dispositivos de radio, diseño de la vivienda o del edificio y hasta el clima pueden empeorar o mejorar el rendimiento inalámbrico. Por eso es tan importante combinar bien banda de frecuencia, protocolo y colocación de antenas si queremos sacar todo el partido a nuestra red.

Factores que condicionan el alcance de una señal inalámbrica

Cuando hablamos de alcance nos referimos a la distancia máxima a la que dos antenas pueden comunicar con una tasa de error aceptable. No es una cifra fija: cambia según el entorno, el hardware y la configuración. Hay diez grandes factores que suelen marcar la diferencia. Los mapas de cobertura WiFi permiten ver cómo esos factores afectan en zonas concretas.

1. Rendimiento o velocidad de datos

Cuanto más deprisa queremos enviar los datos, más alta debe ser la relación señal/ruido necesaria para demodular correctamente. Esto se traduce en que, para mantener velocidades altas, el alcance útil se acorta. Si bajamos la velocidad de transmisión se puede llegar mucho más lejos con la misma potencia.

En IoT, por ejemplo, muchos sensores solo mandan un valor cada cierto tiempo. Si la velocidad de bit es baja, el receptor puede distinguir la señal a distancias mucho mayores, algo parecido a cuando alguien habla despacio en una habitación ruidosa: se le entiende mejor que a quien habla muy deprisa.

2. Potencia de transmisión

Las ondas de radio se debilitan al expandirse en el espacio siguiendo la ley del cuadrado inverso: si duplicamos la distancia, la potencia recibida cae a la cuarta parte. Para recorrer largas distancias hace falta mucha más energía que para cubrir unos pocos metros, como ocurre con algunos router WiFi más potentes.

Eso implica que alcance y consumo de batería están íntimamente ligados. Un módulo de largo alcance suele disparar el gasto energético si emite a máxima potencia con frecuencia. De ahí que muchos sistemas ajusten la potencia de salida o el alcance efectivo para alargar la vida de la batería.

3. Ruido e interferencias

Llamamos señal a lo que queremos recibir y ruido a todo lo demás. La métrica clave es la relación señal/ruido (S/N). Aunque las ondas de radio puedan viajar muy lejos, si el ruido es alto llegará un punto en el que el receptor no pueda separar la señal de fondo y la comunicación dejará de ser fiable.

Ese ruido tiene origen natural y humano: radiación cósmica y solar, tormentas eléctricas, motores, líneas de alta tensión, luces fluorescentes, routers vecinos, Bluetooth, hornos microondas y cualquier otro sistema de radio cercano. Cuanto más «ruidoso» es el entorno, menor distancia efectiva se consigue a igualdad de potencia.

4. Frecuencia de operación

Las frecuencias bajas (sub-GHz como 433, 868 o 900 MHz) se difractan mejor alrededor de obstáculos y pueden rebotar en la atmósfera, lo que aumenta enormemente el alcance efectivo. A cambio, ofrecen poco ancho de banda y, por tanto, velocidades de datos relativamente modestas.

Las frecuencias altas (2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz y superiores) permiten anchos de canal amplios y módulos muy rápidos. El precio a pagar es que se atenúan mucho más al atravesar paredes, techos o vegetación y no se benefician de esas reflexiones atmosféricas. Por eso una red a 5 GHz llega peor que la de 2,4 GHz, y la de 6 GHz peor aún, aunque ofrezcan más velocidad.

5. Pérdida en espacio libre

Incluso en el vacío, sin obstáculos ni ruido, la señal disminuye simplemente por expandirse en una superficie cada vez mayor. Esta pérdida de espacio libre aumenta con la distancia y con la frecuencia, lo que explica que una misma potencia alcance menos distancia en 5 GHz que en 2,4 GHz.

La solución directa, aunque no siempre viable, es acercar físicamente transmisor y receptor, o bien aumentar el tamaño y ganancia de antenas para concentrar la energía.

6. Difracción

Cuando la señal se encuentra un objeto en su camino, parte de la energía se desvía alrededor del obstáculo. Esta difracción permite «rodear» esquinas u objetos, pero también implica pérdidas. Los cantos afilados difractan mejor que las superficies redondeadas, que suelen absorber y disipar más.

Por eso, aunque algo de energía pase, cualquier obstáculo en la línea de visión resta alcance. La planificación de enlaces profesionales intenta siempre tener trayectorias lo más despejadas posible.

7. Multitrayectoria

En el espacio libre ideal solo tendríamos un camino directo entre antenas. En el mundo real, la señal rebota en paredes, suelos, techos, mobiliario, vehículos, terreno o incluso en personas. Esos múltiples caminos hacen que la onda llegue por varios recorridos con pequeños retrasos, pudiendo sumarse o anularse parcialmente.

Muchos protocolos modernos gestionan este fenómeno con técnicas como MIMO, OFDM, diversidad de antenas o ecualizadores. Aun así, reducir reflejos excesivos (o al menos conocerlos) mejora la calidad de enlace.

8. Absorción por materiales y vegetación

Al atravesar un objeto, parte de la energía de la señal se absorbe y se transforma típicamente en calor microscópico. Paredes de ladrillo, hormigón, puertas macizas, muebles, espejos, estructuras metálicas o incluso la propia humedad ambiental restan potencia a la señal.

La vegetación también tiene un papel importante: las hojas, sobre todo húmedas, pueden atenuar bastante las señales, y no solo en frecuencias altas. Una zona arbolada densa puede arruinar un enlace que en campo abierto funcionaría perfecto.

9. Terreno y zona de Fresnel

En exteriores, colinas, montañas, edificios altos o incluso el propio relieve de la ciudad condicionan el rendimiento. La zona de Fresnel, que es un volumen elíptico entre antenas, debería estar lo más libre posible de obstáculos para minimizar cancelaciones y pérdidas.

El tipo de terreno también influye: sobre el mar, lagos o zonas pantanosas las ondas se propagan mejor que sobre zonas muy secas como desiertos. Por eso a frecuencias bajas se logran distancias enormes en enlaces costeros o marítimos.

10. Diseño y ubicación de las antenas

La antena es la parte que transforma la señal eléctrica en onda de radio y viceversa. Su ganancia, patrón de radiación, polarización, adaptación de impedancias y calidad de cableado influye directamente en el alcance y la estabilidad del enlace.

Una antena mal elegida o mal situada (o un adaptador USB WiFi inapropiado) puede tirar por tierra un sistema bien pensado. Antenas elevadas, alejadas de estructuras metálicas y con el lóbulo principal apuntando hacia la zona a cubrir suelen dar un salto de calidad enorme sin cambiar de router o módulo.

Potencia, batería y modos de ahorro de energía

En muchas aplicaciones modernas, especialmente en IoT, no hablamos de dos o tres dispositivos, sino de centenares o miles de nodos repartidos por una planta, una ciudad o una explotación agrícola. Aquí cobra mucha importancia el equilibrio entre alcance, potencia de transmisión y vida útil de la batería.

Presupuestos de energía y control de alcance

Con una gestión de energía inteligente se puede pasar de unos pocos días de autonomía a varios años con la misma batería. Limitar el alcance a lo estrictamente necesario es una de las medidas más efectivas para ahorrar.

Algunos protocolos y módulos implementan lo que se conoce como velocidad de datos adaptativa y control automático de potencia. Esto significa que el propio dispositivo baja la potencia de emisión (y a veces sube la velocidad) cuando detecta que el enlace es bueno, y la aumenta solo cuando empieza a tener problemas, optimizando cada miliamperio consumido.

Modos de suspensión y comunicación diferida

Otra herramienta fundamental es el «sueño profundo». Un módulo de radio en reposo consume una fracción mínima de energía, pero normalmente no puede recibir tramas mientras duerme. Esto choca con aplicaciones que necesitan recibir órdenes o avisos en cualquier momento.

La solución pasa por arquitecturas donde nodos «padre» (routers, gateways o coordinadores) almacenan temporalmente los mensajes para los nodos «hijo» que están dormidos. Cuando estos se despiertan de forma periódica, consultan si hay mensajes pendientes y los descargan. Combinando bien frecuencias de sondeo y tiempo activo, es posible tener sistemas alimentados por batería o energía solar que duren años sin mantenimiento.

Bandas WiFi y su alcance: 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz

En el ámbito doméstico y de oficina, el ejemplo más claro de relación entre frecuencia y alcance lo tenemos en el WiFi. Las bandas principales hoy son 2,4 GHz, 5 GHz y, más recientemente, 6 GHz (Wi‑Fi 6E y Wi‑Fi 7).

Alcance típico según frecuencia WiFi

Tomando como referencia un entorno medio (vivienda estándar) y condiciones aceptables de ruido e interferencias, se suelen manejar estas cifras orientativas de cobertura:

• Banda de 2,4 GHz: alrededor de 45 metros en interiores y hasta 90 metros en exteriores.
• Banda de 5 GHz: en torno a 15 metros en interiores y unos 30 metros en exteriores.

Los estándares más nuevos (802.11n, 802.11ac, 802.11ax) pueden mejorar algo esas distancias gracias a MIMO, modulaciones más eficientes y técnicas de codificación más robustas, pero la física es tozuda: cuanto mayor es la frecuencia, peor atraviesa paredes y peor mantiene la señal a mucha distancia.

Influencia de la estructura del edificio

La casa, por pequeña que parezca, es un campo de batalla para la cobertura. Tabiques de ladrillo, forjados de hormigón, vigas metálicas, espejos grandes, electrodomésticos voluminosos o incluso el propio mobiliario macizo degradan la señal.

Se estima que paredes de ladrillo y superficies metálicas pueden reducir el alcance hasta en un 25 %. En viviendas actuales con tabiques ligeros de cartón yeso (tipo Pladur), la atenuación es algo menor que con paredes macizas antiguas, pero sigue habiendo pérdidas importantes, sobre todo para 5 GHz y 6 GHz.

Una forma muy práctica de «pelear» con estos obstáculos es usar repetidores WiFi, sistemas WiFi Mesh o aprovechar un router viejo como extensor para llevar la señal a las zonas más conflictivas. No hay una regla fija: en algunos pisos basta un repetidor, en otros de tamaño similar se acaban necesitando dos o tres para cubrirlo bien.

Estándares WiFi y su rango de cobertura

Cada generación WiFi introduce mejoras de rendimiento, pero el rango depende también del estándar

• 802.11a: unos 35 m en interiores y 118 m en exteriores.
• 802.11b: aprox. 35 m en interiores y 140 m en exteriores.
• 802.11g: en torno a 38 m en interiores y 140 m en exteriores.
• 802.11n: puede llegar hasta 70 m en interiores y 250 m en exteriores.
• 802.11ac: cifras similares a 11n, con mejor rendimiento en la práctica.

Para Wi‑Fi 6 (802.11ax) y Wi‑Fi 6E, las pruebas reales muestran una cobertura parecida a la de 802.11ac, pero con más estabilidad, más dispositivos simultáneos y mejor gestión de la congestión. La mejora está más en la calidad de la red que en ganar metros de alcance bruto.

Banda de 2,4 GHz: mucha cobertura y poca prisa

La banda de 2,4 GHz es la veterana. La soportan absolutamente todos los dispositivos WiFi del mercado y se usa también para otras tecnologías de radio (ratones, teclados, mandos, algunos teléfonos inalámbricos, etc.). Eso la convierte en la más compatible… y también en la más saturada.

Trabaja aproximadamente entre 2,412 y 2,472 MHz, con 13 canales de 20 MHz (más un canal 14 especial no siempre disponible). En la práctica solo hay tres canales realmente no solapados, de ahí que los routers automáticos suelan escoger 1, 6 u 11 en muchos países.

Sus ventajas claras son una cobertura muy amplia y mejor capacidad de penetrar paredes, lo que la hace ideal para habitaciones lejanas. Pero los inconvenientes pesan: menor velocidad máxima, muchos menos canales disponibles y mayor exposición a interferencias de todo tipo.

Banda de 5 GHz: velocidad a cambio de metros

La banda de 5 GHz, usada por Wi‑Fi 5 y Wi‑Fi 6, ocupa el rango de 5180 a 5825 MHz. Ofrece canales de 20, 40, 80 y hasta 160 MHz, lo que se traduce en velocidades muy altas y menos solapamiento entre redes, especialmente útil en bloques de pisos llenos de routers.

Dentro de 5 GHz encontramos distintos subrangos (U‑NII‑1, U‑NII‑2A, U‑NII‑2C/DFS, U‑NII‑3) con regulaciones específicas, limitaciones de potencia y requisitos como DFS y TPC para no interferir con radares, especialmente en determinadas regiones.

Sus puntos fuertes son evidentes: gran ancho de banda, más canales, menos interferencias y mejor rendimiento. A cambio, la cobertura es menor, el poder de penetración es reducido y algunos dispositivos antiguos no son compatibles.

Banda de 6 GHz y Wi‑Fi 6E / Wi‑Fi 7

Wi‑Fi 6 en sí usa 2,4 y 5 GHz; la auténtica novedad llega con Wi‑Fi 6E, que añade la banda de 6 GHz, ampliando el espectro utilizable aproximadamente desde 5,925 hasta 7,125 GHz según el país. Eso supone 1,2 GHz extra de ancho de banda en los mercados donde se libera todo el rango.

Esto permitirá hasta 59 canales de 20 MHz, 29 de 40 MHz, 15 de 80 MHz y 7 de 160 MHz en los países más permisivos. Sin embargo, en Europa solo se ha abierto de momento el bloque UNII‑5 (unos 500 MHz), lo que reduce esas cifras a la mitad aproximada: 3 canales de 160 MHz, 6 de 80 MHz, 12 de 40 MHz y 24 de 20 MHz.

A nivel práctico, 6 GHz aporta menos interferencias, más capacidad para muchos dispositivos simultáneos y un aumento de velocidad teórica que puede rondar el 30 % respecto a 5 GHz. Pero, al ser una frecuencia aún más alta, la cobertura y la penetración en interiores son peores, sobre todo con varias paredes de por medio.

Wi‑Fi 7 dará otro salto: seguirá usando 2,4, 5 y 6 GHz, pero incrementará el ancho de canal hasta 320 MHz, multiplicará la capacidad MIMO y añadirá MLO (Multi‑Link Operation) para usar varias bandas y canales a la vez con menos latencia. Se plantea como una tecnología capaz de mover flujos extremos (VR, 8K, juego en la nube) e incluso rivalizar con enlaces cableados como USB4.

Otras tecnologías inalámbricas y su rango de frecuencias

Más allá del WiFi, existen múltiples familias de radios pensadas para distancias y usos muy concretos. Elegir bien la frecuencia es fundamental para cuadrar alcance, consumo, coste y velocidad.

Redes personales y de corto alcance (WPAN)

Las WPAN (Wireless Personal Area Network) se mueven en rango de unos 10 metros, ampliables en algunos casos. Están pensadas para enlazar dispositivos de uso personal o periféricos cercanos.

Sobre el estándar IEEE 802.15 encontramos tecnologías como Bluetooth (velocidades medias, típica en móviles), UWB (ultra‑wideband, muy rápida pero de muy corto alcance), Zigbee, RFID o IrDA para aplicaciones de baja velocidad o identificación.

Redes locales inalámbricas (WLAN)

Las WLAN son las que asociamos a la WiFi de casa, de la oficina o de la universidad. Usan ondas de radio en 2,4, 5 y 6 GHz con estándares IEEE 802.11 y coberturas típicas de hasta unos 100 metros en interiores en escenarios favorables.

Su gran ventaja es la combinación de rendimiento relativamente alto, coste contenido y flexibilidad. Por contra, a medida que la densidad de dispositivos y redes cercanas aumenta, se vuelven muy sensibles a congestión, solapamientos y ruido de radio.

Redes metropolitanas y de área extensa (WMAN y WWAN)

En un escalón superior están las WMAN, diseñadas para cubrir zonas urbanas completas, campus o polígonos industriales. Basadas en IEEE 802.16 (WiMAX), pueden llegar a decenas de kilómetros con enlaces de alta capacidad.

Las WWAN ya juegan en otra liga: hablamos de redes de muy largo alcance apoyadas en telefonía móvil (GSM, GPRS, UMTS, LTE, 5G) o enlaces satelitales. El alcance práctico es «donde llegue la red», es decir, prácticamente global, aunque el trecho entre dispositivo y antena base suele ser relativamente modesto.

Tecnologías de largo alcance y bajo consumo: LoRaWAN y Wi‑Fi HaLow

Para conectar sensores muy dispersos, con baterías que deben durar años y con muy poco tráfico de datos, surgen propuestas como LoRaWAN o Wi‑Fi HaLow. Trabajan en bandas sub‑GHz y permiten distancias que pueden ir de varios kilómetros en entornos urbanos a decenas de kilómetros e incluso cerca de 100 km en condiciones ideales y línea de visión clara.

Su secreto está en modulaciones muy robustas, velocidades de datos muy bajas y protocolos optimizados para cargas pequeñas. Son ideales para agricultura de precisión, monitorización ambiental, contadores inteligentes, ciudades inteligentes o monitorización industrial distribuida.

Alcance, salud y elección de la mejor banda

Una preocupación recurrente es si tanta radiofrecuencia puede suponer un problema de salud. Los estudios realizados hasta la fecha indican que, a los niveles de potencia habituales en redes domésticas y de oficina, no se han encontrado evidencias de efectos dañinos.

La WiFi opera en el rango de las radiaciones no ionizantes, muy lejos en energía de los rayos X o gamma, que sí pueden dañar tejidos. Un router típico emite en torno a 0,1 W, miles de veces por debajo de los límites marcados por organismos como la ICNIRP. Aun así, quien quiera ser prudente puede tomar medidas sencillas como no dormir pegado al punto de acceso o apagarlo por la noche.

Respecto a qué banda usar, la regla práctica es clara: cuanto más lejos del router o más paredes por medio, más sentido tiene 2,4 GHz. Si estamos cerca y queremos velocidad (juegos online, streaming de alta resolución, descargas grandes), lo lógico es usar 5 GHz o 6 GHz si nuestro equipo es compatible.

En viviendas con muchos vecinos, routers de doble o triple banda y un zoológico de aparatos conectados, conviene apostar por un router moderno con Wi‑Fi 6 o 6E, buena gestión de canales, band steering y, si hace falta, sistema Mesh. No es un capricho: la experiencia de uso cambia radicalmente cuando la red inalámbrica se dimensiona bien.

Al final, la relación entre la frecuencia de las redes inalámbricas y el alcance se resume en encontrar el punto dulce entre distancia, velocidad, consumo y entorno real. No existe la banda perfecta para todo, sino combinaciones adecuadas para cada caso: 2,4 GHz para cobertura amplia y dispositivos sencillos, 5 y 6 GHz para máximo rendimiento en distancias cortas, sub‑GHz y LoRaWAN para sensores lejanos y con poca energía, y redes celulares cuando lo que importa es llegar «a cualquier parte», aunque el enlace local no sea especialmente largo.