Modulaciones y su uso en Wi-Fi 6

Para lograr gran ancho de banda y mejoras sobre el estándar anterior, Wi-Fi 6 utiliza entre otras mejoras, modulaciones altas que pueden transmitir más bits en el mismo tiempo. En este artículo hablaremos de esas modulaciones, sus ventajas y desventajas.

Hace tiempo, en 2016, escribí en este blog sobre las modulaciones, en este artículo. Aquí explico que son y cómo funcionan las modulaciones.

Igualmente hay otro artículo sobre Wi-Fi 6 y todas las mejoras que incorpora respecto a 802.11ac o Wifi 5 que pueden visitar, ya que aquí hablaremos simplemente de la modulación como ventaja incorporada en esta nueva tecnología.

Concepto de Modulación

Hasta ahora, particularmente en Wifi e incluso en tecnología móvil se han usado modulaciones de hasta 64QAM, y de 256QAM. Estas modulaciones son capaces de transmitir una gran cantidad de bits por símbolo, es decir que pueden transmitir en un periodo corto de tiempo mucha información.

Como ya expliqué en el artículo de modulación, QAM permite diferenciar tanto la amplitud de la señal como la fase en la que llega al receptor y extraer de esta manera la información de los bits enviados. Cuando más grande es el número asociado a la modulación, más bits se manda en cada símbolo, así tenemos que para 64QAM mandamos 6 bits por cada símbolo, para 256 mandamos 8 bits, para 1024 mandamos 10 bits. La siguiente tabla muestra los detalles para diferentes modulaciones.

ModulaciónN.º de bits
64QAM6
256QAM8
1024QAM10
2048QAM11
4096QAM12

Ventajas de las modulaciones altas

La principal ventaja de tener modulaciones más altas es tener mayor ancho de banda. Esto junto con técnicas como MIMO (Multiple Input – Multiple Output) permite tener velocidades de transmisión tan elevadas como las que tenemos actualmente en Wi-Fi 6, LTE y otras tecnologías.

Como el espectro disponible, es decir las frecuencias que se pueden usar, son limitadas, aplicar modulaciones altas nos permite utilizar canales pequeños de pocos Hz y obtener una alta tasa de bits por Hz. De esta manera en zonas muy densas como ciudades o donde hay muchos usuarios se pueden tener muchos canales trabajando cada uno de ellos transmitiendo a gran velocidad en modulaciones altas.

La principal ventaja de las modulaciones altas es, entonces, ampliar la velocidad que podemos transmitir desde un dispositivo radio utilizando la misma cantidad de frecuencias.

Desventajas o limitaciones

Por supuesto todas las tecnologías nuevas ofrecen ventajas, pero también limitaciones, conseguimos mejoras, por un lado, pero siempre a costa de restricciones por otro lado. Este caso no es diferente y hay varias desventajas importantes que si se toman en cuenta y se conocen no son un problema y se diseñan todas las instalaciones para trabajar con ellas.

Distancia

Cuanto más alta es la modulación que queremos utilizar más corta es la distancia a la que podemos transmitir. En iguales condiciones un radio puede transmitir mucho más lejos en modulación 64-QAM que en 1024-QAM. Podemos tener conexiones que funcionan perfectamente trabajando en 16-QAM y transmitiendo por ejemplo 5 Mbps. Si quisiéramos más ancho de banda y configuramos nuestro equipo para que funcionara en 256-QAM probablemente el enlace se cortaría haciendo que no transmitiéramos ni un solo bit.

Esto se hace mucho más evidente con modulaciones mayores de 256-QAM ya que la distancia se reduce drásticamente.

Nivel de señal recibido

Otro punto muy importante que hay que tomar en cuenta cuando hablamos de modulaciones altas es el nivel de señal necesario para poder trabajar en estas modulaciones. Cuanto más alta la modulación, más alta tiene que ser la potencia que recibe nuestro equipo desde el emisor y también mayor la diferencia entre esta potencia recibida y las interferencias. Cuanto más compleja es la modulación los símbolos o puntos de decisión están más cerca y es más fácil confundirlos, cuanta más interferencia allá, es más probable que el receptor tenga un punto fuera de lugar dando pie a errores, como se explica en el artículo sobre las modulaciones. Por supuesto si la distancia hasta el emisor es corta, el nivel de señal recibido será alto y aumentará cuanto más cerca estemos del emisor.

Complejidad de la electrónica

Este es otro punto para tomar en cuenta. Las modulaciones altas también son más complejas y requieren mucha más precisión en todos los pasos. Los componentes tienen que ser más precisos y por ende su complejidad y precio aumenta.

Es verdad que esto es una desventaja, pero con el tiempo y el avance de la tecnología este punto deja de ser una restricción. De hecho, hasta hace pocos años el uso de modulaciones superiores a 256-QAM estaba limitado a muy pocos equipos y de un precio muy alto.

Complejidad de la modulación y menor aumento de la velocidad

Además de estas limitaciones que hemos visto, al momento de utilizar modulaciones altas debemos agregar, que cada vez que subimos un peldaño en la complejidad de la modulación aumentamos solamente un bit adicional por cada símbolo, como se ve en la tabla anterior, esto hace que el aumento del ancho de banda, en comparación con la modulación anterior, sea cada vez menor.

Mientras, por el contrario, al aumentar cada peldaño de modulación, la complejidad aumenta exponencialmente, siendo cada vez más complicado lograr un pequeño aumento de velocidad.

Modulación256QAM1024QAM2048QAM4096QAM
Aumento de capacidad en comparación con la modulación anterior33%  25%10%9%

En la práctica

En la práctica, Wi-Fi 6 utiliza las modulaciones altas y otras tecnologías para lograr aumentar la velocidad, pero más importante que aumentar la velocidad pico, es lograr que varios usuarios se conecten a la vez para tener los transmisores ocupados durante más tiempo.

Como hemos visto las máximas modulaciones, y por ende, las máximas velocidades se logra a distancias muy cortas, para wifi, unos pocos metros, con lo cual el estándar tiene que apoyarse en otras tecnologías que permiten un uso adecuado y una mejora sobre las versiones anteriores.

Lo mismo pasa con la tecnología 5G de móviles. Esta tecnología también prevé el uso de modulaciones altas, pero en la realidad estas solo se podrán utilizar en celdas muy pequeñas de interior.

Actualmente todos los dispositivos utilizan modulaciones adaptativas, que permiten cambiar de modulación si cambian las condiciones de un enlace. Esto es clave para tecnologías móviles como Wifi y 5G, donde los receptores se pueden mover. Estas tecnologías permiten tener las máximas modulaciones para los usuarios que estén muy cerca del punto de acceso o del transmisor e ir bajando de modulación a medida que el usuario se aleja. De esta manera se pueden tener velocidades muy altas para los que estén cerca e ir bajando de velocidad y modulación, sin dejar de tener conexión y recibir todos los mensajes o videos que queramos a medida que nos movemos y nos alejamos de un emisor, las famosas barras de cobertura que vemos en los teléfonos móviles o en la conexión de Wi-Fi 6.

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