802.11 ac wave 2, Beamforming y MU-MIMO. El WiFi más rápido

Seguimos avanzando con la evolución de los protocolos WiFi y hoy nos  toca ver el protocolo inalámbrico 802.11 ac. En un post y vídeo anterior ya vimos el nacimiento de estas redes inalámbricas.

El 802.11 ac wave 2 es actualmente el protocolo WiFi más rápido que hay. El WiFi ac incorpora varias tecnologías como Beamforming o MU-MIMO que hacen que su rendimiento sea muy superior al estándar anterior 802.11 n.

Vamos a ver en qué consisten todos estos términos que acabo de mencionar.

Beamforming en un router

La tecnología Beamforming es incorporada por primera vez en el protocolo 802.11 ac y permite al router ajustar las señales de radiofrecuencia enviadas determinando cuál es el mejor camino que deberían tomar para alcanzar un dispositivo cliente. Beamforming aumenta la señal en la dirección de los dispositivos conectados.

Hasta ahora un router emitía como si fuera una antena de televisión que emite en todas direcciones y con la misma intensidad. Si un dispositivo está más lejos o con obstáculos entre él y el router, la intensidad de la señal WiFi disminuye.

Ahora con beamforming el router emite las ondas de radio como si se tratara de un cañón que dispara en la dirección en la que se encuentran los dispositivos.

Gracias a una técnica llamada Multipath el router envía la señal por múltiples caminos (incluso aprovechando que ésta rebota en algunos materiales), analiza la posición desde donde se recibe esta señal, analiza el ruido electromagnético y las interferencias entre el router y el dispositivo cliente y así puede hacerse una composición espacial de cómo están distribuidos los diferentes elementos de la red. Este multipath funciona de una manera muy similar a como un murciélago es capaz de detectar los obstáculos que hay en su entorno.

Beamforming permite lograr enlaces WiFi más estables, utiliza caminos más eficientes y acorta los tiempos de envío-recepción de la señal porque en tiempo resal ajusta la intensidad de la señal enviada y determina cuál es la mejor ruta.

Un router con beamforming es muy recomendable en lugares con muchas puertas, paredes, cristales, espejos, alicatados, escaleras o casas de varias plantas.

Con un router sin beamforming tendrás dificultades para llegar con una intensidad de señal correcta a todos dispositivos. Lo más probable es que no puedas explotar la velocidad máxima del router y no obtengas una buena cobertura.

MU-MIMO vs SU-MIMO

Ahora vamos a analizar la manera en la que un router o un Access Point se comunica con el resto de dispositivos cliente.

SU-MIMO (Single User MIMO)

Hasta ahora con SU-MIMO (Single User MIMO) el router sólo podía establecer comunicación con un único dispositivo cliente. Si teníamos varios dispositivos como por ejemplo un ordenador portátil y varios smartphones, el router establecía primero comunicación con el ordenador enviando y recibiendo datos mientas que los teléfonos quedaban a la espera.

Ejemplo de funcionamiento de un router MIMO 4x4 con SU-MIMO

Una vez terminada la transmisión con el ordenador, el primer teléfono establece la comunicación con el router y el el otro smartphone y el ordenador se quedan a la espera. Cuando el primer teléfono ha terminado llega el turno del segundo teléfono, por lo que el ordenador y el primer smartphone se quedan en standby. Llegados a este punto volvemos al principio y es el turno del ordenador.

SU-MIMO establece un bucle de comunicaciones en el que un dispositivo se comunica con el router enviando y recibiendo información mientras que los demás esperan pacientemente a que llegue su turno. Esto genera muchos tiempos muertos en los que un dispositivo no recibe datos.

Estos tiempos de espera además se agravan cuando un dispositivo es muy lento y eso ralentiza al resto. Si por ejemplo en una red con un router SU-MIMO tenemos un ordenador capaz de recibir varios streams simultáneamente, junto con varios dispositivos móviles capaces de recibir sólo 1 stream, hará que el ordenador vaya muy lento porque tiene que esperar a que todos los demás elementos Wi-Fi de la red terminen sus comunicaciones.

Este es el motivo por el que muchas veces recibo preguntas de por qué un ordenador muy caro y potente va tan lento en una red. Es por esto, porque no está solo, porque tiene que convivir con muchos elementos que le ralentizan la navegación.

MU-MIMO (Multiple User MIMO)

El calvario anteriormente descrito en SU-MIMO se solucionó con la llegada de MU-MIMO (Multiple User MIMO).

Con la tecnología MU-MIMO podemos enviar streams a varios dispositivos a la vez. Un stream podemos definirlo como una comunicación entre el router y el dispositivo cliente.

Ejemplo de comunicación de un router MIMO 4x4 con MU-MIMO y varios dispositivos.

Como podemos ver en la animación, ahora el router establece comunicación con todos los dispositivos a la vez. Con MU-MIMO el ordenador recibe 2 streams a la vez mientras que los teléfonos reciben uno cada uno de ellos. La cantidad de streams que puede enviar y recibir el router y cada cliente depende de la cantidad de antenas que tenga. De ahí esos números que puedes ver en los routers que pone MIMO 3X3, MIMO 4X4,...

La primera cifra son el número de antenas que dispone para emitir, lo veras escrito como Tx (Transmisión). La segunda cifra es lo mismo pero para la recepción de datos y lo veras como Rx (Recepción). Lo entenderás mejor con estos ejemplos de varios tipos de MIMO:

• MIMO 3 x 3 : 3 antenas para transmitir (Tx) y 3 antenas para recibir (Rx)
• MIMO 4 x 4 : 4 antenas para transmitir (Tx)y 4 antenas para recibir (Rx)
• MIMO 2 x 3 : 2 antenas para transmitir (Tx) y 3 antenas para recibir (Rx)

Generalmente el número de antenas Tx y Rx suelen ser las mismas pero no tiene porqué. Podemos encontrarnos casos como el último en el que tengamos más capacidad de recepción que de emisión.

Vídeo especificaciones técnicas protocolo 802.11 ac, beamforming, MU-MIMO y Wave 2

Si enceste artículo hay algo que se te escapa y no terminas de entender, en este vídeo te explico de una manera muy sencilla todo sobre las especificaciones técnicas del WiFI 802.11 ac (WiFi 5 que se llamará en breve), las diferencias entre el 802.11 ac wave 1 y wave 2, qué es beamforming, diferencias entre MU-MIMO y SU-MIMO, qué quiere decir MIMO 4x4,...

802.11 ac WAVE 2 vs WAVE 1

Dentro de la especificación inalámbrica 802.11 ac tenemos 2 versiones. Cada una de estas versiones se llaman Waves (olas en inglés).

 802.11 ac Wave 1

 802.11 ac Wave 1 se desarrolló entre los años 2011 y 2013 y finalmente fue aprobada en enero de 2014. Fue la primera en salir y sus principales características son:

• Opera exclusivamente en la frecuencia de 5 Ghz
• Canales: 20, 40 y 80 Mhz
• Soporta hasta 4 streams de 450 Mbps
• 256 QAM

Lo más llamativo de este protocolo es que trabaja sólo en la banda de los 5Ghz, no como el 802.11 n que operaba tanto en los 2,4 como en los 5 Ghz, e incorpora un canal de 80 Mhz.

Ya te expliqué que el "WiFi n" usaba 2 canales contiguos de 20Mhz para formar uno de 40 Mhz. En el "Wi-Fi ac" ocurre lo mismo pero con el de 80 Mhz.

 802.11 ac Wave 2

Damos un salto en el tiempo y en 2016 aparece la especificación Wave 2.

802.11 ac Wave 2 es una evolución de Wave 1 y trae importantes mejoras. Vamos a verlas:

• También usa únicamente la banda de 5 Ghz
• Canales: 20, 40, 80, 80, 80-80 (160) MHz
• Soporta hasta 8 streams de 450 Mbps
• 256 QAM

En 802.11 ac Wave 2 aumentamos mucho la velocidad máxima a la que podemos enviar y recibir información porque soporta hasta 8 streams simultáneos e incorporamos el canal de 160 Mhz (sumando 2 canales de 80 Mhz).

Esto son unos saltos cualitativos muy importantes porque con el canal de 160 Mhz,y al tener hasta 8 streams disponibles, la cantidad de dispositivos que podemos conectar simultáneamente gracias a MU-MIMO, la velocidad teórica que podemos alcanzar es de 2,34 Gbps. Esta velocidad es un límite máximo que no vamos a poder superar (y que nunca vamos a poder alcanzar), pero esta velocidad de transferencia da vértigo para ser una conexión WiFi.

Podcast 802.11 ac wave 2, Beamforming y MU-MIMO

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