Por regla general los ruteadores WiFi que funcionan en la banda de 2.4 GHz pueden alcanzar hasta 45 metros en interiores y 90 metros en exteriores. Sin embargo, la distancia que puede recorrer una señal WiFi depende de varios factores como el tipo de señal, la distancia y los obstáculos.
Las principales variables que afectan la distancia que puede cubrir una red WiFi son:
- Potencia del equipo
- Ganancia y configuración de las antenas
- Obstáculos
- Interferencia
- Sensibilidad de recepción del equipo receptor
Existe una diferencia entre las funciones de un Access Point (AP) y un ruteador WiFi; en este artículo por facilidad me referiré de forma indiferente a un ruteador WiFi o a un Access Point (AP).
Debido a que la potencia de la señal de WiFi se reduce a razón cuadrática inversa con la distancia, las señales disminuyen significativamente a pocos metros, por lo que es más sencillo utilizar unidades de potencia en escala logarítmica que puedan manejar fácilmente todo el rango de niveles de potencia.
¿Cuál es la unidad de medida de potencia de WiFi?
En WiFi se utilizan los decibelios-milivatios (dBm) como unidad de medida para la potencia de la señal. Esta medida se usa para representar la potencia de la señal, con una referencia de 0 dBm = 1 mW. Recordemos que al utilizar decibeles los números negativos representan señales muy pequeñas, por ejemplo -85 dBm equivalen a 3.1 pW (pico watts).
En las especificaciones de los Access Point de WiFi (AP) también podemos encontrar la mención de los dBi (decibelios de ganancia sobre un radiador isotrópico); esta unidad toma como base un radiador isotrópico, el cual se define como una fuente teórica puntual que produce ondas de radio con la misma magnitud en todas direcciones. Los dBi se utilizan como unidad de ganancia para las antenas, esta ganancia se suma a la energía del transmisor [dBm] para obtener la energía radiada del equipo.
Energía recibida [dBm] = Energía de transmisor [dBm] – pérdida de cable [dB] + ganancia de antena [dBi] + pérdida por obstáculos [dBm]
Cuando trabajamos con decibeles es conveniente recordar un par de reglas para tener contexto de las pérdidas y ganancias de la señal, por ejemplo “La regla de 3 dB” es quizás la regla más importante; esta regla establece que por cada aumento de 3 dB, la potencia se duplica y por cada disminución de 3 dB, la potencia se reduce a la mitad. De manera similar, cada aumento de 10 dB representa un aumento de la potencia de 10 veces y cada disminución de 10 dB representa una disminución a un décimo de la potencia.
Para mantenerlo simple podemos considerar que:
-3 dB es la mitad de la potencia
+3 dB es el doble de la potencia
-10 dB equivale a diez veces menos potencia
+10 dB es diez veces más potencia
Esta relación no es exacta. Si quisiéramos calcular la relación exacta entre decibeles y miliwatts utilizaríamos la siguiente fórmula de acuerdo a Wikipedia:
O también podemos utilizar la calculadora en línea de digikey.com
Potencia del equipo WiFi y alcance
Para calcular la potencia con la que llega una señal hasta el equipo receptor o STA (abreviación en inglés de estación) se suma la potencia en dBm del AP más la ganancia de la antena, menos todas las pérdidas que tiene la señal hasta llegar al equipo receptor. El resultado usualmente es negativo. Un resultado negativo indica que es una señal muy pequeña. Los equipos receptores comerciales pueden procesar señales de -85 dBm que equivalen a 3.1 pW (pico watts).
Como es lógico, un ruteador WiFi de mayor potencia tendrá un mayor alcance. Sin embargo, al tratarse de una comunicación bidireccional, consideraremos también la potencia del equipo receptor o STA. Si el dispositivo móvil o laptop tienen menor potencia, el enlace no será tan grande. Este punto es importante porque estos dispositivos sacrifican la potencia de WiFi a fin de alargar la vida de la batería reduciendo el alcance de la red.
La potencia de cada AP se puede encontrar en la tabla de especificaciones del fabricante, por ejemplo, la siguiente imagen muestra la potencia para un equipo Meraki MR32. Ahí podemos encontrar la banda, el protocolo (Operating Mode), la velocidad máxima (Data Rate), la potencia de transmisión (TX Power) y en la última columna podemos ver la Sensibilidad de recepción del equipo (RX Sensitivity) la cual nos dice la señal más pequeña que el equipo puede recibir y procesar.
¿Cuál es la potencia máxima permitida para un ruteador de WiFi?
La potencia de los equipos comerciales y residenciales de WiFi está restringida por las leyes de cada país. Aunque existe la tecnología para fabricar equipos más potentes, los fabricantes limitan la potencia de los equipos para cumplir con los reglamentos de telecomunicaciones locales y el estándar de la IEEE.
La potencia máxima permitida para equipos WiFi varía de acuerdo con el protocolo utilizado y con las regulaciones de cada país. Por ejemplo, para la banda de 2.4 Ghz existen dos límites de potencia:
- 18 dBm (63 mW) para el protocolo 802.11b con modulación CCK (codificación de código complementario)
- 20 dBm (100 mW) para el protocolo 802.11g/n con modulación OFDM (Multiplexación por división de frecuencias ortogonales)
Ambos protocolos utilizan la misma banda de frecuencia de 2.4Ghz, pero diferentes tipos de modulación.
Por otro lado, cada país tiene reglamentos particulares para limitar la potencia de los equipos. En general, las potencias permitidas en Europa y Japón son menores a las de EE. UU. y Mexico. Además de la potencia existen ligeras variaciones a considerar en el uso de canales y frecuencias. Por ejemplo, la IEEE define las frecuencias para cada uno de los 14 canales del protocolo IEEE 802.11b/g; sin embargo en México se define que los canales del 1 al 8 son para uso en interiores, mientras que los canales del 9 al 11 se pueden usar en interiores y exteriores. Otros países como Japón también tienen diferencias; por ejemplo, en el país nipón el canal 14 no está disponible y cuando hablamos del WiFi 6 las diferencias entre países aumentan considerablemente.
¿Cuál es la ley que regula los equipos WiFi en México?
En México los equipos WiFi se regulan bajo la NOM-208-SCFI-2016, que aplica para productos que utilizan Spread spectrum, FHSS, modulación digital y que operan en las bandas de 902 MHz-928 MHz, 2400 MHz-2483.5 MHz y 5725 MHz-5850 MHz. Esta norma indica que los equipos que se venden en México deben apegarse a la Disposición Técnica IFT-008-2015.
Es importante señalar que la norma no hace referencia a equipos de WiFi solamente, ya que esta norma regula también dispositivos médicos e industriales que generan radiofrecuencia en la banda de 2.4 Ghz. También podemos ver que la NOM hasta octubre del 2022 no cubría todo el espectro de WiFi 6E que utiliza las bandas de 2.4, 5 y 6 Ghz, ya que las bandas superiores están asignadas actualmente para comunicación satelital.
Para la banda de 5Ghz el Diario Oficial de la Federación (DOF) estipula las condiciones técnicas de operación de la banda 5 725 a 5 850 MHz:
“La potencia máxima de transmisión entregada a las antenas de los sistemas de radiocomunicación no deberá exceder de 1 W, pudiéndose utilizar antenas de transmisión con ganancia direccional máxima de 6 dBi, de manera que se obtenga una Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (PIRE) máxima de 4 W. La densidad de PIRE no deberá exceder de 200 mW/MHz en cualquier banda de 1 MHz.
Si se utilizan antenas de ganancia direccional mayor a 6 dBi, la potencia total de entrada a las mismas y la correspondiente densidad de potencia, deberán ser reducidas en la misma cantidad que la ganancia direccional exceda de 6 dBi.”
Modulación y Codificación
Los estándares de WiFi definen diferentes esquemas de modulación y codificación de la señal, que pueden ser utilizados a través de canales (anchos de banda) definidos en un rango específico del espectro de frecuencias. Como la modulación y la codificación se usan juntas, la IEEE define varias combinaciones de modulación y tasas de codificación para los estándares 802.11ac/n y 802.11ac. Estas combinaciones están representadas por el índice MCS (Índice de Esquema de Modulación y Codificación). Este índice define la tasa de transmisión máxima con la que pueden comunicarse los dispositivos; de forma general entre más es alto el índice, más rápida es la comunicación, aunque en la práctica es más susceptible a interferencias.
Por ejemplo, para el estándar WiFi 802.11ac se definen diez posibles combinaciones de modulación y codificación, que van desde MCS0 (esquema de modulación y codificación 0) hasta MCS9, siendo el MCS0 la combinación más robusta en presencia de ruido e interferencia, pero ofreciendo velocidades más lentas. En el otro extremo, el MCS9 ofrece las velocidades más altas, pero es el menos robusto, ya que combina el esquema de modulación menos robusto (256-QAM) con el esquema de codificación menos robusto. MCS9 ofrece 13,3 veces la velocidad de datos que MCS0.
Para lograr mayores velocidades, los índices MCS más altos utilizan varios canales simultáneamente y canales más anchos que el original de 20 Mhz, lo que los hace más susceptibles a interferencias de otras redes o del ruido. Finalmente, algunos equipos como laptops y celulares están limitados a los niveles bajos de MCS, ocasionando que las velocidades de WiFi en la práctica sean muy diferentes que las velocidades teóricas de cada estándar.
Si quieres profundizar en este punto, el artículo de redes Telemáticas Velocidad de las redes WiFi N en entornos residenciales explica muy bien este concepto.
Ganancia y Configuración de las antenas
Los equipos se rigen por las especificaciones gubernamentales que limitan la potencia de transmisión. Este límite de potencia considera una antena isotrópica, es decir, una antena que envía la señal con la misma potencia en cualquier dirección. Para definir la potencia máxima de los equipos en México se utiliza el PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente) que es la cantidad de potencia que emitiría una antena isotrópica teórica. Lo anterior nos da una oportunidad de utilizar antenas direccionales a fin de enfocar la potencia del equipo hacia una zona o punto específico, incrementando la potencia radiada hacia esa zona y aun así cumpliendo la norma que limita la potencia del equipo. A ese incremento de potencia que se realiza a través de una antena se le llama ganancia y se mide en dBi (decibelios de ganancia sobre un radiador isotrópico).
Cabe señalar que, para cualquier antena, el aumento de la señal no es una amplificación, sino un acto de redistribución de la señal de radiofrecuencia (RF) hacia una dirección particular. Básicamente, las antenas solo concentran la energía de radio en una dirección, no la crean. Como no se genera una nueva señal de RF, la señal más fuerte se logra a expensas de la intensidad de otras direcciones.
La energía radiada por el equipo se calcula con la energía del transmisor, la pérdida del cable y la ganancia de la antena. Es importante considerar que, para un mismo juego de equipo y antena, los valores de la ecuación variarán según la banda de frecuencia. Esto pasa porque la norma define una potencia máxima para cada banda y porque las ganancias de las antenas se comportan de forma diferente en cada banda.
Energía radiada [dBm] = Energía de transmisor [dBm] – pérdida de cable [dB] + ganancia de antena [dBi]
Se dice que una antena que irradia energía por igual en todas las direcciones y no tiene preferencia por la radiación en ninguna dirección “no tiene ganancia”, así que su ganancia es de 0 dBi.
Algunos tipos de antenas direccionales son:
- Antenas Yagi
- Mini Panel Antenas
- Antenas de panel
- Antenas de rejilla parabólica
- Antenas CPE
¿Cómo afecta la distancia a la intensidad de señal de WiFi?
Cuanto más se aleje de su enrutador, menor será su señal de WiFi y, en consecuencia, menor será la velocidad de la red.
El modelo de Pérdida de trayectoria en espacio libre (FSPL del inglés Free Space Path Loss) representa la cantidad de energía que una onda de radio pierde a medida que viaja alejándose de su fuente.
La fórmula de FSPL se basa en la Ley de cuadrado inverso de la distancia que nos dice que cuando la distancia a la fuente se duplica, la energía se reparte en un área 4 veces mayor. Esto hace que la señal pierda 4 veces su amplitud original. En otras palabras, la señal WiFi se reduce a un cuarto de la potencia o 6dB cada vez que se duplica la distancia a la fuente y lo mismo pasa con la frecuencia, al doblarse la frecuencia las pérdidas se incrementan por un factor de cuatro. Por eso se dice que los protocolos más nuevos como WiFi 5 (antes 802.11ac) y WiFi 6 tienen menor cobertura, porque son más sensibles a la distancia.
| Banda | Protocolo | Distancia Teórica | Distancia Real* |
| 2.4 Ghz | 802.11b | 140 m | 70 m |
| 2.4 Ghz | 802.11g | 35 m | 18 m |
| 2.4 Ghz | 802.11n (WiFi 4) | 249 m | 124 m |
| 5 Ghz | 802.11a | 118 m | 59 m |
| 5 Ghz | 802.11ac (WiFi 5) | 249 m | 124 m |
| 5 Ghz | 802.11n (WiFi 4) | 140 m | 70 m |
¿Por qué hay tanta diferencia entre la distancia teórica y la real en una red WiFi?
La distancia teórica que se calcula con el modelo de Pérdida de trayectoria en espacio libre (FSPL) solo contempla la degradación de la señal con la distancia y no considera los obstáculos ni el ruido. Para que la señal sea procesada exitosamente se requieren al menos 20 dB entre la señal de nuestra red y el ruido electromagnético creado por otras redes o por aparatos que emiten frecuencias en las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz. Cuando la diferencia es menor que los 20 dB la señal no es procesada correctamente, tiene errores y la velocidad disminuye. En condiciones donde hay muchas redes compitiendo por los mismos canales es común encontrar este problema y en esos casos podemos ver que al disminuir la distancia del receptor al Access Point la potencia aumenta, incrementando la diferencia entre la señal y el ruido, lo que hace que la velocidad del enlace mejore. A esta relación entre señal y ruido se le conoce como SNR (Signal to Noise Ratio).
¿Qué objetos obstruyen el WiFi?
Cuando pensamos en obstáculos evocamos paredes, puertas o ventanas; sin embargo, también el mobiliario y la misma gente pueden atenuar la señal. Este efecto se observa fácilmente en los estadios, donde los mapas de intensidad de la señal de WiFi (mapas de calor) cambian drásticamente cuando el estadio está lleno.
Una señal WiFi típica de 2.4 GHz con un transmisor de 20 dBm (100 mW) se reducirá en 20 dB al atravesar una pared de un material de ladrillo o concreto y se reducirá solo en 3 dB al atravesar un vidrio o Tablaroca. La siguiente tabla muestra la degradación de la señal al pasar por los materiales más comunes a diferentes frecuencias.
| Material | Atenuación (dB) 2.4 Ghz | Atenuación (dB) 5.8 Ghz |
| Panel de Tablaroca | 3-4 | 3-5 |
| Puertas de Madera | 3-4 | 6-7 |
| Muros de ladrillo o concreto | 6-18 | 10-30 |
| Ventanas de vidrio sin entintar | 2-3 | 6-8 |
| Puerta de acero | 12-19 | 25-32 |
¿Cuáles son las posibles fuentes de interferencia de WiFi?
El espectro de 2.4 Ghz está plagado de dispositivos que generan interferencia. La interferencia puede ser generada por teléfonos inalámbricos, dispositivos bluetooth, hornos de microondas, lavadoras, equipo médico y equipo industrial. Todos estos equipos emiten ondas de radio con la misma frecuencia que el WiFi de 2.4 Ghz y pueden tener un impacto negativo en sus dispositivos. Las señales con frecuencia de 5 Ghz sufren menos este efecto.
¿Que es RX Sensitivity en WiFi?
La sensibilidad del receptor (RX Sensitivity) se refiere a la potencia mínima de señal, recibida en un puerto de antena, para que los receptores la decodifiquen con una precisión dada. La sensibilidad del receptor puede verse degradada por la interferencia, lo que afecta la calidad de las señales recibidas.
La sensibilidad típica de un equipo que opera en el protocolo 802.11g es de -83 dBm a una velocidad de 11 Mbit/s y una tasa de error de bits o BER (Bits error rate) de 10E-5 (99.999 %). Cuando la señal disminuye la tasa de error se incrementa, afectando negativamente la velocidad del enlace.
