¿Qué es la radiofrecuencia?
La radiofrecuencia (RF) es una medida que representa la tasa de oscilación del espectro de radiación electromagnética, u ondas de radio electromagnéticas, de frecuencias que van desde 300 gigahercios (GHz) hasta tan sólo 9 kilohercios (kHz). Con el uso de antenas y transmisores, un campo de radiofrecuencia puede utilizarse para diversos tipos de radiodifusión y comunicaciones inalámbricas.
¿Cómo funciona la radiofrecuencia?
La radiofrecuencia se mide en unidades denominadas hercios (Hz), que representan el número de ciclos por segundo cuando se transmite una onda de radio. Un hercio equivale a un ciclo por segundo; las ondas de radio oscilan entre miles (kilohercios), millones (megahercios) y miles de millones (gigahercios) de ciclos por segundo. En una onda de radio, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. Las frecuencias de radio no son visibles para el ojo humano. A medida que la frecuencia aumenta más allá del espectro de RF, la energía electromagnética toma la forma de microondas, radiación infrarroja (IR), visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Tecnología RF
Muchos tipos de dispositivos inalámbricos utilizan campos de radiofrecuencia. Los teléfonos inalámbricos y celulares, las emisoras de radio y televisión, Wi-Fi y Bluetooth, los sistemas de comunicación por satélite y las radios bidireccionales operan en el espectro de RF. Además, otros aparatos ajenos a las comunicaciones, como los hornos microondas y los abridores de puertas de garaje, funcionan con radiofrecuencias. Algunos dispositivos inalámbricos, como los controles remotos de TV, los teclados y ratones de computadora, funcionan en frecuencias IR, que tienen longitudes de onda electromagnéticas más cortas.
¿Cómo se usa el espectro de radiofrecuencias?
El espectro de radiofrecuencias comprende el conjunto de frecuencias del marco electromagnético que van desde los 30 Hz a 300 GHz. Se divide en varias gamas, o bandas, y se le asignan etiquetas, como baja frecuencia (LF), media frecuencia (MF) y alta frecuencia (HF), para facilitar su identificación.
A excepción del segmento de frecuencia más baja, cada banda representa un aumento de frecuencia correspondiente a un orden de magnitud (potencia de 10). La siguiente tabla muestra las ocho bandas del espectro de radiofrecuencia, con sus rangos de frecuencia y ancho de banda. Las bandas de frecuencia superalta (SHF) y frecuencia extremadamente alta (EHF) se denominan a menudo espectro de microondas.
Congestión e interferencias de radiofrecuencia
En Estados Unidos, las radiofrecuencias se dividen en bandas con y sin licencia. La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) expide licencias que permiten a entidades comerciales el uso exclusivo de una banda de frecuencias en un lugar determinado. Entre estas entidades se encuentran la radio de frecuencia modulada (FM), las redes de telefonía móvil, la televisión y las comunicaciones militares y por satélite. Las frecuencias sin licencia son de uso público pero siguen siendo un medio compartido.
La competencia por el ancho de banda y los canales de los usuarios de Internet ha aumentado drásticamente en los últimos años, lo que provoca problemas de señal. Además, la distribución entre frecuencias no es equitativa. En muchos lugares, es posible encontrar emisoras -de radio y televisión- con sus propias frecuencias individuales, mientras que multitud de fuentes compiten por el espacio en las frecuencias sin licencia.
El aumento de la demanda ha dado lugar a una serie de innovaciones orientadas a mejorar la eficiencia del espectro, como la gestión dinámica del espectro, la radio troncalizada, la agrupación de frecuencias, el espectro ensanchado, la radio cognitiva y la banda ultra ancha.
¿Cómo utilizan las redes celulares la radiofrecuencia?
Una red celular suele cubrir una zona geográfica específica dividida en celdas. A cada celda se le asigna un conjunto de frecuencias que tienen asignadas estaciones base de radio. Cuando se inicia una comunicación, como una llamada de teléfono móvil, el dispositivo busca la estación base más cercana para establecer un enlace de radio. Al recibir la llamada, la antena de la estación base establece una conexión con el teléfono. Los teléfonos están diseñados para conectarse periódicamente a la red, lo que les facilita la recepción de una señal de radio de calidad sustancial procedente de una antena de estación base cercana.
La tecnología de radiofrecuencia permite utilizar un conjunto de frecuencias en otras celdas, siempre que éstas no sean limítrofes. Es posible que numerosas personas en una misma zona utilicen la misma frecuencia, porque las llamadas pueden conmutarse a la estación base más cercana con esa frecuencia concreta. Esto aumenta la capacidad de la red celular. Sin embargo, la reutilización de frecuencias sólo funciona para transmisiones no relacionadas. Los usuarios pueden seguir sufriendo algunas interferencias de señales procedentes de otras celdas que utilicen la misma frecuencia. Por eso las redes inalámbricas utilizan un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), en el que debe haber al menos una celda entre celdas que reutilicen la misma frecuencia.
FDMA permite a numerosos usuarios enviar y recibir datos por el mismo canal de comunicación.Los usuarios de redes celulares también pueden pasar de una celda a otra mientras llaman, sin que se interrumpan las llamadas. A través del proceso de transferencia, el dispositivo móvil sigue siendo consciente de la calidad de la señal y de la antena más cercana con la menor congestión. Cuando es necesario, el dispositivo móvil cambia a un canal nuevo y más conveniente.
¿Cómo utiliza el 5G la radiofrecuencia?
Los dispositivos inalámbricos habilitados para 5G se conectan a Internet y a las redes telefónicas mediante ondas de radio que atraviesan una antena cercana. Como próxima iteración de la tecnología de redes inalámbricas de banda ancha, la 5G proporciona velocidades punta de hasta 10 gigabits por segundo (Gbps) para descargas. La 5G puede funcionar en bajas frecuencias (por debajo de 6 GHz), así como en rangos de alta frecuencia, comúnmente conocidos como ondas milimétricas u ondas MM (superiores a 6 GHz). Cuanto mayor sea la frecuencia, más probabilidades tendrá el usuario de experimentar mayores velocidades de transferencia de datos.
Las redes 5G proporcionarán, por tanto, más capacidad y servirán de canal para los proveedores de servicios de Internet (ISP) que pueden competir con los servicios de Internet por cable. Las redes 5G también pueden facilitar una mayor conectividad para el internet de las cosas (IoT), las ciudades inteligentes y los procesos avanzados de fabricación, por nombrar algunos.
5G logra su mayor capacidad utilizando hasta tres tipos diferentes de celdas, macroceldas, celdas pequeñas y femtoceldas, cada una con diseños de antena únicos. Algunas de estas antenas proporcionarán mayores velocidades, mientras que otras cubrirán distancias más largas. Como la 5G opera en las bandas LF, MF y HF, el hardware adecuado depende de la mejor ruta posible para los usuarios y sus datos.
Las redes 5G también son capaces de reducir la latencia para lograr una respuesta más rápida. Se espera que ofrezcan una experiencia de usuario (UX) más coherente, incluso cuando los usuarios se desplacen con frecuencia. También se espera que la llegada de los nuevos estándares de radio 5G (5G NR) aumente las zonas de cobertura y mejore la calidad de la conexión, así como la velocidad y la tasa de datos.