Beamforming y MIMO: Apuntar en la buena dirección

La digitalización de nuestros negocios, hogares y vidas es un fenómeno imparable que se ha acelerado en los últimos años. Por ello, avances como las tecnologías Beamforming y MIMO buscan incrementar la capacidad de las redes inalámbricas para dar servicio a los múltiples dispositivos que empleamos todos los días.

Como en toda revolución tecnológica, la infraestructura que la posibilita es el elemento más importante de la digitalización. Por mucho que deseemos dar el salto hacia lo digital e ir eliminando los dispositivos analógicos que aún empleamos, solo podremos hacerlo si contamos con infraestructura crítica como los servidores que sostienen la nube o, en un plano más próximo al usuario, la red WiFi que permite el acceso a internet de todos y cada uno de los dispositivos que la conforman.

Redes WiFi más grandes y complejas requieren sistemas y tecnologías más avanzados, eficientes y optimizados. Por ello, el Beamforming se ha convertido en un aliado clave a la hora de diseñar e implementar redes WiFi capaces de dar servicio a múltiples dispositivos a la vez.

1. Qué es la tecnología Beamforming

Beamforming o, en español, conformación de haces, es una tecnología que sirve para focalizar la señal que emite un router o punto de acceso inalámbrico hacia una dirección concreta.

Las señales, no solo las WiFi, sino, por ejemplo, las de radio, se debilitan según se van distanciando, además de que se ven obstaculizadas por los objetos. El Beamforming consiste en enfocar una señal en un haz concentrado dirigido hacia una dirección concreta.

Antaño la señal WiFi se difundía de forma omnidireccional. Es decir, en todas las direcciones por igual. En cambio, la tecnología Beamforming permite que la antena o antenas del router o punto de acceso emita la señal focalizándose en una determinada dirección: aquella donde se encuentran los dispositivos que quieren conectarse a la red. Pero… ¿cómo saben dónde se encuentran estos dispositivos?

Los routers y puntos de acceso inalámbricos cuentan, por lo general, con dos tipos de Beamforming: el explícito y el implícito.

1.1. Beamforming explícito

Mediante esta tecnología el punto de acceso a la red y el dispositivo que se quiere conectar a la misma pueden intercambiar señales. Así, tanto uno como otro podrán saber en qué posición dentro del espacio se encuentra el contrario.

Conociendo esta información, la señal se podrá lanzar escogiendo el camino más corto o más sencillo entre un punto y el otro. Esto aumentará la velocidad y la estabilidad de la conexión, reduciendo, también, las interferencias y el ruido.

1.2. Beamforming implícito

En este tipo no se establece una comunicación bidireccional entre punto de acceso o router y cliente. Sino que todo el peso recae en los primeros. Que deben hacer llegar la señal de la mejor forma posible sin contar con el intercambio de señales previo que permita el intercambio de las posiciones de cada dispositivo.

Mientras que el Beamforming explícito requiere que los clientes cuenten con él, el implícito no lo hace, bastando con que el router o punto de acceso incorpore esta tecnología. Así, pueden beneficiarse del Beamforming dispositivos anteriores al protocolo 802.11ac que extendió esta tecnología. Una cuestión clave si la red está conformada por aparatos que siguen funcionando de forma óptima, aunque ya tengan años a sus espaldas.

Por todo ello podemos señalar que la tecnología Beamforming es capaz de aumentar la señal en la dirección en la que se sitúan los dispositivos conectados a la red.

2. Directional Sensing: focalizar la transmisión de datos

Profundicemos ahora en cómo logra la tecnología Beamforming focalizar la transmisión de datos cara los lugares donde se encuentran los dispositivos conectados a la red. Para ello debemos recurrir a la técnica Directional Sensing.

Como apuntamos al explicar el funcionamiento del Beamforming explícito, la clave radica en la capacidad que tienen los dispositivos que la incorporan de comunicarse y, por lo tanto, localizarse espacialmente y ajustando la localización en tiempo real.

Pero la información que se recaba no se limita únicamente a la localización, sino también a la calidad de la señal recibida. ¿Por qué es importante? Porque si la señal que se recibe es débil, la antena emisora puede reforzar la señal que envía en la dirección en la que se encuentra el dispositivo en cuestión y así vencer los posibles obstáculos que haya en el camino.

Además, debemos tener en cuenta que no todos los dispositivos de una red requieren la misma velocidad de datos para funcionar de forma óptima.

Si con un móvil estamos, simplemente, recibiendo whatsapps, no requerirá un tráfico de datos muy intenso. En cambio, si estamos empleando un ordenador personal para realizar una videollamada por motivos laborales, necesitaremos que la señal que le llegue sea lo más constante y estable posible.

Gracias al Directional sensing dejamos atrás la señal omnidireccional, igual en todas las direcciones y para todos los dispositivos. Y, por la contra, pasamos a una señal que se enriquece de la información y el análisis para focalizar la transmisión de datos en función de las características de la red.

3. Cómo se complementa con MIMO

La tecnología MIMO permite enviar la misma señal desde diferentes antenas, lo cual reduce las interferencias y el ruido. Pero si se complementa con el sistema Beamforming se podrá optimizar aún más el uso de cada antena.

Imaginemos un MIMO 4X4, es decir, compuesto por cuatro antenas emisoras y cuatro antenas receptoras. Cada una de las emisoras apunta en una dirección diferente. Antes de dar comienzo al enlace con el dispositivo receptor, todas ellas emiten la señal con la misma intensidad. Pero una vez que el enlace comienza y las antenas reciben información del dispositivo que se quiere conectar a la red, el sistema estará en disposición de saber dónde se sitúan dichos dispositivos y, por lo tanto, qué antena o antenas están mejor situadas para comunicarse con él.

Así, se pasará a intensificar la potencia de la señal de la antena que apunta hacia la dirección adecuada. Con ello se lograrán dos objetivos:

• Optimizar el empleo de las antenas y, por ende, de la tecnología MIMO. Distribuyendo el envío de señales en función de la disposición de los dispositivos que conforman la red WiFi.
• Mejorar la calidad y la estabilidad de la señal que llega a cada dispositivo.

Así, implementar las tecnologías Beamforming y MIMO nos permite maximizar la transferencia de datos y garantizar la fiabilidad de la conexión.

3.1. La importancia del análisis

Además, el empleo de Beamforming y MIMO supone un salto analítico importante. Como señalamos con anterioridad, la tecnología de conformación de haces es capaz de analizar las señales que recibe. Este hecho, unido a la multiplicidad de antenas de la tecnología MIMO, nos permite analizar cada una de las señales que reciben dichas antenas y medir el ruido.

Al igual que pasa con los humanos, disponer de una mayor información sirve a la tecnología para su toma de decisiones. En función de los datos recabados a través de las señales, se puede decidir por qué antena se emite la señal que debe llegar a un determinado dispositivo para eludir las distorsiones e interferencias.

Desde el desarrollo del protocolo 802.11ac los dispositivos WiFi con tecnología MIMO pueden soportar el Beamforming para incrementar sus ratios de transmisión de datos.

4. Multipath: todos los caminos llevan a Roma

El uso combinado de las tecnologías Beamforming y MIMO no solo permite distribuir las señales a través de las antenas en función de la localización de cada dispositivo cliente. Sino que facilita la aplicación del multipath. Es decir, enviar varias señales iguales por diferentes caminos y, con ello, fortalecer la conexión y evitar las interferencias.

Imaginemos un caso en el que un dispositivo se encuentra lejos del router o entre ambos hay demasiados obstáculos. Emplear la antena que apunta en su dirección para enviar la señal no va a ser suficiente para que ésta sea lo suficientemente óptima. En cambio, si se usan todas las antenas para mandar la misma señal empleando caminos distintos, hay más posibilidades de que la conexión se vea reforzada.

Además, como ya señalamos al profundizar en la tecnología MIMO, estos avances son capaces de convertir los rebotes de las señales en un activo. Puesto que los mismos conllevan que las señales empleen caminos diferentes para llegar al receptor, así como tiempos distintos. Conjugando diversidad espacial y temporal.

A lo mejor el refranero popular acierta al sostener que «todos los caminos llevan a Roma».

5. Velocidad de transferencia, reducción de las interferencias y espacios complejos

Apostar por estas tecnologías conlleva numerosos beneficios para unas redes WiFi cada vez más amplias y complejas. Algunos ya los hemos ido apuntando a lo largo del artículo, como la mejora de la velocidad de transferencia de datos, la disminución del ruido, la reducción de las interferencias o de la posibilidad de que se produzcan cortes en el servicio.

Contar con más antenas de emisión y recepción y la posibilidad de direccionar las señales trae consigo la capacidad de diseñar redes más avanzadas. Y, sobre todo, situarlas en espacios físicos más complejos.

Si tenemos una oficina que es un espacio cuadrado diáfano, sin paredes ni demás barreras físicas, es fácil que la señal que emiten las antenas del router o punto de acceso llegue de forma óptima a todos los dispositivos que se conectan a la red. De hecho, bastaría con situarlo en el centro del cuadrado y no haría falta la tecnología Beamforming, la señal podría distribuirse omnidireccionalmente.

El problema radica en que la aplastante mayoría de los locales de oficinas, negocios, y los hogares no tienen unas características espaciales tan simples. Sino que las señales tienen que vencer, a menudo, paredes, puertas, cristaleras o simplemente, metros de distancia.

De hecho, la tecnología Beamforming muestra todo su potencial para mejorar la conexión de dispositivos situados a una distancia media del router o punto de acceso. Ya que los próximos a éste reciben una señal óptima con el modelo omnidireccional. Y los extremadamente alejados seguirán viendo lastrada la conexión por la distancia, a pesar de que la señal se focalice en la dirección correcta.

6. Tecnologías punteras para redes cada vez más complejas

Por ello, las tecnologías Beamforming y MIMO son unas aliadas clave a la hora de planificar una red que pueda satisfacer nuestras crecientes demandas de internet, así como la incorporación de, cada vez más, dispositivos digitales, con necesidades diferentes y emplazados en lugares diversos.

La televisión no suele cambiar de sitio dentro de un hogar, ni los ordenadores en una oficina. Pero un portátil puede ser que lo empleemos en diferentes estancias y los móviles, convertidos casi en una extensión de nosotros mismos, pueden necesitar conectarse desde los lugares más recónditos. Asimismo, no todos los dispositivos requieren la misma transferencia de datos. Y sus demandas varían en función de las acciones que llevemos a cabo con ellos.

Si nuestras necesidades son complejas, nuestra red WiFi también debe serlo, por ello, para optimizarla es indispensable analizarla.

7. Acrylic WiFi Heatmaps: análisis y optimización de la red

El empleo conjunto y complementario de las tecnologías Beamforming y MIMO facilita el diseño e implementación de redes WiFi más sólidas, eficientes e inteligentes.

Sin embargo, contar con dispositivos que incorporen estas tecnologías no basta, per se, para que la red WiFi esté plenamente optimizada. De nada sirve la innovación sino se emplea estratégicamente.

7.1. Planificar las redes WiFi

Acrylic WiFi Heatmaps es una herramienta que permite diseñar, planificar y analizar redes WiFi, pudiendo, de esta forma, sacarle el máximo partido a los recursos con los que contamos.

El programa permite dibujar los muros, techos y elementos constructivos del espacio. Seleccionar los diferentes materiales con los que están hechos. Estipular los diferentes puntos de acceso, posición, orientación y características. Y así obtener un mapa de calor de la cobertura WiFi.

Mediante este software podemos analizar el impacto de contar con routers y puntos de acceso dotados con las tecnologías Beamforming y MIMO. Así como el efecto que genera en la conexión que los dispositivos clientes también dispongan de ellas.

El grado de detalle en la simulación de la red es extraordinario. Al igual que la capacidad analítica del programa.

En función de los dispositivos y el uso habitual que les demos, podemos optar por un tipo determinado de puntos de acceso y orientarlos de la forma más óptima para satisfacer las necesidades de los dispositivos y usuarios.

7.2. Exprimir las potencialidades del Beamforming

Con Acrylic WiFi Heatmaps se pueden exprimir todas las potencialidades de las tecnologías Beamforming y MIMO y garantizar una cobertura óptima en todo el espacio, ya sea una vivienda, un edificio público o una oficina de trabajo.

En conclusión, al aumentar el número de dispositivos digitales y las tareas que realizamos en internet, los retos a los que tienen que hacer frente las redes WiFi han crecido exponencialmente. Por ello, tecnologías como Beamforming y MIMO son fundamentales para poder diseñar redes eficientes y que satisfagan todas las necesidades de datos de dispositivos y usuarios.

Asimismo, herramientas como Acrylic WiFi Heatmaps permiten analizar un espacio, de cara a montar una red que se ajuste a sus características físicas. O optimizar una red ya existente, teniendo en cuenta tanto los dispositivos clientes como las funcionalidades de los routers o puntos de acceso.

Sea como fuere, la innovación y el análisis son claves para sacar el máximo partido posible a la digitalización de nuestras vidas.