Ejercicio Ancho de Banda_Solución.docx

**Ejercicio Ancho de Banda:** **Instrucciones:** **1. Introducción (5 minutos):** Antes de comenzar la investigación, reflexiona sobre el concepto de **ancho de banda**. Recuerda que el ancho de banda se refiere a la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de una red en un tiempo deter...

**Ejercicio Ancho de Banda:** **Instrucciones:** **1. Introducción (5 minutos):** Antes de comenzar la investigación, reflexiona sobre el concepto de **ancho de banda**. Recuerda que el ancho de banda se refiere a la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de una red en un tiempo determinado. Un ancho de banda mayor permite una transmisión de datos más rápida. Piensa en cómo el ancho de banda afecta tu día a día: ¿cómo influye en la velocidad de internet en tu casa o en tu celular? ¿Notas alguna diferencia al usar Wi-Fi en comparación con los datos móviles? **2. Investigación (30 minutos):** Realiza una investigación sobre los anchos de banda de las siguientes tecnologías de comunicación: - **Wi-Fi** (específicamente versiones como 802.11ac o 802.11ax), - **4G (LTE)**, - **5G**. Durante la investigación, responde las siguientes preguntas para cada tecnología: - ¿Cuál es el **ancho de banda máximo teórico** que puede alcanzar esta tecnología? - ¿Cuáles son las **características tecnológicas** que permiten estos anchos de banda? - ¿Cómo influye el ancho de banda en la **velocidad de transmisión de datos** y la **capacidad de conectar varios dispositivos** a la vez? Toma notas de los valores que encuentres, y asegúrate de citar las fuentes de información para verificar su confiabilidad. **3. Análisis y comparación (10 minutos):** Una vez que hayas recolectado los datos de las tres tecnologías, realiza una **comparación** entre ellas. Organiza tus resultados en un cuadro como el siguiente: - **¿Cuál tiene el mayor ancho de banda?** - **¿Por qué esta tecnología supera a las demás?** Piensa en factores como el uso de frecuencias más altas, la capacidad de transmisión simultánea (MIMO), o la disponibilidad de infraestructura. **4. Reflexión final (5 minutos):** Responde de manera individual: - ¿Qué tecnología te parece la más adecuada para el uso en tu entorno cotidiano (hogar, calle, etc.) y por qué? - ¿Cómo crees que el aumento del ancho de banda en tecnologías como 5G impactará en la forma en que consumimos contenidos digitales o usamos aplicaciones en el futuro? **Evaluación:** La evaluación de tu actividad se basará en: - **Calidad de la investigación**: ¿Encontraste información precisa y detallada sobre cada tecnología? - **Capacidad de comparación**: ¿Lograste identificar y explicar las diferencias en el ancho de banda de cada tecnología? - **Reflexión personal**: ¿Fuiste capaz de relacionar la investigación con tu vida cotidiana y prever los impactos futuros? **Objetivo: Este ejercicio te ayudará a comprender cómo diferentes tecnologías de comunicación afectan la velocidad y la calidad de la conexión, preparándote para aprovechar de manera crítica las tecnologías emergentes como el 5G.** **Respuestas:** ### **Paso 1: Introducción al concepto de Ancho de Banda** El **ancho de banda** es la cantidad máxima de datos que se pueden transmitir a través de una red en un periodo determinado, generalmente medido en **megabits por segundo (Mbps)** o **gigabits por segundo (Gbps)**. Cuanto mayor sea el ancho de banda, mayor será la velocidad de transmisión de datos. Esto afecta directamente la velocidad de navegación en internet, la calidad de transmisión de videos, la capacidad de realizar videollamadas sin interrupciones, entre otras aplicaciones. ### **Paso 2: Investigación de cada tecnología** #### **Wi-Fi** El Wi-Fi, utilizado principalmente para conectarse a internet en casa o en entornos públicos, tiene varias versiones que ofrecen diferentes anchos de banda. - **802.11ac** (Wi-Fi 5): Esta es una de las versiones más comunes en la actualidad. Opera en la banda de 5 GHz, permitiendo velocidades teóricas de hasta **3.5 Gbps**. La razón por la que esta versión de Wi-Fi alcanza estas velocidades es el uso de la tecnología **MIMO (Multiple Input, Multiple Output)**, que permite transmitir varios flujos de datos simultáneamente. También utiliza **canales más amplios** (hasta 160 MHz), lo que aumenta el ancho de banda disponible para la transmisión. - **802.11ax** (Wi-Fi 6): Es la última versión del Wi-Fi. Ofrece un ancho de banda teórico máximo de **9.6 Gbps**. Wi-Fi 6 es más eficiente que Wi-Fi 5 debido a que utiliza **OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)**, lo que mejora la capacidad de transmisión en entornos congestionados y permite que más dispositivos se conecten sin reducir la velocidad general. **Ancho de banda Wi-Fi:** - Wi-Fi 5 (802.11ac): **Hasta 3.5 Gbps**. OJO 5GBPS - Wi-Fi 6 (802.11ax): **Hasta 9.6 Gbps**. #### **4G (LTE)** El **4G LTE** es la tecnología estándar actual para redes móviles, especialmente en entornos urbanos. LTE significa \"Long-Term Evolution\" y es una mejora significativa sobre las redes 3G. - **Ancho de banda máximo teórico**: La velocidad máxima teórica de una red 4G LTE es de **150 Mbps a 1 Gbps**, dependiendo de la configuración de la red y el espectro disponible. Las redes LTE más rápidas utilizan técnicas como **Carrier Aggregation** (agrupación de canales) y **MIMO** para mejorar la capacidad y la velocidad. El rendimiento real de 4G depende mucho de factores como la congestión de la red, la distancia a la torre de señal y las interferencias, por lo que las velocidades experimentadas por los usuarios son generalmente menores que el máximo teórico. **Ancho de banda 4G LTE:** - **Hasta 1 Gbps** (en condiciones óptimas). #### **5G** El **5G** es la próxima generación de redes móviles, y una de sus principales ventajas es su capacidad para manejar un ancho de banda mucho mayor que el 4G, además de ofrecer una latencia significativamente menor. - **Ancho de banda máximo teórico**: Las redes 5G pueden alcanzar velocidades teóricas de **10 Gbps a 20 Gbps**. Esto es posible gracias al uso de frecuencias más altas, como la banda milimétrica (mmWave), que opera en rangos de hasta **28 GHz** o más. Estas frecuencias permiten transmitir grandes cantidades de datos rápidamente, pero también tienen un alcance más corto y menor capacidad para penetrar paredes u obstáculos. 5G también utiliza tecnologías avanzadas como **MIMO masivo** y **Beamforming** para mejorar la eficiencia y el alcance de las señales, especialmente en áreas urbanas densas. **Ancho de banda 5G:** - **Hasta 20 Gbps** (teórico). ### **Paso 3: Análisis y comparación** Ahora que hemos investigado el ancho de banda de cada tecnología, vamos a compararlas en una tabla para visualizar mejor los datos:  #### **Comparación y explicación:** - **5G** tiene el mayor ancho de banda teórico, alcanzando hasta **20 Gbps**. Esto se debe a su capacidad de utilizar bandas de frecuencia más altas (como las ondas milimétricas), que permiten transmitir más datos en menos tiempo, pero con menor penetración y alcance. - **Wi-Fi 6** le sigue con **9.6 Gbps**, un salto significativo en comparación con Wi-Fi 5 gracias a tecnologías como **OFDMA** y **MIMO** mejorado, que permiten una mayor eficiencia, especialmente cuando varios dispositivos están conectados simultáneamente. - **Wi-Fi 5** tiene un ancho de banda de hasta **3.5 Gbps**, que sigue siendo considerablemente alto, pero inferior al Wi-Fi 6. - **4G LTE** es la tecnología con menor ancho de banda en esta comparación, alcanzando como máximo **1 Gbps** en condiciones ideales. Aunque sigue siendo adecuada para la mayoría de los usos diarios, como ver videos o navegar por internet, no tiene la capacidad ni la velocidad de 5G o Wi-Fi 6. La relación entre los resultados en **Mbps** (megabits por segundo) y **Hz** (hercios) en el contexto del ancho de banda y las tecnologías de comunicación, como Wi-Fi, 4G o 5G, puede explicarse en términos de cómo se utilizan las frecuencias (medidas en Hz) para transmitir datos (medidos en Mbps). 1. **Frecuencia en Hz**: La frecuencia se refiere al número de veces por segundo que las ondas de radio oscilan. En comunicaciones inalámbricas, diferentes tecnologías operan en diferentes bandas de frecuencia. Por ejemplo: - Wi-Fi 5 (802.11ac) opera en la banda de **5 GHz**. - Wi-Fi 6 (802.11ax) también puede usar la banda de **5 GHz** pero introduce el uso de **6 GHz**. - 4G LTE utiliza bandas de frecuencia más bajas, alrededor de **700 MHz a 2.5 GHz**. - 5G, en sus versiones más rápidas, puede operar en frecuencias mucho más altas, como las bandas milimétricas alrededor de **28 GHz**. 2. **Ancho de banda en Mbps**: El ancho de banda mide la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de la red en un tiempo determinado. Cuanto mayor es la frecuencia en Hz, mayor puede ser el ancho de banda (Mbps) porque frecuencias más altas permiten enviar más datos en el mismo tiempo. Sin embargo, hay una serie de factores adicionales que también afectan este ancho de banda, como la eficiencia de la tecnología (MIMO, OFDMA) y la infraestructura de red. 3. **Relación entre Hz y Mbps**: - Las frecuencias más altas (más Hz) permiten mayores velocidades de transmisión de datos (más Mbps) porque pueden transportar más información por segundo. Por ejemplo, 5G puede alcanzar frecuencias de **28 GHz** o más, lo que le permite transmitir hasta **20 Gbps** (20,000 Mbps), mientras que el 4G, que usa frecuencias mucho más bajas, tiene un límite teórico de **1 Gbps**​ No existe una fórmula directa y sencilla que convierta frecuencias (Hz) en anchos de banda (Mbps) debido a que el **ancho de banda en Mbps** depende de varios factores tecnológicos adicionales, no solo de la frecuencia en Hz. Sin embargo, se pueden considerar ciertos principios que ayudan a entender la relación. ### Factores que influyen: 1. **Frecuencia en Hz**: Cuanto mayor es la frecuencia de una señal, más ciclos por segundo tiene la onda, lo que permite potencialmente transmitir más datos. 2. **Ancho de banda de canal**: Este es el rango de frecuencias disponible para la transmisión de datos, no la frecuencia central de la señal. Por ejemplo, en Wi-Fi, las versiones más nuevas usan canales de hasta **160 MHz** de ancho de banda (el espacio que tienen para transmitir datos dentro del espectro). 3. **Modulación y eficiencia espectral**: La cantidad de datos que se pueden transmitir en un canal de un cierto ancho de banda también depende de las técnicas de modulación utilizadas (por ejemplo, QAM) y de la eficiencia espectral, que se mide en bits por segundo por hertz (bps/Hz). Esta es la capacidad de una tecnología para transmitir más bits por cada ciclo de frecuencia. ### Fórmula aproximada para estimar el ancho de banda (Mbps) Una fórmula aproximada que se puede utilizar para estimar la **capacidad teórica** (en Mbps) es: Capacidad(Mbps)=Ancho de banda del canal(Hz)×Eficiencia espectral (bps/Hz)\\text{Capacidad} (Mbps) = \\text{Ancho de banda del canal} (Hz) \\times \\text{Eficiencia espectral} \\ (\\text{bps/Hz})Capacidad(Mbps)=Ancho de banda del canal(Hz)×Eficiencia espectral (bps/Hz) #### Donde: - **Ancho de banda del canal (Hz)**: Es la cantidad de espectro disponible para transmitir datos (generalmente expresado en MHz o GHz). Ejemplo: en Wi-Fi 6, el ancho de banda de un canal puede ser de **160 MHz**, que son **160,000,000 Hz**. - **Eficiencia espectral (bps/Hz)**: La cantidad de bits transmitidos por cada Hz de frecuencia. Por ejemplo, una modulación como **256-QAM** (una de las usadas en Wi-Fi o 4G/5G) tiene una eficiencia espectral típica de **6-8 bits por Hz**. ### Ejemplo: Supongamos que estamos usando una red con un ancho de banda de **100 MHz** y una eficiencia espectral de **6 bits/Hz** (usando modulación 256-QAM). Capacidad=100,000,000 Hz×6 bps/Hz=600,000,000 bps=600 Mbps\\text{Capacidad} = 100,000,000 \\ \\text{Hz} \\times 6 \\ \\text{bps/Hz} = 600,000,000 \\ \\text{bps} = 600 \\ \\text{Mbps}Capacidad=100,000,000 Hz×6 bps/Hz=600,000,000 bps=600 Mbps ### Factores adicionales: - **Técnicas como MIMO** (Multiple Input, Multiple Output) permiten aumentar el ancho de banda efectivo al transmitir múltiples flujos de datos simultáneamente. - **Agrupación de portadoras** (Carrier Aggregation) en tecnologías móviles como 4G/5G también mejora el ancho de banda al combinar varios canales. En resumen, aunque no hay una fórmula simple que relacione directamente los Hz con los Mbps, puedes usar el ancho de banda del canal y la eficiencia espectral para estimar la capacidad de transmisión de datos en una tecnología específica. Para calcular el **ancho de banda en Mbps** basado en la frecuencia **en Hz** en el contexto de tecnologías como Wi-Fi, 4G o 5G, es necesario tener en cuenta: 1. **Ancho de banda del canal en Hz**: Este es el rango de frecuencias asignado para transmitir datos. 2. **Eficiencia espectral**: Se refiere a cuántos bits por segundo pueden transmitirse por cada hercio de ancho de banda. ### Estimación de Mbps según la frecuencia La fórmula básica para estimar el **ancho de banda teórico** es: Capacidad (Mbps)=Ancho de banda del canal (Hz)×Eficiencia espectral (bps/Hz)\\text{Capacidad (Mbps)} = \\text{Ancho de banda del canal (Hz)} \\times \\text{Eficiencia espectral (bps/Hz)}Capacidad (Mbps)=Ancho de banda del canal (Hz)×Eficiencia espectral (bps/Hz) Veamos algunos ejemplos prácticos basados en las tecnologías que mencionas: ### 1. **Wi-Fi 6 (802.11ax)** - **Frecuencia**: Opera en la banda de 5 GHz y puede usar un **ancho de banda de canal** de hasta **160 MHz**. - **Eficiencia espectral**: Wi-Fi 6 puede alcanzar eficiencias de **10-12 bits por Hz** con tecnologías avanzadas como OFDMA y MIMO. #### Cálculo: Capacidad=160,000,000 Hz×10 bps/Hz=1,600,000,000 bps=1,600 Mbps\\text{Capacidad} = 160,000,000 \\ \\text{Hz} \\times 10 \\ \\text{bps/Hz} = 1,600,000,000 \\ \\text{bps} = 1,600 \\ \\text{Mbps}Capacidad=160,000,000 Hz×10 bps/Hz=1,600,000,000 bps=1,600 Mbps Entonces, Wi-Fi 6 puede alcanzar **1,600 Mbps** (1.6 Gbps) en condiciones óptimas con un canal de 160 MHz. ### 2. **4G LTE** - **Frecuencia**: Opera entre 700 MHz y 2.5 GHz, con anchos de banda de canal típicos de **20 MHz**. - **Eficiencia espectral**: Con 4G LTE avanzado, la eficiencia espectral puede ser de **5-7 bits/Hz**. #### Cálculo: Capacidad=20,000,000 Hz×6 bps/Hz=120,000,000 bps=120 Mbps\\text{Capacidad} = 20,000,000 \\ \\text{Hz} \\times 6 \\ \\text{bps/Hz} = 120,000,000 \\ \\text{bps} = 120 \\ \\text{Mbps}Capacidad=20,000,000 Hz×6 bps/Hz=120,000,000 bps=120 Mbps En este caso, una red 4G LTE con un canal de 20 MHz puede proporcionar **120 Mbps** teóricos en condiciones ideales. ### 3. **5G (banda milimétrica)** - **Frecuencia**: Usa frecuencias mucho más altas, como **28 GHz**, con anchos de banda de canal de **100 MHz a 400 MHz**. - **Eficiencia espectral**: 5G puede alcanzar eficiencias espectrales de **15-30 bits/Hz** en la banda milimétrica. #### Cálculo (con canal de 100 MHz y 20 bps/Hz): Capacidad=100,000,000 Hz×20 bps/Hz=2,000,000,000 bps=2,000 Mbps=2 Gbps\\text{Capacidad} = 100,000,000 \\ \\text{Hz} \\times 20 \\ \\text{bps/Hz} = 2,000,000,000 \\ \\text{bps} = 2,000 \\ \\text{Mbps} = 2 \\ \\text{Gbps}Capacidad=100,000,000 Hz×20 bps/Hz=2,000,000,000 bps=2,000 Mbps=2 Gbps Con un canal de 100 MHz, 5G puede alcanzar **2 Gbps** en condiciones ideales, pero frecuencias más altas y canales más amplios permitirían hasta **20 Gbps** en redes avanzadas. ### Conclusión: - En el contexto de tecnologías como Wi-Fi, 4G y 5G, el ancho de banda en **Mbps** depende del ancho de banda del canal en **Hz** y la eficiencia espectral. - **5G** en la banda milimétrica tiene el mayor potencial de Mbps debido a su capacidad de usar frecuencias más altas y canales más anchos. **Wi-Fi 6** también es muy eficiente, mientras que **4G LTE** tiene un límite mucho más bajo debido a sus frecuencias más bajas y canales más estrechos​ El valor de **eficiencia espectral** de **5-7 bits/Hz** se refiere a la cantidad de **bits de datos transmitidos por cada ciclo de frecuencia** (medido en Hz) y se deriva de las tecnologías de modulación y codificación utilizadas en los sistemas de comunicación. Este valor depende de varios factores técnicos que optimizan la transmisión de datos en un canal de comunicación. ### ¿De dónde se obtiene el valor de la eficiencia espectral? 1. **Modulación de señales**: La eficiencia espectral depende en gran medida de la técnica de modulación empleada. En las tecnologías móviles, como **4G LTE** y **5G**, se utilizan técnicas de modulación avanzadas como: - **QAM (Quadrature Amplitude Modulation)**: Esta modulación permite transmitir varios bits por cada símbolo de señal. Por ejemplo: - **64-QAM**: Transmite **6 bits por símbolo**. - **256-QAM**: Transmite **8 bits por símbolo**. 2. **Condiciones del canal y codificación**: La eficiencia espectral también depende de la calidad del canal de comunicación (es decir, la interferencia, el ruido, la distancia). En condiciones óptimas, es posible utilizar las técnicas de modulación más densas (como 256-QAM) que permiten una mayor eficiencia espectral. 3. **Ajustes en las tecnologías móviles**: - **4G LTE** puede alcanzar eficiencias espectrales entre **5 y 7 bits/Hz** utilizando **MIMO** (Multiple Input Multiple Output), **Carrier Aggregation**, y **256-QAM** en condiciones óptimas. - Estas eficiencias espectrales son teóricas y representan el rendimiento máximo en las mejores condiciones. ### Ejemplo: - **256-QAM** modula 8 bits por cada ciclo de onda (8 bits/símbolo), lo que da una eficiencia teórica de **8 bps/Hz**. - Sin embargo, debido a las condiciones del canal y la capacidad de las redes, en la práctica la eficiencia puede reducirse a **5-7 bps/Hz** en la mayoría de las redes LTE avanzadas. ### Factores que influyen en la eficiencia espectral: - **Modulación más avanzada**: Mientras más alta sea la modulación, mayor es la eficiencia espectral (más bits por Hz). Sin embargo, una modulación más alta requiere mejores condiciones de señal. - **MIMO**: El uso de múltiples antenas para enviar y recibir datos simultáneamente incrementa la capacidad sin aumentar la frecuencia. - **OFDMA** (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): Divide el ancho de banda disponible en subportadoras más pequeñas, mejorando la eficiencia espectral. ### En resumen: El valor de **5-7 bits/Hz** para la eficiencia espectral en 4G LTE se deriva del uso de modulación avanzada (como 256-QAM), técnicas MIMO y otras optimizaciones de red, pero es un valor que puede variar según las condiciones del canal y la infraestructura​ Respuesta Final **Wi-Fi 5 (802.11ac)**    ### **Paso 4: Reflexión Final** - **¿Cuál tiene el mayor ancho de banda?** El **5G** es la tecnología con el mayor ancho de banda teórico, alcanzando hasta **20 Gbps**. Esto se debe a la utilización de frecuencias más altas (como las ondas milimétricas), lo que permite mayor capacidad de transmisión de datos en comparación con tecnologías anteriores como 4G. - **¿Por qué 5G tiene un mayor ancho de banda que 4G?** La principal razón es que **5G** utiliza **frecuencias milimétricas**, que son mucho más altas que las utilizadas por 4G, lo que permite un mayor número de datos transmitidos en un menor tiempo. Además, 5G emplea tecnologías como **MIMO masivo** (que usa múltiples antenas para transmitir más datos simultáneamente) y **Beamforming** (que dirige las señales hacia los dispositivos específicos para mejorar la eficiencia), lo que aumenta considerablemente su capacidad de transmisión. - **Reflexión personal:** En mi vida cotidiana, Wi-Fi 6 sería la opción más adecuada en casa, ya que proporciona una excelente velocidad y capacidad para múltiples dispositivos conectados, como teléfonos, laptops y dispositivos IoT. Para redes móviles, 5G es la mejor opción para tareas intensivas en datos, como jugar en línea o ver videos en alta definición mientras me desplazo por la ciudad, aunque actualmente 4G sigue siendo lo suficientemente rápido para la mayoría de las necesidades diarias. - **Impacto futuro del 5G:** La tecnología **5G** tiene el potencial de cambiar radicalmente cómo interactuamos con la tecnología. Su alto ancho de banda permitirá la creación de **ciudades inteligentes**, **vehículos autónomos** y **cirugías remotas** con baja latencia, además de permitir una **realidad aumentada** y **realidad virtual** mucho más inmersiva y rápida. ### **Conclusión:** El **5G** tiene el mayor ancho de banda entre las tecnologías de comunicación, lo que lo convierte en el estándar del futuro, especialmente en aplicaciones que requieren alta velocidad y baja latencia. Sin embargo, para el uso en interiores, **Wi-Fi 6** ofrece una alternativa robusta y eficiente, mientras que **4G** sigue siendo suficiente para muchas aplicaciones móviles actuales.