Telecomunicaciones & Radioenlaces 23 de Septiembre, 2026 • Tratado Técnico de Ingeniería

Diseño de Enlaces Inalámbricos Punto a Punto: Teoría de la Zona de Fresnel y Despliegue con Ubiquiti airMAX

Tratado de ingeniería sobre propagación electromagnética en banda libre de 5 GHz: cálculo del radio de Fresnel, regla de despeje del 60 %, análisis de perfil topográfico, telemetría airOS (RSSI, SNR, piso de ruido) y memorias de cálculo resueltas para enlaces punto a punto y repetidores en puente.

// OBJETIVOS DEL TRATADO

Comprender la Zona de Fresnel: fundamentar qué es el volumen elipsoidal de propagación, por qué se forma y por qué su despeje condiciona la atenuación y estabilidad del enlace.
Calcular el radio de Fresnel: dominar la formulación matemática para derivar el radio r₁ y la altura de torre requerida según frecuencia y distancia del enlace.
Dimensionar cobertura y capacidad: relacionar distancia, altura de mástiles, modulación y ancho de banda de canal con el Throughput real.
Despliegue con equipos Ubiquiti airMAX: dominar parámetros de configuración en airOS (modos AP, Station, Bridge) y métricas de validación en campo (RSSI, Noise Floor, SNR, Throughput, Ping).

Especificación de Hardware

Ecosistema Ubiquiti airMAX (Banda de 5 GHz)

La familia airMAX de Ubiquiti concentra la circuitería electrónica de radiofrecuencia y la antena dentro de un solo chasis sellado para intemperie, diseñado para enlaces punto a punto (PtP) y punto-multipunto (PtMP):

Modelos airMAX:

NanoStation Loco M5, NanoStation M5/AC, Bullet M5 y PowerBeam M5. Todos operan con la tecnología TDMA airMAX para evitar colisiones de paquetes en el aire.

Frecuencia de operación:

Banda de 5 GHz (rango 5.150 GHz a 5.875 GHz), correspondiente a las bandas no licenciadas ISM y UNII, sujetas a la regulación nacional de espectro.

Potencia de transmisión (TX Power):

Configurable por software mediante airOS. Debe respetar los límites normativos de potencia isotrópica radiada equivalente: EIRP = Potencia TX + Ganancia de antena − Pérdidas de inserción.

Tipo de antena y ganancia:

Antenas integradas altamente direccionales (panel plano o reflector parabólico). Ganancia típica de 8 a 13 dBi en el modelo compacto Loco M5, hasta 22 a 25 dBi en antenas de plato PowerBeam para largas distancias.

Teoría Electromagnética

La Zona de Fresnel y la Regla del 60 %

1. Definición formal: la Zona de Fresnel es una región elipsoidal tridimensional concéntrica que envuelve la línea de vista (LOS) directa entre dos antenas. Dentro de este volumen viaja y se concentra la mayor parte de la energía de la onda de radiofrecuencia.

2. Fenómeno de difracción: si un obstáculo invade este volumen, produce fenómenos de difracción y dispersión de fase. Las señales reflejadas llegan desfasadas a la antena receptora, interfiriendo destructivamente y atenuando la señal principal, incluso cuando la línea de vista visual entre ambas antenas está completamente despejada.

3. La regla del 60 % de despeje: para asegurar un enlace inalámbrico robusto, estable y con tasa de modulación constante, se exige mantener libre de cualquier obstrucción física al menos el 60 % del radio de la primera Zona de Fresnel (r₁):

r 1 = 17.3 \times \sqrt d 1 \times d 2 f \times d

Donde: r₁ = radio de la 1.ª Zona de Fresnel (en metros) · d₁ y d₂ = distancias desde cada antena hasta el obstáculo (en kilómetros) · f = frecuencia de operación (en GHz) · d = distancia total (d₁ + d₂, en kilómetros).

Impacto de la frecuencia

A mayor frecuencia de transmisión (ej. 5.8 GHz frente a 2.4 GHz), menor es el radio de Fresnel requerido, facilitando el despeje en entornos reducidos.

Punto máximo en el centro

El radio del elipsoide es máximo exactamente en el punto medio del enlace, donde d₁ = d₂ = d / 2.

Herramientas de perfilado

Sistemas como Ubiquiti ISP Design Center (LinkCalc), Radio Mobile y Pathloss automatizan estos cálculos usando modelos de elevación SRTM.

Implementación de Campo

Configuración en airOS y Validación de Métricas

1. Modo de operación

Se define un extremo como Access Point (AP PtP / Bridge) emitiendo el SSID del radioenlace y el nodo opuesto como Station PtP enlazándose al emisor.

2. Selección de canal y espectro

Selección de canal estático en la banda de 5 GHz tras ejecutar el analizador de espectro airView para identificar frecuencias con menor piso de ruido.

3. Ancho de banda de canal

Configurable en 5, 10, 20 o 40 MHz. Canales anchos (40 MHz) ofrecen mayor tasa de transferencia pero aumentan el piso de ruido y la probabilidad de interferencia.

4. Seguridad criptográfica

Cifrado obligatorio WPA2-AES con clave precompartida (PSK) y reemplazo de las credenciales de administración por defecto (ubnt/ubnt).

Las 4 métricas clave de validación en airOS:

RSSI (Señal recibida)

Nivel de potencia en dBm. El rango operativo óptimo oscila entre −55 dBm y −65 dBm. Valores peores que −75 dBm degradan la modulación.

Noise Floor (Piso de ruido)

Nivel de ruido electromagnético ambiental en dBm (típicamente −95 dBm a −105 dBm). Cuanto más negativo, más limpio el canal.

SNR (Relación señal/ruido)

Diferencia: SNR = RSSI − Noise Floor. Un SNR > 30 dB asegura las máximas tasas de modulación MCS.

Throughput & Ping

Velocidad real medida con iperf y latencia en milisegundos con cero pérdida de paquetes (enlace local sano < 5 ms).

Memoria de Cálculo de Ingeniería

Resolución Integral de Problemas de Propagación

Problema 1: Enlace Punto a Punto con Obstrucción Arbórea

Frecuencia: 5.8 GHz · Distancia: 1.2 km

Parámetros iniciales:

• Punto A: altura torre = 8 m | Punto B: altura torre = 6 m

• Distancia total (d) = 1.2 km | Distancia al árbol (d₁) = 0.45 km | Distancia restante (d₂) = 0.75 km

• Obstáculo: árbol con altura física = 9 m

Paso 1: Cálculo del radio de Fresnel (r₁) en el obstáculo

r 1 = 17.3 \times \sqrt 0.45 \times 0.75 5.8 \times 1.2 = 17.3 \times \sqrt[ 0.04849 ] \approx 17.3 \times 0.2202 \approx 3.81 m

Paso 2: Altura mínima de despeje (regla del 60 %)

Despeje_60% = 0.6 × 3.81 m ≈ 2.29 m

Paso 3: Altura de la línea de vista (LOS) sobre el obstáculo

Interpolando linealmente entre la torre A (8 m) y la torre B (6 m):

h_LOS = 8 − (0.45 / 1.2) × (8 − 6) = 8 − (0.375 × 2) = 7.25 m

Paso 4: Evaluación de viabilidad

h_requerida = h_árbol + Despeje_60% = 9 m + 2.29 m = 11.29 m

Como h_LOS = 7.25 m < 11.29 m, el enlace NO ES VIABLE. Incluso la línea visual pura choca con el árbol (7.25 m vs. 9 m).

Paso 5: Rediseño de torre

Manteniendo h_B = 6 m, calculamos la nueva altura de torre h_A para alcanzar 11.29 m en el obstáculo:

h_A ≥ [ 11.29 − (0.625 × 6) ] / 0.375 = [ 11.29 − 3.75 ] / 0.375 = 7.54 / 0.375 ≈ 20.11 m

Se requiere elevar la Torre A al menos a 20.2 metros (o elevar ambas torres a mástiles de 12 m y 11 m).

Paso 6: Comparación con el punto medio (d₁ = d₂ = 0.6 km)

r 1(centro) = 17.3 \times \sqrt 0.6 \times 0.6 5.8 \times 1.2 = 17.3 \times \sqrt[ 0.05172 ] \approx 3.93 m

El radio en el centro (3.93 m) es mayor que en la posición del árbol (3.81 m) porque la geometría del elipsoide alcanza su semieje mayor exactamente en la mitad del trayecto.

Problema 2: Enlace en Cadena con Repetidor en Modo Bridge

Topología: A – C – B · Frecuencia: 5.8 GHz

Parámetros iniciales:

• Nodo A: 5 m | Nodo C (Bridge intermedio): 14 m | Nodo B: 6 m

• Tramo A–C: distancia = 0.8 km | obstáculo = edificio de 9 m a 300 m de A (d₁ = 0.3 km, d₂ = 0.5 km)

• Tramo C–B: distancia = 0.95 km | obstáculo = loma de 4 m en el punto medio (d₁ = d₂ = 0.475 km)

Paso 1: Radio de Fresnel y 60 % para tramo A–C

r 1 = 17.3 \times \sqrt 0.3 \times 0.5 5.8 \times 0.8 \approx 3.11 m \Rightarrow Despeje 60% = 0.6 \times 3.11 m \approx 1.87 m

Paso 2: Altura de la LOS y viabilidad tramo A–C

h_LOS = 5 + (0.3 / 0.8) × (14 − 5) = 5 + (0.375 × 9) = 8.38 m

Requerimiento total = 9 m (edificio) + 1.87 m (despeje) = 10.87 m.
Como 8.38 m < 10.87 m, NO ES VIABLE (hay colisión directa contra el edificio por 0.62 m).

Paso 3: Nueva altura en Torre C

h_C ≥ [ (10.87 − 5) / 0.375 ] + 5 = (5.87 / 0.375) + 5 ≈ 20.65 m

Se debe elevar el mástil en C a un mínimo de 20.7 metros para librar el 60 % de Fresnel sobre el edificio.

Paso 4: Análisis del tramo C–B (loma de 4 m en el punto medio)

r 1 = 17.3 \times \sqrt 0.475 \times 0.475 5.8 \times 0.95 \approx 3.50 m \Rightarrow Despeje 60% = 0.6 \times 3.50 m = 2.10 m

h_LOS en punto medio = (14 + 6) / 2 = 10.0 m

Altura mínima requerida = 4 m (loma) + 2.10 m = 6.10 m.
Como 10.0 m > 6.10 m, el tramo C–B es COMPLETAMENTE VIABLE con un margen holgado de +3.90 metros.

Paso 5: Configuración operativa en modo Bridge

• Nodo A: Station PtP (o AP PtP) apuntando a C.

• Nodo C (Bridge): Dos radios enlazados por switch local en modo Bridge transparente a nivel de Capa 2 (WDS) para reenviar tramas sin alterar direcciones MAC ni requerir enrutamiento en Capa 3.

• Nodo B: Station PtP conectada al receptor del nodo C.