Cómo funcionan los módulos de comunicación inalámbrica: ESP32, nRF52840, SX1262

Por muy precisa que sea la medición de un valor por parte de un sensor, dicho valor carece de sentido sin una forma de transmitirlo más allá del microcontrolador, hasta una puerta de enlace o la nube. Los módulos de comunicación inalámbrica se encargan de esta función de transmisión, y los tres enfoques más representativos son Wi-Fi, BLE (Bluetooth Low Energy) y LoRa. Los tres comparten la idea básica de transmitir datos mediante ondas de radio (ondas electromagnéticas) y propagarlos por el espacio, pero sus esquemas de modulación, bandas de frecuencia y filosofías topológicas difieren sustancialmente, lo que genera una división del trabajo: «Wi-Fi: rápido, pero no eficiente en consumo energético»; «BLE: eficiente en consumo energético, pero de corto alcance»; y «LoRa: lento y eficiente en consumo energético, pero con un alcance de kilómetros a decenas de kilómetros». No es exagerado afirmar que la elección del esquema inalámbrico, incluso más que la del propio sensor, determina el consumo energético, el alcance de comunicación y la arquitectura del sistema de un dispositivo IoT.

Placa de desarrollo ESP32 (un ejemplo de un SoC con Wi-Fi/Bluetooth integrado)

Puerta de enlace MultiTech Conduit (izquierda) y nodo mDot (en la placa de desarrollo, derecha)

Imágenes: ESP32 placa de desarrollo (Ubahnverleih, CC0) / MultiTech Puerta de enlace Conduit y Nodo mDot (IOTpreneur, CC BY-SA 4.0), Wikimedia Commons.

Diagrama de temporización de señales multitrayecto en recepción OFDM, que muestra una onda directa y ondas reflejadas llegando al receptor con diferentes retardos

Imagen: Timing diagrama de señales multitrayecto en recepción OFDM (Gerben49 / Mliu92, CC BY-SA 4.0), Wikimedia Commons. Ilustra cómo el diseño de símbolos con un intervalo de guarda absorbe las múltiples trayectorias de llegada (multitrayecto) creadas por las reflexiones en paredes y muebles.

Las bandas de frecuencia de Wi-Fi se dividen, a grandes rasgos, en 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz (Wi-Fi 6E y posteriores). La banda de 2,4 GHz es favorable para la difracción alrededor de obstáculos y el alcance, pero debido a que muchos dispositivos —Bluetooth, hornos microondas, Zigbee— comparten la misma banda, es propensa a la congestión y las interferencias. Las bandas de 5 GHz y 6 GHz tienen relativamente menos dispositivos en uso y facilitan la comunicación. Para asegurar un ancho de banda amplio, son ideales para un alto rendimiento, pero su longitud de onda más corta reduce la penetración a través de las paredes y limita su alcance. Wi-Fi 6 (802.11ax), ahora de uso generalizado, introduce OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal), una evolución de OFDM que permite dividir un único canal con precisión y utilizarlo simultáneamente por múltiples estaciones. Este diseño busca minimizar la latencia y la degradación del rendimiento, incluso en entornos con muchos dispositivos IoT conectados a la vez.

Principio: Modulación GFSK y topología en estrella de BLE

BLE (Bluetooth Low Energy) utiliza la misma banda ISM de 2,4 GHz que Wi-Fi, pero adopta una filosofía de diseño completamente diferente. En lugar de un esquema multicarrier como OFDM, su modulación es GFSK (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia Gaussiana), un esquema simple de portadora única. En lugar de desplazar la frecuencia directamente con el 0/1 digital como una onda cuadrada, GFSK primero suaviza la forma de onda mediante un filtro gaussiano antes de desplazarla, lo que suprime el ensanchamiento repentino del ancho de banda ocupado. La modulación se combina con la reducción de interferencias en canales adyacentes. A partir de BLE 5, esta base GFSK admite modos seleccionables como LE 2M PHY, que mantiene un bit por símbolo y aumenta la velocidad de símbolos a 2 Msym/s, y LE Coded PHY (S=2/S=8), que utiliza codificación de corrección de errores y mapeo de patrones para expandir los bits de información en múltiples símbolos, lo que permite a la aplicación encontrar un equilibrio entre velocidad y alcance.

En cuanto a la topología, BLE adopta fundamentalmente una configuración en estrella (uno a muchos). Un único dispositivo central (un teléfono inteligente o puerta de enlace) mantiene conexiones con múltiples periféricos (nodos sensores), y cada periférico se comunica directamente con el central. Además, la eficiencia energética de BLE se basa en un diseño de "ciclo de trabajo". En lugar de permanecer en un estado de recepción constante, la radio se activa durante un breve intervalo solo en un intervalo de conexión predeterminado (el intervalo de conexión) para intercambiar datos, y su circuito de radio permanece inactivo el resto del tiempo. Este ciclo de trabajo es la base de la eficiencia energética. La eficiencia que permite que un sensor BLE funcione durante años con una sola pila de botón es la principal diferencia en su filosofía de diseño con respecto a Wi-Fi, que asume una conectividad de red constante y continua. No se encontró ningún diagrama público adecuado para esta sección, por lo que la explicación del principio se limita a ecuaciones y texto.

Principio: Espectro ensanchado por chirrido (CSS) y factor de dispersión de LoRa

LoRa (Long Range) utiliza un esquema de modulación diferente al de Wi-Fi y BLE: el espectro ensanchado por chirrido (CSS). Su forma de onda base es un "chirp" —una señal cuya frecuencia portadora se barre linealmente a lo largo de toda la banda en el tiempo— y los datos se codifican desplazando la frecuencia inicial de este chirp símbolo por símbolo. En el lado de recepción, la multiplicación por una señal de referencia cuya frecuencia cambia en la dirección opuesta al chirp (un "downchirp") facilita la detección de un pico incluso en una señal débil. Este mecanismo proporciona a LoRa una alta sensibilidad de recepción, capaz de demodular incluso con una relación señal/ruido (SNR) muy baja (una señal más débil que la señal de referencia). ruido).

El parámetro clave de LoRa es el factor de dispersión (SF), que varía de SF7 a SF12. Cada incremento en SF duplica el número de barridos de chirp por símbolo (la longitud efectiva del símbolo), lo que aumenta el tiempo necesario para enviar los mismos datos (tiempo de transmisión), pero mejora la sensibilidad de recepción en aproximadamente 2,5 dB. En otras palabras, SF12 puede extender considerablemente el alcance en comparación con SF7, pero la velocidad de datos disminuye sustancialmente, y el mayor tiempo de transmisión también aumenta el consumo de energía y la ocupación del tiempo de transmisión. Esta compensación —«aumentar el factor de dispersión permite un mayor alcance, pero una menor velocidad»— es la base del diseño de la red LoRa.

Imagen: Example combinaciones de subchirps en la modulación CSS (wdwd, CC BY-SA 3.0), Wikimedia Commons. Muestra el principio de representar un símbolo mediante combinaciones de formas de onda chirp cuya frecuencia varía linealmente con el tiempo.

La capa física de LoRa utiliza bandas ISM sub-GHz (que varían según la región: la banda de 868 MHz en Europa, la de 915 MHz en Norteamérica, etc.). Cuanto menor es la frecuencia, más favorables son las características de difracción y penetración de la onda de radio, por lo que, con la misma potencia de transmisión, alcanza mayor distancia y supera obstáculos que la banda de 2,4 GHz. A cambio, muchas regulaciones regionales imponen límites de ciclo de trabajo a la transmisión en la banda sub-GHz (por ejemplo, algunos canales en la banda de 868 MHz de Europa restringen el tiempo de transmisión a menos del 1 %), lo que la hace inadecuada para aplicaciones que necesitan enviar datos con frecuencia. Sobre esta capa física, "LoRaWAN" está estandarizada como la especificación de la capa MAC que gestiona la comunicación entre múltiples dispositivos finales LoRa y una puerta de enlace. La diferencia radica en que LoRa se refiere al esquema de modulación en sí, mientras que LoRaWAN se refiere al protocolo de red.

Comparación de especificaciones de productos clave

El ESP32-C6 destaca por integrar tres estándares inalámbricos —Wi-Fi, BLE e IEEE 802.15.4 (Zigbee/Thread)— en un único chip basado en RISC-V. Según la aplicación, puede alternar entre una configuración que envía datos directamente a la nube a través de Wi-Fi, una que se empareja con un smartphone mediante BLE o una que se une a una red Zigbee/Thread mediante 802.15.4; una flexibilidad que un chip de una sola función no puede igualar. El nRF52840 presenta un alto grado de optimización como chip dedicado a BLE, y su equilibrio entre una sensibilidad de recepción de -95 dBm y una corriente de transmisión de 16,4 mA refleja valores optimizados para dispositivos portátiles y balizas alimentados por pilas de botón. El SX1262, en cambio, cuenta con una sensibilidad de recepción un orden de magnitud superior, de -148 dBm, una diferencia de 53 dB con respecto a los -95 dBm del nRF52840. Esto significa que puede demodular una señal más de 200 000 veces más débil en términos de potencia. Esta diferencia de sensibilidad es el factor principal que explica la diferencia de alcance: de varios metros a decenas de metros para BLE frente a varios kilómetros a decenas de kilómetros para LoRa. El CC2652R7 tiene un diseño multiprotocolo que conmuta protocolos de forma similar a la radio definida por software, lo que resulta adecuado para dispositivos como concentradores domésticos inteligentes que desean admitir múltiples estándares inalámbricos en una sola unidad. El MultiTech mDot se ha utilizado durante mucho tiempo en aplicaciones industriales como implementación de módulo LoRaWAN, y es uno de los pocos productos con un alcance publicado y medido de 16 km en línea de visión.

Historia: el término de marketing "Wi-Fi" y las demandas por patentes que se esconden tras las ondas de radio

El nombre Wi-Fi no es, de hecho, una abreviatura de un estándar técnico. Es un término de marketing acuñado en 1999 por la empresa de branding Interbrand, por encargo de WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, posteriormente Wi-Fi Alliance), el organismo del sector que certifica la interoperabilidad de los equipos de LAN inalámbrica que cumplen con el estándar IEEE 802.11. Aunque se creó para evocar el sonido de "Hi-Fi" (alta fidelidad), en ocasiones se le dio el eslogan "Wireless Fidelity" (Fidelidad inalámbrica), pero oficialmente no es una abreviatura de ninguna palabra específica. La historia de cómo esta tecnología —que, con el simple número de estándar "IEEE 802.11b", probablemente nunca habría calado entre los consumidores comunes— se popularizó enormemente una vez que se le dio un nombre sencillo, es un caso de estudio sobre el poder de la denominación, no solo de la tecnología en sí.

Mientras tanto, detrás de la tecnología OFDM central del Wi-Fi se esconde una historia poco conocida de disputas de patentes. La agencia nacional de investigación de Australia, CSIRO (Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth), solicitó una patente en 1992 (Patente estadounidense n.° 5,487,069) sobre una técnica para corregir la distorsión inducida por trayectos múltiples, desarrollada en el marco de investigaciones de radioastronomía. Dado que esta técnica se solapaba con un elemento esencial para las implementaciones posteriores de OFDM en las generaciones IEEE 802.11a/g/n, CSIRO, a partir de 2005, interpuso una serie de demandas contra los principales fabricantes de equipos Wi-Fi para obtener el pago de licencias. Finalmente, se alcanzaron acuerdos y convenios de licencia con muchos fabricantes, y se estima que CSIRO obtuvo ingresos por licencias de más de 420 millones de dólares gracias a esta cartera de patentes. El hecho de que una patente nacida de la radioastronomía generara ingresos tan cuantiosos, en el contexto de una tecnología que se ha vuelto gratuita e integrada en la vida cotidiana, es un aspecto poco conocido de la historia técnica del Wi-Fi.

Ejemplo práctico: La red de contadores inteligentes LoRaWAN de ZENNER: una red de sensores con 10 millones de dispositivos

Un ejemplo práctico del gran potencial de escalabilidad de una red LoRaWAN es la red operada por el Grupo Minol-ZENNER de Alemania. En septiembre de 2025, la compañía anunció que el número de sensores conectados a su red LoRaWAN —principalmente contadores inteligentes de agua, calefacción y gas— había superado los 10 millones de dispositivos. Considerada una de las mayores redes LoRaWAN del mundo, es un caso de uso ejemplar que aprovecha el bajo consumo energético y el largo alcance de LoRa: contadores individuales que funcionan con batería durante largos periodos, enviando las lecturas a una puerta de enlace a baja frecuencia. La Alianza LoRa (el organismo que gestiona el estándar LoRaWAN) también anunció en diciembre de 2025 que el número total de dispositivos finales LoRaWAN desplegados en todo el mundo, sumando los datos de los operadores miembros, había superado los 125 millones, registrando un crecimiento continuo a una tasa anual del 25 %. La cifra de 10 millones de dispositivos de ZENNER representa una escala excepcional para un solo operador, incluso dentro del total mundial, superando con creces a otros operadores importantes como Actility (4,6 millones), The Things Industries (3,8 millones), Birdz (3,6 millones) y Netmore (3,4 millones).

Detrás de una red de esta magnitud se encuentra una característica de diseño en la que una sola puerta de enlace LoRaWAN puede dar cabida a miles de dispositivos finales, y el ciclo de trabajo de cada dispositivo es bajo (un contador inteligente transmite solo unas pocas veces al día, como máximo). Las limitaciones de ancho de banda inalámbrico también son una limitación de diseño constante en robótica; por ejemplo, el proyecto newbot aprendió, a partir de mediciones de ancho de banda Wi-Fi, que "la transmisión de datos sin procesar satura el ancho de banda". Sin embargo, LoRaWAN logra un tipo diferente de escalabilidad, "dando cabida a una gran cantidad de dispositivos simultáneamente", precisamente al restringir drásticamente el volumen y la frecuencia de los datos enviados por dispositivo.

La pequeña startup francesa que dio origen a LoRa y la investigación que superó los límites de un solo salto

La tecnología de modulación de LoRa no nació en un gran laboratorio corporativo. Entre 2009 y 2010, Cycleo, una pequeña startup de Grenoble, Francia, desarrolló una técnica de espectro ensanchado por modulación de frecuencia (chirp spread spectrum) para la comunicación inalámbrica de bajo consumo y largo alcance. El fabricante de semiconductores Semtech, interesado en esta tecnología, adquirió Cycleo en 2012 e integró la tecnología LoRa en su propia línea de productos, que dio origen a la actual familia de chips LoRa, incluyendo las series SX126x/SX127x, y posteriormente a LoRaWAN, la especificación abierta gestionada actualmente por la organización sin ánimo de lucro LoRa Alliance. Un esquema de modulación desarrollado por una sola startup francesa se convirtió, en poco más de una década, en una red global de más de 125 millones de dispositivos.

Como contrapartida de su eficiencia energética y largo alcance, LoRaWAN asume fundamentalmente una configuración de un solo salto en la que los dispositivos finales se comunican directamente con una puerta de enlace, lo que le confiere una limitación inherente: tiene dificultades para cubrir áreas donde la señal de radio de la puerta de enlace no puede llegar directamente, como terrenos montañosos, subterráneos o la sombra de un edificio. Para abordar esta limitación, un artículo publicado en arXiv en diciembre de 2025, "Mesh Augmentation of LoRaWAN-based IoT Networks" (arXiv:2512.00161, Ram Ramanathan et al.), propone un protocolo llamado "LIMA" que extiende el alcance efectivo de la comunicación mediante enrutamiento de malla de múltiples saltos entre dispositivos finales, sin ninguna modificación a la infraestructura LoRaWAN existente. En simulaciones, se informa que ha mejorado la tasa de éxito de entrega hasta en 5 veces y reducido el consumo de energía hasta en 12,6 veces en comparación con una configuración convencional de un solo salto, lo que demuestra que la investigación que reexamina la premisa de un solo salto, incluso para un despliegue de LoRaWAN que ahora ha crecido hasta 10 millones de dispositivos, sigue activa.

Un nombre inspirado en el epíteto de un rey danés: ¿por qué "Bluetooth"?

El origen de la tecnología inalámbrica Bluetooth (BLE) se remonta a una investigación iniciada en la empresa sueca Ericsson en 1994. Jaap Haartsen, entonces ingeniero de Ericsson, junto con sus colegas, comenzó a investigar, bajo la dirección de Nils Rydbeck, un enlace inalámbrico de bajo consumo y corto alcance para conectar teléfonos móviles con sus periféricos: ese fue el punto de partida. En 1996, Ericsson, Intel y Nokia iniciaron conversaciones para estandarizar este estándar inalámbrico de corto alcance, y a finales de 1997, durante una conversación informal en un bar de Toronto, se dice que Jim Kardach, entonces ingeniero de Intel, sugirió "Bluetooth" como nombre provisional. Kardach había conocido al rey danés del siglo X, Harald I (Harald Blåtand, «Harald Bluetooth» en español), gracias a una novela de temática vikinga que leía un colega, y comparó la hazaña de este rey de unificar Dinamarca y Noruega con la visión de «unificar», mediante esta tecnología inalámbrica, la entonces fragmentada industria de los ordenadores personales y la de la telefonía móvil. Inicialmente, se trataba de un nombre provisional hasta que el departamento de marketing decidiera un nombre oficial, pero su sonoridad se mantuvo tanto interna como externamente, y finalmente se adoptó como nombre oficial. El logotipo de Bluetooth, que aún se utiliza hoy en día, combina las runas del Futhark joven para «H» (ᚼ) y «B» (ᛒ), un emblema formado por las iniciales de Harald I. El hecho de que el epíteto de un rey nórdico aún sobreviva, tal cual, como nombre de producto bajo un único esquema de modulación, es un episodio que, desde una perspectiva diferente a la del drama de la denominación del Wi-Fi, demuestra que el nombre de una tecnología no necesariamente describe la tecnología en sí.

Parámetros que determinan el rendimiento

• Alcance y sensibilidad de recepción: La sensibilidad de recepción de -148 dBm del SX1262 es 53 dB superior a la de -95 dBm del nRF52840, y esta es la causa principal de la diferencia de alcance: «LoRa alcanza kilómetros o decenas de kilómetros, mientras que BLE alcanza metros o decenas de metros». Este es el punto de partida para la división del trabajo: dispositivos de la familia LoRa para monitorización en exteriores de amplias áreas, y dispositivos de la familia BLE para dispositivos portátiles y balizas de corto alcance en interiores.
• Relación entre velocidad de datos y tiempo de transmisión: La elección entre SF7 y SF12 en LoRa implica directamente una relación entre alcance y velocidad de datos/consumo de energía. Dado que SF12 requiere mucho más tiempo de transmisión que SF7 para enviar los mismos datos, aplicaciones como los contadores inteligentes de ZENNER —que envían una pequeña cantidad de datos varias veces al día— se benefician de un diseño que prioriza el alcance, incluso a costa de aumentar el factor de seguridad (SF). Por otro lado, las aplicaciones que intercambian datos con frecuencia deberían considerar Wi-Fi o BLE en lugar de LoRa.
• Consumo de potencia y corriente de transmisión: El nRF52840 consume 16,40 mA a +8 dBm de transmisión; el SX1262 consume aún más corriente a +22 dBm de transmisión. En los sensores BLE diseñados para funcionar durante años con una pila de botón, el enfoque básico consiste en limitar la potencia de transmisión para mantener baja la corriente. Por el contrario, en el lado de la puerta de enlace, donde es más fácil asegurar la energía, un diseño asimétrico que invierte una alta potencia de transmisión para mantener bajo el consumo de batería del receptor (enlace descendente potente, enlace ascendente débil) también es común en LoRaWAN.
• Elección de banda de frecuencia: La banda de 2,4 GHz (Wi-Fi, BLE, algunos Zigbee/Thread) se puede usar globalmente, pero es propensa a la congestión; la banda sub-GHz (868/915 MHz de LoRa) es buena para difractar alrededor de obstáculos y es adecuada para largo alcance, pero la asignación de frecuencia y las regulaciones del ciclo de trabajo difieren según la región. Para productos desplegados globalmente, gestionar esta diferencia regulatoria (cambio de región del módulo) supone una carga de diseño práctica.
• Topología y escalabilidad: La topología en estrella de BLE tiene un límite superior en cuanto a la cantidad de periféricos que puede gestionar una única central, mientras que LoRaWAN está diseñado para que una sola puerta de enlace pueda admitir miles de dispositivos finales; un despliegue a gran escala como la red de 10 millones de dispositivos de ZENNER no es viable sin LoRaWAN. Al mismo tiempo, como muestra el artículo de LIMA, la investigación sobre extensiones de malla que compensan la limitación de un solo salto también está progresando, y el diseño de topologías sigue evolucionando.
• Si se necesita soporte para múltiples protocolos: Los SoC que integran múltiples estándares inalámbricos en un solo chip, como el ESP32-C6 o el CC2652R7, tienen ventaja en productos cuyo caso de uso aún no está definido o que podrían cambiar de protocolo en el futuro, mientras que los chips centrados en un solo protocolo, como el SX1262 o el nRF52840, ofrecen la ventaja en la optimización de potencia/sensibilidad cuando se limitan a ese esquema. La decisión de optar por la compatibilidad con múltiples protocolos o la especialización en una sola función depende de si se prioriza el costo de desarrollo o el consumo energético del producto final.