Основы WiFi, часть 1: Частоты и каналы

В 1947 году Международный союз электросвязи (ITU), агентство ООН, обозначило определенные полосы радиочастотного спектра как ISM. Идея заключалась в том, чтобы иметь международный стандарт частот, предназначенный для промышленного, научного и медицинского оборудования. По иронии судьбы, телекоммуникации не были изначальной целью.

Прежде чем мы обсудим какие-либо подробности, я просто хочу отметить, что эта статья будет в первую очередь основана на нормативной сфере США. Различные нормативные области предъявляют особые требования к передаваемым частотам и настройкам мощности.

Хотя существует двенадцать ISM-диапазонов, сейчас мы сосредоточимся только на двух из них. Большинство людей называют их диапазонами 2,4 и 5 ГГц.

Начнем с диапазона ISM 2,4 ГГц (2,4–2,5 ГГц). Этот небольшой, переполненный набор частот, безусловно, используется наиболее активно, несмотря на то, что в последние несколько лет большинство ноутбуков, смартфонов и планшетов оснащены двумя радиомодулями.

Причина тому — физика. Общее практическое правило состоит в том, что чем ниже частота, тем длиннее распространение и лучше проникновение. Вот 2 реальных примера:

• Вы сидите в машине на светофоре. Кто-то подъезжает к вам и громко ревет радио. Если вам не нравится их музыкальный вкус, вы можете закатить окно. Часть этого звука приглушена, но вы, вероятно, все равно будете очень хорошо слышать басы (низкие частоты).
• Другой пример — очень специализированная радиосистема, используемая военными для связи с подводными лодками. Он называется ELF (чрезвычайно низкая частота) и имеет такую ​​длину волны, что необходимая антенна может достигать нескольких миль.

Итак, теперь мы знаем, что более низкие частоты обеспечивают большую зону покрытия и лучшее проникновение сигнала через препятствия. Если полоса 2,4 ГГц так хороша, действительно ли нам нужна частота 5 ГГц? Ответ положительный.

Ограничения на 2,4 ГГц

Всего 3 неперекрывающихся канала. Полоса 2,4 ГГц разделена на 14 каналов, большинство из которых разнесены на 5 МГц. Такой интервал в 5 МГц не был проблемой в первые дни использования беспроводной связи. В то время технология была ограничена пропускной способностью около 1 Мбит / с. Затем, в конце 1990-х, стандартом стал 802.11b с технологией расширенного спектра.

Преимущество в том, что он может достигать пропускной способности 11 Мбит / с. Обратной стороной было то, что он использовал 22 МГц спектра. Так что если, например, вы используете канал 6, то, по крайней мере, каналы 4, 5, 7 и 8 нельзя использовать. Это ограничение действует и сегодня, независимо от того, используете ли вы старое оборудование 802.11g или новейшее оборудование Wi-Fi 802.11n (2,4 ГГц). Это одно из самых существенных ограничений.

Он переполнен. Это идет рука об руку с предыдущим ограничением. Хотя стандарты 802.11a (5 ГГц) и 802.11b (2,4 ГГц) были выпущены, из-за разницы в стоимости только 802.11b получил широкое распространение в то время. В результате даже сегодня большая часть трафика WiFi использует диапазон 2,4 ГГц.

Встаньте на углу улицы в центре любого города приличного размера и запустите программу сканирования Wi-Fi. Скорее всего, вы увидите не менее 20 сигналов; Я видел более 40 человек в центре Вашингтона. Теперь помните, что все 40 этих сигналов работают всего на 3 каналах.

Это диапазон ISM и по определению открыт для других типов устройств. Существует множество устройств, не поддерживающих Wi-Fi, которые могут создавать помехи: микроволновые печи, беспроводные телефоны, устройства Bluetooth, радионяни, видеокамеры, устройства открывания гаражных ворот и т. Д.

Эти вещи могут серьезно нарушить работу вашей сети, и их чрезвычайно трудно обнаружить без специального оборудования и программного обеспечения анализатора спектра.

Далее мы поговорим о диапазоне 5 ГГц.

В дополнение к стандартному диапазону ISM (5,725–7,825 ГГц) FCC добавила спектр из диапазонов UNII (нелицензированная национальная информационная инфраструктура), чтобы стимулировать использование беспроводной технологии. Также обратите внимание, что различные регулирующие органы работают над добавлением 195 МГц спектра, доступного в диапазоне 5 ГГц.

Ограничения 5 ГГц

Как мы обсуждали ранее, более высокие частоты не распространяются так далеко и не преодолевают препятствия. Давайте сравним с диапазоном 2,4 ГГц в реальном мире.

• На открытом воздухе сигналы 5 ГГц покрывают от 1/3 до ½ расстояния.
• Пригодное для использования качество сигнала значительно ухудшится после пробивания 1 внутренней стены, в отличие от примерно 3 стен для сигналов 2,4 ГГц.

Это приводит к еще одному менее очевидному недостатку — стоимости. Стоимость развертывания сети Wi-Fi 5 ГГц (ну, двухдиапазонной) любого размера как минимум в 2,5 раза превышает стоимость эквивалентной сети только 2,4 ГГц. Вам нужно гораздо больше точек доступа, обычно от 2,5 до 3 раз. Добавьте кабели, лицензирование, обслуживание и т. Д.

Некоторые каналы предназначены для совместного использования. Конкретные каналы обозначаются как DFS, динамический выбор частоты. Эти каналы, расположенные в расширенных диапазонах UNII-2 и -2, используют общий спектр с некоторыми радиолокационными системами, в основном в Европе.

Из-за этого система WiFi должна быть спроектирована так, чтобы сканировать импульсы радара перед использованием определенных каналов. Конечно, если обнаруживаются импульсы радара, он немедленно отключает затронутые каналы.

Преимущества 5 ГГц

Как вы можете ясно видеть на приведенной выше диаграмме, каналов намного больше, чем 3. Также обратите внимание на разнос каналов — не менее 20 МГц. Это означает, что каналы не перекрываются; все можно использовать одновременно.

Намного менее многолюдно. В отличие от устройств с частотой 2,4 ГГц, устройства с частотой 5 ГГц стали широко распространяться только в последние пять или шесть лет. Кроме того, для обновления инфраструктуры требуется время. По-прежнему существует значительное количество предприятий, использующих сети только с поддержкой 2.4.

Очень мало источников помех. За исключением вышеупомянутого радара на определенных частотах, вероятность помех, не связанных с WiFi, чрезвычайно мала.

Повышенная пропускная способность. Теоретически оба способны на 600 Мбит / с. Однако на практике это не так, потому что большая часть этих расширенных возможностей зависит от связывания каналов. Это дополнительный режим, в котором устройство одновременно использует несколько соседних каналов. Помните, ранее мы обсуждали тот факт, что в диапазоне 2,4 доступно только 3 неперекрывающихся канала?

В этом методе будут использоваться 2 из этих 3. Таким образом, вы не только действительно раздражаете своих соседей, но и помехи в совмещенном и соседнем каналах, вероятно, значительно ухудшат работу вашей сети. Подводя итог, НЕ включайте связывание каналов в полосе 2,4.

Появляются некоторые новые стандарты, в которых используются другие диапазоны частот. Мы обсудим их в следующей статье.

Официальную карту спектра FCC в формате pdf: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

Надеюсь, вам понравилась эта статья. Я думаю, что следующим будет обсуждение различных стандартов.

Если у вас есть предложения по теме, касающейся Wi-Fi или общих сетей, дайте мне знать в комментариях.