Základy WiFi 1. časť: Frekvencie a kanály
- Kategórie: Sieť
V roku 1947 Medzinárodná telekomunikačná únia (ITU), agentúra OSN, určila určité pásma RF spektra ako ISM. Zámerom bolo mať medzinárodný štandard frekvencií vyhradených pre priemyselné, vedecké a lekárske vybavenie. Je paradoxné, že telekomunikácie neboli pôvodným účelom.
Predtým, ako budeme diskutovať o akýchkoľvek podrobnostiach, chcem len poznamenať, že tento článok bude vychádzať predovšetkým z regulačnej oblasti USA. Rôzne regulačné domény majú špecifické požiadavky týkajúce sa prenášaných frekvencií a nastavení výkonu.
Hoci existuje dvanásť skupín ISM, zatiaľ sa sústredíme iba na dve z nich. Väčšina ľudí ich označuje ako pásma 2,4 GHz a 5 GHz.
Začnime s pásmom ISM 2,4 GHz (2 400 GHz - 2 500 GHz). Táto malá, preplnená skupina frekvencií je zďaleka najpoužívanejšia, napriek tomu, že väčšina notebookov, smartfónov a tabletov je v posledných rokoch vybavená duálnymi rádioprijímačmi.
Dôvodom je fyzika. Všeobecným pravidlom je, že čím nižšia je frekvencia, tým dlhšie je šírenie a lepšia penetrácia. Tu sú 2 príklady z reálneho sveta:
- Sedíte vo svojom aute na brzdovom svetle. Niekto sa pritiahne vedľa vás s hlasným hlasitým zvonením. Ak sa vám nepáči ich hudba, môžete si okno prevrátiť. Niektoré z týchto zvukov sú znížené, ale pravdepodobne budete stále dobre počuť basy (nízka frekvencia).
- Ďalším príkladom je veľmi špecializovaný rádiový systém používaný armádou na komunikáciu s ponorenými ponorkami. Hovorí sa tomu ELF (Extremely Low Frequency) a má takú vlnovú dĺžku, že požadovaná anténa môže byť dlhá míle.
Dobre, takže teraz vieme, že nižšie frekvencie ponúkajú väčšiu oblasť pokrytia a lepšie prenikanie signálu cez prekážky. Ak je pásmo 2,4 GHz také veľké, naozaj potrebujeme 5 GHz? Odpoveď je áno.
Obmedzenia 2,4 GHz
Iba 3 neprekrývajúce sa kanály. Pásmo 2,4 GHz je rozdelené do 14 kanálov, väčšina z nich s odstupom 5 MHz. Táto medzera 5 MHz nebola v prvých dňoch bezdrôtového používania problémom. Technológia v tom čase bola obmedzená na asi 1 Mbps priepustnosti. Potom koncom 90. rokov sa štandard 802.11b so svojou technológiou rozšíreného spektra stal štandardom.
Výhodou je, že môže dosiahnuť priepustnosť 11 Mb / s. Nevýhodou bolo, že využívalo 22MHz spektra. Ak napríklad používate kanál 6, potom sú kanály 4,5,7 a 8 nepoužiteľné. Toto obmedzenie platí dodnes, či už používate staršie 802.11g alebo najnovšie 802.11n (2,4 GHz) WiFi zariadenie. Toto je jedno z najdôležitejších obmedzení.
Je preplnené. Toto ide ruka v ruke s predchádzajúcim obmedzením. Hoci boli vydané štandardy 802.11a (5 GHz) a 802.11b (2,4 GHz), v dôsledku rozdielov v nákladoch sa v tom čase rozšírilo iba 802.11b. Výsledkom je, že aj dnes väčšina WiFi prevádzky využíva pásmo 2,4 GHz.
Postavte sa na roh ulice centra akéhokoľvek slušného mesta a spustite skenovací softvér WiFi. So všetkou pravdepodobnosťou uvidíte najmenej 20 signálov; Videl som viac ako 40 rokov v centre Washingtonu DC. Teraz nezabudnite, že všetkých 40 týchto signálov pracuje iba na 3 kanáloch.
Je to pásmo ISM a podľa definície otvorené pre iné typy zariadení. Existuje veľa zariadení iných ako Wi-Fi, ktoré môžu rušiť: mikrovlnné rúry, bezdrôtové telefóny, zariadenia Bluetooth, detské monitory, videokamery, otvárače garážových brán atď.
Tieto veci môžu vážne narušiť vašu sieť a je ťažké ich odhaliť bez špecializovaného hardvéru a softvéru analyzátora spektra.
Ďalej budeme hovoriť o pásme 5 GHz
Okrem štandardného pásma ISM (5,725 - 7,825 GHz) FCC pridalo spektrum z pásiem UNII (nelicencovaná národná informačná infraštruktúra), aby podporilo používanie bezdrôtovej technológie. Upozorňujeme tiež, že rôzne regulačné agentúry pracujú na procese pridávania 195 MHz spektra dostupného v rozsahu 5 GHz.
5 GHz obmedzenia
Ako sme už spomínali, vyššie frekvencie sa nešíria tak ďaleko, že neprenikajú ani do prekážok. Pozrime sa na pásmo 2,4 GHz v reálnom svete.
- Na čerstvom vzduchu pokrývajú signály 5 GHz asi 1/3 až ½ vzdialenosti.
- Použiteľná kvalita signálu sa výrazne zníži po prerazení cez 1 vnútornú stenu, na rozdiel od približne 3 stien pre signály 2,4 GHz.
To vedie k ďalšej menej zrejmej nevýhode, nákladom. Cena za nasadenie 5 GHz (dvojpásmovej) WiFi siete akejkoľvek veľkosti je najmenej 2,5-násobok ceny ekvivalentnej 2,4-násobnej siete. Potrebujete omnoho viac prístupových bodov, zvyčajne 2,5 až 3x. Pridajte káble, licencie, údržbu atď.
Niektoré kanály sú zdieľané. Konkrétne kanály sú označené ako DFS, Dynamic Frequency Selection. Tieto kanály, umiestnené v pásmach UNII-2 a -2, zdieľajú spektrum s niektorými radarovými systémami, väčšinou v Európe.
Z tohto dôvodu musí byť systém WiFi navrhnutý tak, aby vyhľadával radarové impulzy pred použitím konkrétnych kanálov. Samozrejme, ak sa zistia radarové impulzy, okamžite zakáže tieto ovplyvnené kanály.
Výhody 5 GHz
Ako je zrejmé z tabuľky vyššie, existuje oveľa viac ako 3 kanály. Všimnite si tiež rozstup kanálov - najmenej 20 MHz. To znamená, že sa neprekrývajú žiadne kanály; všetky sú použiteľné súčasne.
Oveľa menej preplnené. Na rozdiel od zariadení s frekvenciou 2,4 GHz sa zariadenia s frekvenciou 5 GHz rozšírili len za posledných päť alebo šesť rokov. Je tu tiež skutočnosť, že aktualizácia infraštruktúry si vyžaduje určitý čas. Stále existuje značný počet podnikov, ktoré prevádzkujú iba siete 2.4.
Veľmi málo zdrojov rušenia. S výnimkou vyššie uvedeného radaru na určitých frekvenciách je pravdepodobnosť rušenia bez Wi-Fi extrémne nízka.
Vyššia priepustnosť. Teoreticky sú obe schopné dosahovať 600 Mbps. V praxi to však tak nie je, pretože veľká časť tejto vylepšenej schopnosti závisí od viazania kanálov. Toto je voliteľný režim, v ktorom zariadenie používa súčasne viac susedných kanálov. Pamätáte si skôr, ako sme diskutovali o skutočnosti, že v pásme 2,4 sú k dispozícii iba 3 neprekrývajúce sa kanály?
Táto technika by použila 2 z týchto 3. Takže nielenže by ste skutočne podráždili svojich susedov, všetky interkanálové a susedné kanálové interferencie by pravdepodobne zvýšili výkon vašej siete oveľa horšie. Aby som to zhrnul, NEPOVOLUJTE viazanie kanálov v pásme 2,4.
Vychádzajú niektoré nové normy, ktoré využívajú iné frekvenčné rozsahy. Budeme o nich diskutovať v nasledujúcom článku.
PDF oficiálnej mapy spektra FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Dúfam, že sa vám tento článok páčil. Myslím si, že mojou ďalšou bude diskusia o rôznych normách.
Ak máte návrh témy týkajúci sa WiFi alebo všeobecného sieťovania, dajte mi vedieť v komentároch.