Частоты Wi-Fi: 2.4 и 5 ГГц — полный разбор WiFi диапазонов
Привет, мой дорогой читатель. Я надеюсь, что ты в порядке, и солнце светит тебе на голову. И сегодня я (мастер беспроводных сетей в третьем поколении) раскрою вам все секреты частотной сети Wi-Fi. Начнем с определения Wi-Fi: это особый стандарт передачи, используемый для распределения пронумерованных пакетов данных между двумя или более устройствами. В частности, используется стандарт передачи IEEE 802.11, который впервые был использован Альянсом в 1999 году. Сам стандарт был придуман чуть раньше, в 1998 году. Но вы зашли сюда, чтобы прочитать о частоте и волнах, так что подробнее о них.
Радиоволны
Передача данных происходит посредством обычного шифрования, после чего код перенаправляется передатчику. В свою очередь, он переформатирует электронный сигнал в радиоволну.Радиоволна также используется при передаче информации в мобильной связи, на телевидении, а также для разогрева пищи в микроволновой печи.
Волна, как вы, наверное, помните из физики, имеет три характеристики: частоту, амплитуду (или высоту) и длину. Именно первый определяет канал передачи, а также скорость передачи отдельных более высоких частот.
В частности, изначально с 2000 по 2009 год использовался только один стандарт с частотой 2,4 ГГц, на данный момент он является наиболее распространенным, так как имеет высокую скорость передачи данных и большую дальность распространения.
2.4 ГГц
Как уже было сказано, пока что это основной и основной стандарт передачи данных. На этой частоте 13 каналов. Каждый канал имеет ширину 20 МГц. Давайте посмотрим на следующую диаграмму.
Как видите, 14 канал тоже есть, но в современных роутерах и роутерах он не используется. Также волны начинаются на частоте 2400 ГГц и заканчиваются на частоте 2 500 ГГц. Канал занимает от 20 до 40 МГц. На изображении выше канал имеет только длину волны 20 МГц. Но современные маршрутизаторы могут использовать более широкий канал 40 МГц.
Если присмотреться, то начало следующего канала начинается с 2,406 МГц, то есть один канал может пересекаться с 5 другими каналами. Если на одном канале много маршрутизаторов, сигнал может ухудшиться из-за потери пакетов, появляются задержки, и получатель должен повторно отправить потерянные данные.
Такое часто бывает в многоквартирных домах, когда несколько каналов занимают сразу 2, а то и 3 соседних роутера. На современных устройствах вся настройка выбора канала выполняется в автономном режиме. При включении роутер ищет самую дальнюю волну из уже занятых.
ПРИМЕЧАНИЕ! Иногда роутер не может сам выбрать канал, и начинаются обрывы, задержки, скорость падает. Советую прочитать мою статью, где я рассказываю как правильно выбрать канал и улучшить сигнал.
Также на изображении более четко выделены не пересекающиеся каналы — это 1, 6 и 11. В идеале передача данных по этим каналам будет практически без потерь. Соседние каналы могут немного испортить соединение. Если стоит настройка с шириной 40 МГц, то канал будет дополнительно пересекать пять других, что может негативно сказаться на связи.
ВНИМАНИЕ! В США использование каналов 12 и 13 запрещено законом. Поэтому, если в настройках интернет-центра выбрать эти диапазоны, то могут возникнуть проблемы с некоторыми устройствами американского производства.
Как и любая волна, эта имеет качество затухания, которое напрямую зависит от частоты. 2,4 ГГц — это сверхвысокая частота в один дециметр. Длина волны примерно равна 124,3 — 121,3 мм. На этой частоте скорость передачи данных будет выше, но радиус передачи не пострадает.
На частоте 2,4 ГГц эти стандарты работают как:
Наиболее часто используются b, g и n. Первые два уже устаревают, но устройств, работающих с этими стандартами, еще довольно много. Его скорость передачи составляет от 11 до 54 Мбит/с.Последний N — это более новый стандарт, изобретенный в 2009 г. Скорость передачи может достигать 600 Мбит/с с несколькими потоками. При передаче максимальная скорость составляет 300 Мбит/с.
5 ГГц
Этот стандарт был введен недавно. Диапазон частот варьируется от 5,170 ГГц до 5,905 ГГц. Используются такие стандарты, как 802.11a, h, j, n и ac. Как вы заметили, N также совместим с этой частотой. Следовательно, две сети могут существовать и функционировать как одна. Скорость передачи данных вырастает до нескольких гигабит в секунду. Это связано с удвоением частоты.
С увеличением частоты скорость передачи данных также увеличивается, но увеличивается затухание. Даже если препятствий нет, волна затухнет намного быстрее. Именно поэтому эта частота чаще всего используется в малом радиусе. Например, для подключения телевизора, компьютера или ноутбука рядом с роутером.
Также большим недостатком этой частоты является ее нестабильность перед лицом препятствий. То есть она еще больше затухает от стен, стекла, металла, деревьев, чем волна 2,4 ГГц.Для увеличения скорости используется другая ширина канала — 80 МГц.На данный момент использовать ее вполне реально, так как количество каналов 180, а роутеров с поддержкой 5 Ггц не так уж и много, поэтому каналы у «пятерки» более свободные.
Затухание сигнала
Это напрямую зависит от препятствия. Чем больше ширина препятствия, тем больше затухание. Также нужно учитывать материал. Вот примерная таблица затухания.
| Материал | Ширина (см) | Потеря сигнала в дБ | (P) Процент потери диапазона (%) |
|---|---|---|---|
| Свободная улица | 0 | 0 | 0 |
| Железобетон | пять | 25 | 90 |
| Стакан | 0,5 | 3 | 26 |
| Древесина | два | 9 | Четыре пять |
| Конкретный | 15 | 20 | 75 |
| Конкретный | 31 | 23 | 82 |
- W — полный диапазон волны без препятствий.
- P — процент потери дальности.
- D – окончательный диапазон волн после расчета.
Возьмем пример: дальность волны W составляет 150 метров на открытой местности. На пути волны положим стакан толщиной 1 см, значит 150*(100% — 26%*2) = 72 метра. Как вы, наверное, заметили, самым большим препятствием является металл. При правильном использовании его можно использовать как отражатель волн.
Также возможность объехать препятствие можно отнести к более плохой связи. И эта характеристика также зависит от длины волны. Поскольку 2,4 ГГц имеет большую длину волны, она может преодолеть более широкое препятствие почти без потерь, чем волна 5 ГГц, то есть чем длиннее длина волны, тем ниже скорость передачи, но меньше затухание препятствия.
Затухание также можно объяснить естественными потерями мощности сигнала, которые уменьшаются со временем распространения волны луча. Волна, как и свет, может отражаться от препятствий. Чем больше волна отражается, тем слабее становится сигнал. Именно поэтому нельзя точно сказать, как далеко пойдет тот или иной роутер.
Как усиливается сигнал
Самые дорогие модели используют схему MIMO. То есть данные передаются сразу в несколько потоков. При использовании данные разбиваются на несколько частей схемы MIMO и отправляются получателю одновременно. Но ресивер тоже должен поддерживать эту технологию.
Например, таким образом можно достичь 7 Гбит/с, если используется схема 8xMU-MIMO. То есть у этого роутера должно быть до 8 антенн и более. Каждая антенна будет посылать свой сигнал, и в итоге они будут складываться.
В быту чаще всего используются широкополосные антенны. У них меньше коэффициент усиления, но сам луч имеет больший радиус. Будет понятнее, если вы посмотрите на изображение ниже. По мере увеличения дБ луч становится уже. Именно поэтому в мощных Wi-Fi роутерах используется сразу несколько мощных антенн для увеличения покрытия.