Fonaments bàsics de WiFi 1a part: freqüències i canals

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes

El 1947, la Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT), una agència de les Nacions Unides, va designar determinades bandes de l’espectre de RF com a ISM. La idea era tenir un estàndard internacional de freqüències reservat a equips industrials, científics i mèdics. Irònicament, les telecomunicacions no eren el propòsit original.

Abans de parlar de detalls, només vull tenir present que aquest article es basarà principalment en el domini regulador dels Estats Units. Els diferents dominis reguladors tenen requisits específics sobre freqüències de transmissió i configuració d'energia.

Tot i que hi ha dotze bandes ISM, ara per ara ens concentrarem només en dues d’elles. La majoria de les persones es diuen com a bandes de 2,4 GHz i 5 GHz.

Comencem amb la banda ISM de 2,4 GHz (2.400GHz-2.500GHz). Aquest petit i ple grup de freqüències és, amb molt, el més utilitzat malgrat que la majoria d’ordinadors portàtils, telèfons intel·ligents i tauletes han estat equipats amb ràdios dobles els darrers anys.

El motiu d’això és la física. La regla general és que com més baixa sigui la freqüència, més llarga és la propagació i millor serà la penetració. Aquests són dos exemples del món real:

  • Esteu asseguts al vostre cotxe a un far de parada. Algú tira fins al vostre costat, amb la ràdio que s'escampa fort. Si no t’agrada el seu gust a la música, potser pots aparèixer per la finestra. Una mica d’aquest so es redueix, però segurament sentireu molt bé aquest baix (baixa freqüència).
  • Un altre exemple és un sistema de ràdio molt especialitzat que utilitzen els militars per comunicar-se amb submarins submergits. Es diu ELF (extremadament baixa freqüència) i té una longitud d’ona tan llarga que l’antena requerida pot arribar a tenir una longitud de milles.

D’acord, ara sabem que les freqüències més baixes ofereixen una àrea de cobertura més gran i una millor penetració del senyal a través d’obstacles. Si la banda de 2,4 GHz és tan gran, necessitem realment 5GHz? La resposta és que sí.

Limitacions de 2,4 GHz

Només tres canals que no es solapen. La banda de 2,4 GHz es divideix en 14 canals, la majoria a 5 MHz de distància. La distància entre 5MHz no va suposar cap problema en els primers temps de l’ús sense fils. La tecnologia aleshores es limitava a uns 1Mpbs de rendiment. A finals de la dècada de 1990, el 802.11b amb la seva tecnologia d’espectre estès es va convertir en l’estàndard.

L’avantatge és que podria aconseguir un rendiment de 11Mbps. L’inconvenient va ser que utilitzava 22MHz de l’espectre. Així, si, per exemple, utilitzeu el canal 6, els canals 4,5,7 i 8 com a mínim no es poden utilitzar. Aquesta limitació encara s’aplica a l’actualitat, tant si utilitzeu equips WiFi 802.11g més antics com els nous equips WiFi de 802.11n (2.4GHz) més nous. Aquesta és una de les limitacions més significatives.

wifi limitations

Està sobrepoblat Això va de la mà de la limitació anterior. Tot i que els estàndards 802.11a (5GHz) i 802.11b (2.4GHz) van ser llançats, a causa de diferències de costos, només el 802.11b va veure una adopció generalitzada en aquell moment. El resultat és que, encara avui, la majoria del trànsit WiFi utilitza la banda de 2,4 GHz.

Situeu-vos a la cantonada del carrer del centre de qualsevol ciutat de mida decent i utilitzeu programari d’escaneig WiFi. Amb tota probabilitat, veureu almenys 20 senyals; He vist més de 40 anys al centre de Washington DC. Ara recordeu que totes aquestes 40 senyals funcionen en només 3 canals.

És una banda ISM i, per definició, oberta a altres tipus de dispositius. Hi ha molts dispositius no WiFi que poden causar interferències: forns de microones, telèfons sense fils, dispositius Bluetooth, monitors per a nadons, càmeres de vídeo, obridors de portes del garatge, etc.

Aquestes coses poden pertorbar greument la vostra xarxa i són extremadament difícils de detectar sense programari i programari especialitzat per a analitzadors d’espectre.

A continuació, parlarem de la banda de 5GHz

A més de la banda estàndard ISM (5.725-7.825GHz), la FCC ha afegit espectre de les bandes UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) per impulsar l’ús de la tecnologia sense fils. Tingueu en compte que les diferents agències reguladores estan treballant mitjançant el procés d’afegir 195 MHz d’espectre disponible en el rang de 5GHz.

5ghz band

Limitacions de 5 GHz

Com hem comentat anteriorment, les freqüències més altes no es propaguen ni tan sols penetren entrebancs. Comparem amb la banda de 2,4 GHz en ús real del món.

  • A l’aire lliure, els senyals de 5 GHz recorreran aproximadament d’1 / 3 a ½ de distància.
  • La qualitat del senyal útil es degradarà molt després de perforar una paret interior, en contraposició a uns 3 murs per a senyals de 2,4 GHz.

Això comporta un altre desavantatge menys evident, el cost. El preu per implementar una xarxa WiFi de 5 GHz (bé, de banda doble) de qualsevol mida és, com a mínim, 2,5 vegades el cost d’una xarxa de 2,4 equivalents. Necessiteu molts més punts d’accés, normalment de 2,5x a 3x. Afegiu el cablejat, les llicències, el manteniment, etc.

Alguns canals són d’ús compartit. Els canals específics es designen com DFS, selecció dinàmica de freqüència. Aquests canals, ubicats a les bandes extenses UNII-2 i -2 comparteixen l'espectre amb alguns sistemes de radar, la majoria a Europa.

Per això, el sistema WiFi s'ha de dissenyar per cercar polsos de radar abans d'utilitzar els canals concrets. Per descomptat, si es detecten polsos de radar, es desactiva immediatament dels canals afectats.

Avantatges 5GHz

Com es pot veure senzillament al gràfic anterior, hi ha molt més de 3 canals. Tingueu en compte també l'espai entre canals (almenys 20MHz). Això vol dir que no hi ha canals superposats; totes es poden utilitzar simultàniament.

Molt menys multitud. A diferència dels dispositius de 2,4 GHz, els dispositius de 5 GHz només s’han distribuït àmpliament en els darrers cinc o sis anys. Hi ha també el fet que es necessita temps per actualitzar una infraestructura. Encara hi ha un nombre important d’empreses amb 2.4 xarxes només.

Molt poques fonts d’interferència. Llevat del radar esmentat en determinades freqüències, les probabilitats d'interferències que no siguin WiFi són extremadament baixes.

Major capacitat de rendiment. Teòricament tots dos són capaços de 600Mbps. No obstant això, a la pràctica, no és així perquè gran part d'aquesta capacitat millorada depèn de l'enllaç del canal. Es tracta d’un mode opcional on el dispositiu utilitza diversos canals adjacents simultàniament. Recordeu anteriorment com vam parlar del fet que només hi ha 3 canals no solapats disponibles a la banda 2.4?

Aquesta tècnica faria servir 2 d’aquestes 3. Per tant, no només faríeu irritació als vostres veïns, tota la interferència de canals i canals adjacents probablement empitjoraria la vostra xarxa. Per resumir, NO activeu l’enllaç de canals a la banda 2.4.

Hi ha alguns estàndards més nous que fan servir altres intervals de freqüències. Els discutirem en un proper article.

Per a un pdf del mapa oficial de l'espectre de la FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

Espero que us hagi agradat aquest article. Crec que el meu proper serà una discussió sobre els diferents estàndards.

Si teniu algun suggeriment sobre temes relacionats amb WiFi o xarxes generals, informeu-me als comentaris.