יסודות WiFi חלק 1: תדרים וערוצים

נסה את הכלי שלנו לביטול בעיות

בשנת 1947, האיחוד הבינלאומי לתקשורת (ITU), סוכנות של האו'ם, ייעד להקות מסוימות של ספקטרום ה- RF בשם ISM. הרעיון היה להחזיק בתקן בינלאומי של תדרים השמורים לציוד תעשייתי, מדעי ורפואי. באופן אירוני, טלקומוניקציה לא הייתה המטרה המקורית.

לפני שנדון בפרטים כלשהם, אני רק רוצה לציין כי מאמר זה יתבסס בעיקר על תחום הרגולציה של ארה'ב. לתחומים רגולטוריים שונים יש דרישות ספציפיות לגבי תדרים משודרים והגדרות כוח.

למרות שיש שתים עשרה להקות ISM, נכון לעכשיו נתרכז רק בשתיים מהן. רוב האנשים מתייחסים אליהם כאל להקות 2.4GHz ו- 5GHz.

נתחיל עם פס ISM 2.4GHz (2.400GHz-2.500GHz). מערך התדרים הקטן והעמוס הזה הוא ללא ספק השימוש המשמעותי ביותר למרות העובדה שרוב המחשבים הניידים, הסמארטפונים והטאבלטים מגיעים עם מכשירי רדיו כפולים בשנים האחרונות.

הסיבה לכך היא פיזיקה. כלל האצבע הכללי הוא שככל שהתדר נמוך יותר, כך התפשטות ארוכה יותר וחדירה טובה יותר. להלן שתי דוגמאות בעולם האמיתי:

  • אתה יושב במכוניתך ברמזור. מישהו מושך לידך כשהרדיו שלהם מתרוצץ בקול רם. אם אתה לא אוהב את הטעם שלהם במוזיקה, אתה עשוי להעלות את החלון שלך. חלק מהצליל הזה מצטמצם, אבל כנראה שתשמעו היטב את הבס הזה (בתדר נמוך).
  • דוגמא נוספת היא מערכת רדיו מאוד מיוחדת המשמשת את הצבא לתקשורת עם צוללות שקועות. זה נקרא ELF (תדר נמוך במיוחד) ובעל אורך גל ארוך כל כך שהאנטנה הנדרשת יכולה להיות באורך קילומטרים.

אוקיי, אז עכשיו אנחנו יודעים שתדרים נמוכים יותר מציעים שטח כיסוי גדול יותר וחדירת איתות טובה יותר דרך מכשולים. אם פס 2.4GHz כל כך גדול, האם אנחנו באמת צריכים 5GHz? התשובה היא כן.

מגבלות 2.4 גיגה הרץ

רק 3 ערוצים שאינם חופפים. פס 2.4GHz מחולק ל 14 ערוצים, רובם בנפח 5MHz. המרווח של 5 מגה הרץ לא היה בעיה בימים הראשונים מאוד של השימוש האלחוטי. הטכנולוגיה באותה תקופה הוגבלה לכ- 1Mbbs של תפוקה. ואז בסוף שנות התשעים 802.11b עם טכנולוגיית הספקטרום המפוזר שלה הפך לתקן.

היתרון הוא שהוא יכול להשיג תפוקה של 11 מגהביט לשנייה. החיסרון היה שהוא השתמש ב 22 מגה הרץ של הספקטרום. כך שאם, למשל, אתה משתמש בערוץ 6, אז לכל הפחות, הערוצים 4,5,7 ו- 8 אינם שמישים. מגבלה זו חלה גם היום, בין אם אתה משתמש ב- 802.11g ישן יותר או בציוד WiFi 802.11n (2.4GHz) החדש ביותר. זו אחת המגבלות המשמעותיות ביותר.

wifi limitations

זה צפוף. זה הולך יד ביד עם המגבלה הקודמת. למרות שתקני 802.11a (5GHz) ו- 802.11b (2.4GHz) שוחררו, בגלל הבדלי עלויות, רק 802.11b ראו אימוץ נרחב באותה תקופה. התוצאה היא שגם היום רוב תעבורת ה- WiFi משתמשת בפס 2.4GHz.

עמדו בפינת הרחוב במרכז העיר של כל עיר בגודל הגון והפעלו תוכנת סריקת WiFi. ככל הנראה, תראו לפחות 20 אותות; ראיתי מעל 40 במרכז וושינגטון די.סי. זכרו עכשיו שכל 40 האותות הללו פועלים רק בשלושה ערוצים.

זוהי להקת ISM, ובהגדרה, פתוחה לסוגים אחרים של מכשירים. ישנם מכשירים רבים שאינם WiFi, שיש להם פוטנציאל לגרום להפרעה: תנורי מיקרוגל, טלפונים אלחוטיים, מכשירי בלוטות ', מסכי תינוק, מצלמות וידאו, פתיחת דלתות מוסך וכו'.

דברים אלה עלולים להפריע קשות לרשת שלך וקשים ביותר לגילוי ללא חומרה ותוכנה של מנתחי ספקטרום מיוחדים.

בשלב הבא נדבר על פס 5GHz

בנוסף ללהקת ISM הסטנדרטית (5.725-7.825GHz), ה- FCC הוסיף ספקטרום מלהקות UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) כדי לדרבן את השימוש בטכנולוגיה אלחוטית. כמו כן, שים לב שסוכנויות הרגולציה השונות עובדות בתהליך של הוספת 195 מגה הרץ של ספקטרום הזמין בטווח 5GHz.

5ghz band

מגבלות 5GHz

כפי שדיברנו קודם, תדרים גבוהים יותר אינם מתפשטים עד כה וגם לא חודרים מכשולים. בואו נשווה עם פס 2.4GHz בשימוש בעולם האמיתי.

  • באוויר הפתוח, אותות 5GHz יכסו בערך 1/3 עד ½ המרחק.
  • איכות האות הניתנת לשימוש היא תשפיל מאוד לאחר ניקוב דרך קיר פנים 1, לעומת כ -3 קירות עבור אותות 2.4GHz.

זה מוביל לחיסרון נוסף פחות ברור, עלות. תג המחיר לפריסת רשת WiFi של 5 גיגה הרץ (ובכן, פס כפול) בכל גודל הוא לפחות פי 2.5 מעלות הרשת המקבילה 2.4 בלבד. אתה זקוק להרבה יותר נקודות גישה, בדרך כלל 2.5x עד 3x. הוסף כבלים, רישוי, תחזוקה וכו '.

חלק מהערוצים הם משותפים. ערוצים ספציפיים מוגדרים כ- DFS, בחירת תדרים דינמיים. ערוצים אלה הממוקמים ברצועות UNII-2 ו- -2 מורחבים חולקים את הספקטרום עם כמה מערכות רדאר, בעיקר באירופה.

מכיוון שכך, מערכת ה- WiFi חייבת להיות מתוכננת לסריקה אחר פולסי רדאר לפני השימוש בערוצים המסוימים. כמובן שאם מתגלים פולסי רדאר, זה משבית מייד את אותם ערוצים שנפגעו.

יתרונות 5GHz

כפי שאתה יכול לראות בבירור בתרשים למעלה, ישנם הרבה יותר משלושה ערוצים. שימו לב גם למרווח הערוצים - לפחות 20 מגהרץ. המשמעות היא שאף ערוצים אינם חופפים; כולם שמישים בו זמנית.

הרבה פחות צפוף. בניגוד למכשירי 2.4GHz, מכשירי 5GHz התפשטו באופן נרחב רק בחמש או שש השנים האחרונות. יש גם העובדה שלוקח זמן לשדרג תשתית. ישנם עדיין מספר משמעותי של עסקים המנהלים רשתות 2.4 בלבד.

מעט מאוד מקורות הפרעה. למעט הרדאר שהוזכר לעיל בתדרים מסוימים, הסיכוי להפרעה ללא WiFi הוא נמוך ביותר.

יכולת תפוקה גבוהה יותר. תיאורטית שניהם מסוגלים 600 מגהביט לשנייה. אולם בפועל, זה לא המקרה מכיוון שחלק גדול מהיכולת המשופרת הזו תלויה במליטה בערוצים. זהו מצב אופציונלי בו המכשיר משתמש בערוצים סמוכים מרובים בו זמנית. זוכר קודם לכן כיצד דנו בעובדה שיש רק 3 ערוצים שאינם חופפים ברצועה 2.4?

טכניקה זו תשתמש ב -2 מתוך אלה. 3. כך, לא רק שתרגיז באמת את שכניך, כל ההפרעות המשותפות והערוצים הסמוכים יביאו ככל הנראה לרשת שלך הרבה יותר גרועה. לסיכום, אל תאפשר חיבור ערוצים ברצועת 2.4.

ישנם כמה תקנים חדשים יותר העושים שימוש בטווחי תדרים אחרים. נדון בהם במאמר הקרוב.

לקובץ PDF של מפת הספקטרום הרשמית של ה- FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

אני מקווה שנהנית מהמאמר הזה. אני חושב שהבאה הבאה שלי תהיה דיון על הסטנדרטים השונים.

אם יש לך הצעת נושא הנוגעת WiFi או רשת כללית, הודע לי בתגובות.