Длина волны вай фай роутера

Время на прочтение
12 мин

Количество просмотров 33K

В предыдущей статье о Wi-Fi мы рассказывали об истории беспроводных сетей: первой беспроводной сети AlohaNet, коммерческой WaveLan и IEEE, который поспособствовал стандартизации беспроводных устройств. Вот, кстати, ссылочка на первую публикацию. В этой части цикла про Wi-Fi мы расскажем о сигнале, передающем информацию, а именно: как аналоговые электромагнитные волны передают цифровой сигнал, как модулируется сигнал и что такое мультиплексирование.

Аналоговые и цифровые сигналы

Сигнал — это некий носитель информации, с помощью которого передается информация. Это может быть электромагнитная волна, свет, звук, да и в принципе, практически всё, что угодно может выступать в роли сигнала. Если представить сигнал в виде математической функции от времени, то сигнал окажется либо аналоговым, либо цифровым.

Аналоговый сигнал изменяется во времени постепенно и непрерывно: он не имеет разрывов или пауз. В идеализированном понимании цифровой сигнал противопоставляется аналоговому. Цифровой сигнал на некотором интервале имеет постоянную интенсивность и изменяется моментально.

Аналоговый сигнал для непрерывных данных, например записи голоса

Цифровой сигнал для дискретных данных, например набора битов.

Аналоговый сигнал в виде электромагнитной волны может распространяться через множество сред: оптоволокно, витая пара, по воздуху. В то же время цифровой сигнал можно передавать с помощью проводов через напряжения: постоянная положительная величина будет означать 1, а отрицательная 0.

Свойства сигналов

Скорость и качество передаваемых данных зависит как от особенностей самих сигналов (мощность, способ кодирования), так и от характеристик линии связи (задержка, полоса пропускания, частота ошибок). Рассмотрим основные свойства сигналов.

Синусоида

Процессы могут описываться различными функциями: аналоговыми, дискретными, периодическими и непериодическими. Фундаментальным случаем аналоговой периодической функции является синусоида. Её фундаментальность заключается в том, что она описывает многие природные процессы, например, высоту волны в жидкости и уровень напряжения в электрической цепи.

В общем случае синусоида как функция от времени имеет следующие параметры:

Структура синусоиды

Мы рассмотрели синусоиду как функцию от времени в некоторой фиксированной точке пространства. Однако можно использовать представление, когда значения функции изменяются в зависимости от расстояния x. Существует соотношение между двумя синусоидальными сигналами, которое отражает взаимосвязь временной и пространственной периодичности.

У синусоиды есть параметр — длина волны, который является аналогом периода синусоиды . Длина волны () — это расстояние, на которое перемещается волна за время периода . Таким образом, скорость распространения волны . Так как электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света, то справедливо соотношение или .

Спектральное разложение

Свойства синусоидальных функций делают их эффективным инструментом изучения сигналов. Из теории гармонического анализа Фурье известно, что любой периодический процесс можно представить в виде суммы бесконечного набора синусоидальных колебаний различных частот и различных амплитуд. Такой набор называется спектральным разложением, а синусоидальные колебания определенной частоты — гармониками.

Представление периодического аналогового сигнала суммой синусоид

Все информационные сигналы имеют конечную длительность. Если представить, что сигнал бесконечно повторяется снова и снова, то его можно разложить в ряд Фурье. Таким образом, любой процесс, описываемый произвольной функцией может быть представлен в виде некоторого набора синусоидальных функций. На практике во внимание принимается только несколько первых, значимых гармоник, так как амплитуды последующих быстро убывают и вносят незначительный вклад в форму исходного сигнала. Самая первая частота называется основной гармоникой, а разность между максимальной и минимальной частотами значимых гармоник — шириной спектра сигнала.

Затухания и полоса пропускания

Любая передача информации связана с передачей энергии. Следовательно, понятие мощности сигнала является чрезвычайно важным. Мощность синусоидального сигнала пропорциональна квадрату его амплитуды. Интуитивно понятно, что при прохождении среды передачи мощность сигнала уменьшается. Так вот, затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии.

Влияние затухания на форму прямоугольного импульса

Ни один канал связи не может передавать сигналы без потери мощности. Если бы все гармоники ряда Фурье уменьшались при передаче в равной степени, то сигнал уменьшался бы по амплитуде, но не искажался. К сожалению, все каналы связи уменьшают гармоники в разной степени, тем самым искажая передаваемый сигнал. Степень затухания мощности синусоидального сигнала зависит от частоты и эта зависимость характеризует линию связи.

Полоса пропускания — это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает некоторый заранее заданный предел. То есть полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии без значительных искажений.

Помехи

Существует множество факторов, способных исказить или повредить сигнал. Наиболее распространенные из них — помехи или шумы, представляющие собой любой нежелательный сигнал, который смешивается с сигналом, предназначенным для передачи или приема, и искажает его.

Искажение импульсов в линии связи

Пропускная способность

Пропускная способность — величина, характеризующая максимальную скорость передачи данных, которая может быть достигнута на этой линии. Особенностью пропускной способности является то, что она зависит как от характеристик физической среды (затухания и полосы пропускания), так и от способа передачи данных (кодирования). Дело в том, что кодирование определяет спектр передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться. Если же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания, то сигнал будет значительно искажаться, что усложнит распознавание информации.

Соответствие между полосой пропускания и спектром сигнала

В большинстве способов кодирования используется изменение одного или нескольких параметров периодического электрического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же уровня напряжения/тока последовательности импульсов. Эти параметры называют информационными параметрами сигнала. Периодический сигнал, параметры которого подвергаются изменениям, называют несущим сигналом. Процесс изменения информационных параметров несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией называется модуляцией (кодированием). Измененный в результате кодирования несущий сигнал называют информационным сигналом. Изменение информационного параметра сигнала происходит через фиксированный интервал времени, называемый тактом. Величина, обратная значению такта, является тактовой частотой линии.

Резюме

Итак, попробуем теперь собрать все вышеизложенное вместе. В общем случае любой цифровой сигнал имеет бесконечную ширину полосы. Если мы попытаемся передать этот сигнал через какую-то среду, передающая система наложит ограничения на ширину полосы, которую можно передать. Чем больше передаваемая полоса, тем больше стоимость передачи. Поэтому цифровую информацию аппроксимируют сигналами с ограниченной шириной полосы. С другой стороны, при ограничении ширины полосы возникают искажения, затрудняющие интерпретацию принимаемого сигнала. Чем больше ограничена полоса, тем больше искажение сигнала и тем больше потенциальная возможность возникновения ошибок при приеме.

Естественно, нам хотелось бы максимально эффективно использовать имеющуюся полосу. Для цифровых данных это означает, что для определенной полосы желательно получить максимально возможную скорость передачи, учитывая помехи и ошибки. В этом помогают различные техники модуляции.

Модуляция сигнала

В системах связи используют как цифровые, так и аналоговые сигналы. Но в рамках беспроводной связи между компьютерами, где в качестве сигнала используется электромагнитная волна, а данные — дискретные, возникает необходимость в модуляции — преобразовании двоичных данных в аналоговый сигнал.

Сама по себе модуляция двоичных данных не ограничивается беспроводной связью. Показательный пример — это передача двоичных данных по телефонным кабелям или каналам тональной частоты. Они имеют полосу пропускания 3.1 КГц и передают частоты в диапазоне от 300 Гц до 3400 Гц. Это меньше, чем воспринимаемый человеком диапазон звуков — от 20 Гц до 20 КГц, но достаточный для передачи большинства звуков. Для передачи цифрового сигнала такой полосы пропускания недостаточно (с приемлемой, на момент применения в качестве канала связи телефонной инфраструктуры, скоростью), поэтому использовалась аналоговая модуляция: данные поступали от компьютера в модем и он модулировал аналоговый сигнал.

В качестве кодирующего параметра можно использовать три характеристики электромагнитной волны: амплитуду, частоту и фазу. Рассмотрим каждый из них.

Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции для кодировки разных логических значений используются сигналы несущей частоты с разной амплитудой. В простейшем случае при кодировании 2 значений (логической единицы и логического нуля) используют сигнал с двумя возможными амплитудами: А1 для единицы и А2 для нуля.

Амплитудная модуляция в подвержена помехам и в основном используется в сочетании с другими видами модуляции.

Частотная модуляция

Для частотной модуляции используются несколько сигналов разной частоты, расположенные вблизи к несущей частоте. Одним из вариантов частотной модуляции является бинарная. В ней логический нуль и логическая единица кодируется двумя сигналами с частотами f1 и f2, смещенные относительно несущей частоты на одинаковое расстояние:

Также частотную модуляцию можно осуществлять с помощью нескольких сигналов. Такая схема называется многочастотной модуляцией. Такой вид модуляции в большей степени подвержен ошибкам, чем бинарная, но позволяет закодировать большее количество информации. В ней каждая сигнальная посылка кодирует несколько битов информации. Вот пример четырехуровневой частотной модуляции:

Фазовая модуляция

В фазовой модуляции используются сигналы одинаковой частоты, но со смещением по фазе. Наиболее простым вариантом фазовой модуляции является двухуровневая модуляция. В ней используется два сигнала, смещенные по фазе (один — 0, другой 180). Один из них кодирует логическую единицу, а другой логический нуль.

Другой вариант фазовой модуляции — дифференциальная. Суть метода заключается в сравнении фазы не с эталоном, а с предыдущим пакетным символом. Если следующий символ логический нуль, то фаза не меняется. Если единица — меняется на противоположную:

Также, как и в случае с предыдущими модуляциями, метод можно расширить: использовать не два варианта фаз, а больше.

Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

Для повышения производительности канала связи прибегают к комбинаторным методам модуляции. Один из популярных вариантов, который используется в Wi-FI — это квадратурная амплитудная модуляция (QAM). В ней используется фазовая и амплитудная модуляции.

В квадратурной амплитудной модуляции используется несколько сигналов на одной частоте с разной фазой. В простейшем случае получается 4 возможных состояния: 2 по частоте и 2 по амплитуде. Метод можно расширять, но вероятность ошибки увеличивается. Для их избежания используется следующая схема: запрещено использовать одинаковую амплитуду соседним по фазе сигналам. Например, при использовании 4 амплитуд и 8 фаз будет доступно 16 состояний (0000, 0001, …., 1111).

Физический уровень стандарта IEEE 802.11

Физический уровень стандарта IEEE 802.11 состоит из двух подуровней. PLCP — этот уровень управляет обменом кадров между MAC-подуровнем и физическим уровнем. PMD — подуровень зависимости от физической среды. Этот подуровень обеспечивает интерфейс со средой передачи данных. Он определяет характеристики беспроводной среды и метод передачи данных беспроводными станциями через нее.

Спецификации семейства 802.11 имеют различные характеристики: скорость передачи, диапазон частот, ширину канала и т.д. Ниже приведены технические характеристики спецификаций физического уровня:

Частотные диапазоны

Порядок и правила использования радиочастотного спектра определяется государством. В России роль регулятора выполняет Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ). В США за регулирование отвечает FCC, в Европе — ERO и ETSI. Правила использования радиочастотного спектра необходимы для того, чтобы множество беспроводных устройств могло одновременно использовать одну полосу частот, не создавая помех друг другу.

В России для беспроводных сетей стандарта 802.11 выделены одна полоса в диапазоне 2,4 ГГц (2400-2483,5 МГц) и две полосы в диапазоне 5 ГГц (5150-5350 МГц и 5650-6425 МГц). Частотные диапазоны 2,4 и 5 ГГц, в свою очередь, разбиваются на каналы, ширина и количество которых зависит от спецификации 802.11 и особенностей радиочастотного регулирования в конкретном государстве.

Расширение спектра

Технологии модуляции определяют, каким образом и на какой скорости данные передаются через беспроводную среду. Рассмотрим две основных приема — расширение спектра и мультиплексирование.

Технологии расширения спектра являются базовыми при организации передачи данных в беспроводных сетях стандарта 802.11. Изначально их использовали для разведывательных и военных целей. Основная идея метода состоит в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, что в итоге позволит значительно усложнить подавление или перехват сигнала. При этом преобразовании мощность исходного сигнала не изменяется, а распределяется по более широкой полосе пропускания и становится сопоставима с мощностью шумов. Это позволяет сделать сигнал невосприимчивым к различным типам шумов и искажениям, дает возможность скрывать и шифровать сигналы и одновременно использовать одну полосу частот несколькими пользователями.

Первая разработанная схема расширенного спектра известна как метод перестройки частот (FHSS). Её суть заключается в постоянной смене несущей в пределах широкого диапазона частот. В результате мощность сигнала распределяется по всему диапазону, и прослушивание какой-то определенной частоты дает только небольшой шум. Последовательность несущих выбирается псевдослучайно. На каждой несущей частоте для передачи дискретной информации применяются стандартные методы модуляции (например, частотная или фазовая).

Перестройка частоты

Физический уровень FHSS стандарта 802.11 позволяет выполнять передачу данных на скоростях 1 и 2 Мбит/с. В более новых спецификациях (802.11b и 802.11g) используется более совершенный метод прямой последовательности (DSSS), более приспособленный для передачи данных на высоких скоростях. В DSSS также используется весь частотный диапазон, выделенный для одной беспроводной линии связи. В отличие от FSSS весь частотный диапазон занимается не за счет постоянных переключений с частоты на частоту, а за счет того, что каждый бит информации заменяется N битами, так что тактовая скорость передачи сигналов увеличивается в N раз. А это, в свою очередь, означает, что спектр сигнала также расширяется в N раз. Достаточно соответствующим образом выбрать скорость передачи данных и значение N, чтобы спектр сигнала заполнил весь диапазон. Как и в случае FHSS, для кодирования результирующего кода может использоваться любой вид модуляции.

Каналы, используемые в технологии DSSS

Мультиплексирование

Одна из основных проблем построения беспроводных систем — это решение задачи доступа многих пользователей к ограниченному ресурсу среды передачи. Существует несколько базовых методов доступа (мультиплексирования), основанных на разделении между станциями таких параметром, как пространство, время, частота и код. Задача мультиплексирования — выделить каждому каналу пространства, время, частоту и/или код с минимумом взаимных помех и максимальных использованием характеристик передающей среды.

В новых стандартах 802.11 используется механизм мультиплексирования посредством ортогональных несущих частот (OFDM). Его суть заключается в том, что весь доступный частотный диапазон разбивается на достаточно много поднесущих (от нескольких сот до тысяч). Одному каналу связи (приемнику и передатчику) назначают для передачи несколько таких несущих, выбранных из всего множества по определенному закону. Передача ведется одновременно по всем поднесущим, т. е. в каждом передатчике исходящий поток данных разбивается на N субпотоков, где N – число поднесущих, назначенных данному передатчику. Распределение поднесущих в ходе работы может динамически изменяться. Схема OFDM имеет несколько преимуществ: она помогает подавлять межсимвольную интерференцию и бороться с селективным замиранием.

Защита от ошибок

Как говорилось ранее, при передаче данных, особенно по беспроводной среде, непременно будут возникать ошибки. Существуют три наиболее распространенных орудия борьбы с ними:

• Коды обнаружения ошибок. Основан на передаче в составе блока данных избыточной служебной информации (контрольная сумма, FCS), по которой можно судить с некоторой степенью вероятности о достоверности принятых данных.
• Коды с коррекцией ошибок. Позволяет приемнику не только понять, что присланные данные содержат ошибки, но и исправить их. Коды, которые обеспечивают прямую коррекцию ошибок, требуют введения большей избыточности в передаваемые данные, чем коды, которые только обнаруживают ошибки.
• Протоколы с автоматическим запросом повторной передачи. В простейшем случае защита от ошибок заключается только в их обнаружении. Система должна предупредить передатчик об обнаружении ошибки и необходимости повторной передачи.

Антенны MIMO

Пусть антенна — это проводник, который может излучать и улавливать в/из окружающей среды электромагнитные волны. В 2008 году в новый стандарт Wi-Fi 802.11n вошла новая технология MIMO — multiple-in multiple out. Суть MIMO заключается в использовании нескольких антенн на передатчике и приемнике, передающих сигнал в отдельных пространственных потоках (например с использованием поляризации). При этом передающие и принимающие антенны разносятся таким образом, чтобы их сигналы слабо воздействовали друг на друга. MIMO помогает увеличить пропускную способность канала, либо улучшить качество передачи за счет избыточных антенн.

Различные конфигурации систем с разным числом антенн

Специфика беспроводных технологий в том, что подключение идет через провайдера опосредованно — через каналы, работающие на определенных частотах. Ниже разбирается тематика: что такое ширина сигнала, как узнать, на какой частоте работает Wi-Fi, нужно ли ее менять.

Что такое частота Wi-Fi сигнала

Каждый модем передает цифровые потоки информации от одной к другой точке или точкам. Сигнал представляется собой электрический импульс с 2 базовыми характеристиками — длина волны Wi-Fi и частота. Так как беспроводные технологии относятся к категории радиоволн, то работают по схожим законам, что и свет.

Частоты Wi-Fi — это число периодов переменного тока за сек., иначе — количество волн, идущих в определенном месте пространства. Частота напряжения определяет общую длину радиоволны.

Итак, на каких частотах работает Wi-Fi:

• 2,4 ГГц (2412 — 2472 мгц).
• 5 ГГц (5160 — 5825 мгц).

Встречаются другие диапазоны — 0,9, 3,6, 10, 24 GHz. Они применяются редко, когда обычные частоты заняты, и лишь в случае, если на них у пользователя имеется лицензия. Каждая частота имеет индивидуальные свойства. И даже слабый сигнал может проходить огромные расстояния, однако в такой ситуации потребуется специальная антенна или Wi-Fi пушка для усиления импульса.

Чтобы осуществлять связь по беспроводной технологии необходимо иметь точку для доступа (оборудование) и как минимум 1-2 клиентов Wi-Fi. Иногда происходит подключение по типу точка-точка, то есть пользователи связываются напрямую. При этом стандарт предусматривает значительную степень свободы в выборе настроек адаптера и радиоканала.

На что влияет частота, какие разрешены в России

Частота сетевого сигнала непосредственно влияет на длину волны и другие характеристики:

• Поглощение или проникающая способность: лучшие свойства демонстрирует большая частота. В зданиях, где множество перегородок, толстых стен, покрытий, это значимый показатель.
• Отражающие свойства — умение сигнала проходить через мягкие структуры и отражаться от поверхностей. В этом случае качество связи будет ниже.
• Степень плотности информации: высокий диапазон может обрабатывать и передавать большее количество сведений.
• Преодоление препятствий: большой частоте, но малой длине волны вай-фая сложнее огибать физические преграды. Поэтому в жилых домах предпочитают использовать наименьший из возможных параметров работы модема— 2,4 ГГц.
• Затухание — естественное снижение уровня электрического импульса Wi-Fi. Его сила активно падает при большой частоте.

Таким образом, главное, что определят ширина канала — это качество и скорость работы в сети Internet.

Важно! В РФ разрешено (не нужна лицензия) использовать в домах частоту и 2,4, и 5 GHz.

Как узнать, на какой частоте работает вай-фай роутер

Перед тем, как вносить коррективы в работу модема, необходимо просмотреть текущие настройки. Как узнать частоту Wi-Fi роутера через настройки:

1. Открыть браузер.
2. Войти в панель от имени администратора: в поисковой строчке написать 192.168.0.1.
3. Ввести логин, пароль. Стандартные часто имеют одинаковый вид — Admin.
4. Перейти к пункту Беспроводной режим. В окошке будет указана частота и другие параметры работы.

Также диапазон можно найти посредством утилиты WiFiInfoView. С помощью нее можно не только определить частоту, но и изменить настройки:

• Скачать небольшую программу.
• Если утилита в архиве, то распаковать его.
• Запустить exe-файл. Инсталляция на устройство не требуется.
• На экране выводятся сведения об актуальном канале и частоте. Дополнительно открывать параметры модема нет необходимости.

Какая лучше, как поменять в настройках

Практически все установки адаптера производятся в веб-интерфейсе. Разные маршрутизаторы могут иметь отличия в инструкции по смене настроек. Приводится пример работы с TP-Link:

1. Открыть браузер. Вписать стандартный набор цифр 192.168.1.1 (или 0.1).
2. Кликнуть на Настройки.
3. В графах логина и пароля написать admin. Иногда по умолчанию может быть другое слово — user.
4. Перейти в меню, в левой колонке будет пункт Беспроводной режим.
5. В нем находится Ширина канала (Bandwidth), выбрать частоту.
6. Сохранить. Сделать перезагрузку сетевого адаптера.

2,4 или 5 ГГц

Плюсы частоты 2.4 ГГц:

• Преодоление физических преград.
• Доступная стоимость сетевого устройства.

Недостатки:

• Дальность действия низкая.
• Число неперекрывающихся каналов меньше.
• Вероятность посторонних шумов в случае работы аппаратов в данном диапазоне.

Достоинства 5 ГГц:

• Большой выбор каналов, которые не пересекаются друг с другом.
• Хорошая дальность сигнала.

Минусы:

• Слабая гибкость при преодолении препятствий.
• Повышенная цена модема.

Вывод: каждая частота имеет преимущества и ограничения в зависимости от местных условий и индивидуальных задач. Пользователи, проживающие в обычных квартирах, могут иметь скоростное подключение и при 2,4 GHz, если сеть не слишком перегружена. Когда нужно транслировать сигнал на значительные расстояния или снизить серьезные помехи, то в приоритете оказывается 5 GHz.

Важно! Старые модели роутеров могут не поддерживать переход на 5 ГГц. Обычно маркировка указана на корпусе прибора.

Выбор между 20 и 40 мгц

В рамках частоты в 2,4 ГГц можно также варьировать пропускную способность: 20 или 40 МГц. На первый взгляд большая ширина является предпочтительной, однако стоит изучить подробнее их характеристику:

• Ширина 20 МГц имеет три непересекающихся канала. Они независимы, поэтому даже при подсоединении 2-3 приборов будут отсутствовать помехи.
• В полосе 40 МГц один свободный канал. Чтобы иметь хорошую скорость соединения, возможно активировать Wi-Fi лишь на 1 устройстве.
• Установка чистых режимов на устаревшей аппаратуре провоцирует несовместимость девайсов.

Следовательно, показатель 40 МГц хорошо пропускает импульс, но негативно влияет на качество соседних подключений, то есть риск конфликта выше, если полоса становится шире. И с практической стороны рекомендуется:

• Оставлять 20 МГц при использовании Wi-Fi в жилых домах и зданиях с большим числом пользователей.
• Переходить на 40 МГц в частных помещениях без соседей, а также при наличии слабого сигнала и нестабильного веб-соединения.

Главный совет — поэкспериментировать самостоятельно. Можно на какой-то временной промежуток установить одну частоту или ширину, затем изменить. Если пользователь не понимает различий в этих параметрах, стоит поставить в модеме функцию автоопределения частот. Тогда роутер сможет подбирать наиболее выгодную пропускную способность без вмешательства человека.

Примечание! Для телефонов и планшетов необходимо приобретать программы Wi-Fi Analyzer, через которые возможно изменять каналы. Рекомендуемые номера — 1, 6, 11 или другие свободные и непересекающиеся.

Контроль скорости интернета

После изменения частоты работы модема имеет смысл проверить реальную скорость передачи данных по Wi-Fi. Например, можно выбрать следующий способ:

1. Найти на компьютере Центр управления сетями и общим доступом.
2. Перейти к разделу Изменения параметров адаптера, выбрать актуальную сеть.
3. Правой кнопкой мышки нажать на нее, высветятся ее Свойства и состояние.
4. Посмотреть предельную скорость, которую может поддерживать сетевой адаптер компьютера.

Проверка скорости подключения на смартфоне возможна через дополнительное приложение типа speedtest.net.

Интересно! В непогоду частым явлением становится снижение сетевого сигнала.

Полосы частот Wi-Fi — это раздел более глубоких установок Internet. Чтобы иметь возможность открывать сайты и переходить по веб-ссылкам, разбираться в данных параметрах необязательно. Однако, эти знания пригодятся, если с интернетом возникнут неполадки или пользователь захочет провести более тонкую настройку системы.

Содержание

• Что такое диапазон точки доступа
• На каких частотах работает вайфай и чем они отличаются
• Чем отличаются частоты Wi-Fi
  • 2,4 ГГц
  • 5 ГГц
  • Что нужно знать о диапазоне 5 ГГц?
• Как узнать, какие частоты поддерживает роутер
• Как выбрать оптимальный диапазон частот Wi-Fi

Беспроводные сети с каждым годом становятся всё стабильнее и быстрее. Пожалуй, именно по Wi-Fi сегодня подключено к интернету наибольшее количество пользовательских девайсов. Да и большая часть LAN организована при помощи вайфая.

Однако сеть сети рознь. В данном обзоре объясним, почему так.

Что такое диапазон точки доступа

Работа Wi-Fi-сетей основана на технологии передачи цифровых потоков информации через радиоканалы. Обратившись к школьному курсу физики, можно узнать (или вспомнить), что основными характеристиками электромагнитной волны являются:

• Длина — расстояние по горизонтали между двумя самыми высокими или низкими точками.
• Амплитуда — максимальная разбежка между значениями периодически изменяющейся величины. Можно назвать «размахом» волны. Отсчитывается от нулевого (среднего) значения. Является половиной высоты.
• Скорость распространения — расстояние, которое преодолевает волна за единицу времени.
• Частота — количество полных циклов/колебаний волны за единицу времени.

Примечание: радиоволна — тип электромагнитной волны.

Характеристики так или иначе взаимосвязаны. Рабочий диапазон точки доступа — это полоса частот, генерируемая устройством в конкретных пределах по амплитуде. Скорость распространения зависит от длины волны и её частоты. Скорость же передачи данных и максимальное расстояние зависят, пожалуй, от всего сразу.

Звучит довольно общо, поэтому разберёмся на конкретных примерах.

На каких частотах работает вайфай и чем они отличаются

Сегодня существует две частоты Wi-Fi — 2,4 ГГц и 5 ГГц. 2,4 ГГц охватывает диапазон от 2412 до 2472 МГц, а 5 ГГц — от 5160 до 5825 МГц.

Наиболее свежая версия стандарта, Wi-Fi 6E, уже поддерживает работу на 6 ГГц (от 5955 до 7115 МГц). Но полноценное внедрение 6-гигагерцовых сетей должно произойти с релизом нового стандарта — Wi-Fi 7. Предварительно в конце 2023 или в начале 2024 года. Достоверной информации о 6-гигагерцовом Wi-Fi на данный момент не очень много. По сути, известно лишь то, что сети будут намного стабильнее, быстрее и функциональнее.

В этой статье сделаем акцент на 2,4 и 5 ГГц.

Чем отличаются частоты Wi-Fi

2,4 ГГц

Данная частота разделена на 14 каналов с шириной каждого 20 МГц. Фактически роутеры могут работать на 13 каналах, а также использовать расширенные 40-мегагерцовые.

Есть пересекающиеся и непересекающиеся каналы. В контексте частоты 2,4 ГГц непересекающимися являются 1, 6 и 11 при ширине 20 МГц или 3 и 11 при ширине 40 МГц.

Почему стоит знать о непересекающихся каналах? Всё максимально просто: чем меньше устройств использует конкретный или «соседствующий» канал, тем стабильнее работает Wi-Fi. Можно поговорить с соседями и распределить непересекающиеся каналы, чтобы ваши сети не мешали друг другу.

Примечание: увеличенная ширина канала приводит к тому, что используемый вами канал дополнительно будет пересекаться ещё с несколькими — это плохо для стабильности сети. Если же в радиусе действия вашего роутера других маршрутизаторов нет, то можно использовать 40-мегагерцовые каналы. Они более скоростные, нежели 20-мегагерцовые.

Что касается других особенностей 2,4-гигагерцовых сетей, то:

• Такие сети медленнее, чем 5-гигагерцовые. Пропускная способность — до 600 Мбит/с.
• Они имеют увеличенный эффективный радиус и, соответственно, повышенную стабильность на больших расстояниях. 2,4-гигагерцовая сеть может «бить» на 50–150 метров. Однако всё зависит от конфигурации помещения/местности, мощности передатчика, технических характеристик антенн и даже ПО маршрутизатора.
• Они менее подвержены затуханию при прохождении преград (стен, окон, дыма, пара и т. д.).
• Более подвержены воздействию помех. Дело в том, что на частоте 2,4 ГГц работают СВЧ-печи, радио- и видеоняни, системы удалённого управления камерами видеонаблюдения и гаражными воротами, беспроводная компьютерная периферия (мыши, клавиатуры, наушники).

5 ГГц

5-гигагерцовые сети устроены сложнее. В России доступны 33 канала, 19 из которых являются непересекающимися. Но есть некоторые нюансы.

• 19 непересекающихся каналов — при ширине 20 МГц.
• Помимо ширины 20 МГц, можно выбрать 40, 80 и даже 160 МГц.
• Ширина 160 МГц доступна для стандартов начиная с 802.11ac. Занимает весь блок каналов, с 36-го по 64-й. Но многие устройства до сих пор не поддерживают данную ширину, поэтому лучше использовать 20/40/80 МГц.
• Узкий канал (20 МГц) — 144-й. Если устройство не может работать на этом канале, то ему не удастся обнаружить 40/80-мегагерцовые блоки, в которые включён 144-й канал. Соответственно, девайсы с поддержкой старых спецификаций смогут использовать 20-мегагерцовую ширину для каналов 132, 136 и 140, а 40-мегагерцовую — для блока 132–136.

Что нужно знать о диапазоне 5 ГГц?

• Сигнал не любит препятствия. Кирпичная стена для него — серьёзная преграда.
• Дальность распространения сигнала — 10–50 метров. Как правило, в обычной квартире — 10–15 метров. На фактическую дальность влияют те же факторы, что и в случае 2,4-гигагерцовых сетей.
• Из-за низкой «проникающей способности» сигнала вероятность пересечения зон покрытия вашего и соседских роутеров практически исключена.
• Максимальная скорость — до нескольких Гбит/с. Например, на International Consumer Electronics Show 2018 были показаны устройства с пропускной способностью 11 Гбит/с. Однако сегодня потребительскую электронику с такими характеристиками найти не удастся. Да и необходимости в ней нет. 

Примечание: на скорость передачи данных, стабильность соединения и перечень доступных каналов влияет стандарт связи. При выборе версии технологии в настройках маршрутизатора обратите внимание на стандарты, поддерживаемые устройствами-клиентами (можно посмотреть в пользовательской документации или на маркетплейсах). Лучший на сегодня — 802.11ax (Wi-Fi 6/6E). Однако если девайсы-клиенты его не поддерживают, то используйте более старые версии. Например, 802.11ac (Wi-Fi 5) или 802.11n (Wi-Fi 4).

Как узнать, какие частоты поддерживает роутер

Чтобы узнать, на каких частотах может работать маршрутизатор, стоит обратиться:

• К пользовательской документации. Эта информация обязательно будет указана в технических характеристиках устройства.
• К официальному сайту производителя или популярному маркетплейсу. Информация также указывается в разделе ТХ.
• К веб-конфигуратору. Частота 2,4 ГГц поддерживается по умолчанию. Однако если в веб-интерфейсе роутера можно настроить 5-гигагерцовую точку доступа, значит, частотный диапазон поддерживается.

Как выбрать оптимальный диапазон частот Wi-Fi

Мы разобрались, что идеального частотного диапазона Wi-Fi не существует. Во всяком случае, пока. Поэтому если роутер поддерживает работу на двух частотах одновременно, создайте и настройте две сети (точки доступа).

Зачем это делать?

• Устройства, расположенные далеко от маршрутизатора, можно подключить к 2,4-гигагерцовой сети. Будет стабильный и качественный сигнал. По поводу сравнительно невысокой пропускной способности можно не переживать, поскольку интернет-провайдеры редко предлагают скорости выше 500 Мбит/с. Если же у вас гигабитный интернет, то переместите роутер ближе к устройствам-клиентам и подключите их к 5-гигагерцовой сети. Или же используйте кабельное соединение.
• Вы сможете переключаться между дальнобойной и скоростной сетью ситуативно. Нужно отойти с мобильным устройством — переключитесь на 2,4 ГГц. Нужны высокие скорости — переключитесь на 5 ГГц.
• Появится возможность разгрузить определённую сеть. Как правило, чем больше устройств-клиентов подключено к конкретной точке доступа, тем хуже она работает. Распределение нагрузки между хот-спотами на разных частотных диапазонах иногда позволяет повысить их производительность.

Проводя периодический мониторинг Wi-Fi эфира на предмет загруженности каналов, я вдруг обнаружил нечто неожиданное, чего ранее не наблюдалось.
В типичном состоянии распределение сетей в 2,4ГГц диапазоне у нас в доме выглядит примерно так:

Окружающие Wi-Fi сети

На этой безмятежной картине даже сразу и не заметишь ничем не примечательную сеть с названием TOTOLINK_ХХХ, которая находится где-то на пределе «слышимости» -80dBm и никому особо не мешает. (Для наглядности она выделена на рисунке светло-фиолетовым фоном). 

Типичная мощность сигнала проблемной сети -80dBm

Однако с переменной периодичностью, обычно в несколько секунд, мощность сигнала этой сети, резко вырастает на стороне клиента (коим выступает мой ноутбук). А именно, мощность сигнала вырастает до уровня -22dBm (!). Разумеется, при этом ноутбук находится в одном и том же месте. 

Скачок мощности сигнала сети TOTOLINK_ХХХ

Изменение уровня сигнала с -80dBm до -22dBm означает, что, мощность принимаемого сигнала увеличивается, на минуточку, в 631000 раз (шестьсот тридцать одну тысячу раз). 

После такого «всплеска» мощности распределение сетей в Wi-Fi эфире выглядит вот так:

Состояние эфира после всплеска мощности сети TOTOLINK_ХХХ

Причем столь сильный сигнал держится довольно продолжительное время, выступая в качестве отличной «глушилки» соседних сетей в частотных диапазонах 1-6, поскольку владелец злополучной сети «растянул» ее ширину на 40 МГц.  
Но проблемы со связью в соседних сетях — это не самое страшное. Я просто боюсь представить, какую пиковую мощность излучения выдает домашний (!) роутер этой сети (вероятно, несправный), вместо положенных по нормативам 100 мВт (20dBm). Далее я постараюсь разъяснить вам, чем это опасно, и почему рядом с такими вот роутерами жить нельзя. 

Лирическое отступление. Я всю жизнь считал Wi-Fi абсолютно безобидной фичей. До тех пор, пока у меня не появился ноутбук Acer Nitro AN515-55 (о котором можно почитать тут) с отличным беспроводным адаптером Intel AX201. Так вот, я обратил внимание, что при раздаче торрентов по Wi-Fi с этого ноутбука, у меня начинает болеть голова. Я даже провел серию подтверждающих экспериментов, чтобы убедится в этом однозначно, а не списать на случайность. Причина этого понятна — если в обычном режиме эксплуатации ноутбука беспроводной адаптер в основном работает как приемник, то при раздаче торрентов по ах сети (Wi-Fi 6) ноутбук превращается в мощный радиопередатчик с очень интенсивным трафиком. Причем в передатчик, расположенный прямо перед вашим лицом. Даже уменьшение мощности передачи на среднюю не дало положительного эффекта. И это при том, что торрент-трафик на каждом домашнем компьютере, включая этот ноутбук, имеет жесткие ограничения, чтобы не «забивать» узкий внешний 100 Мбит канал к провайдеру. Таким вот эмпирическим путем я осознал, что Wi-Fi не так уж безобиден. В общем, теперь мой ноутбук раздает торренты только тогда, когда я за ним не сижу. 

Вопреки распространенному мнению, в правительстве сидят далеко не дураки. И нормативы по мощности излучения для роутеров правительством устанавливаются не напрасно. 

Лирическое отступление 2. Почему мощные роутеры дома вообще не нужны и бесполезны, подробно расписано здесь. 

Научно доказано, что дециметровые волны (а Wi-Fi диапазон 2,4ГГц – это волны как раз длиной 1,25 дм) обладают выраженным биологическим воздействием на живые организмы. Более того, дециметровые волны способны проникать в организм на глубину до 10-15 см и непосредственно действовать даже на внутренние органы! 

При экспериментах на животных установлены особая чувствительность к воздействию радиоволн нервной и сердечно-сосудистой систем. Зафиксированы дистрофические изменения и отставание в развитии животных. Причем речь идет именно о длительном воздействии радиоволн малой интенсивности! Об очень мощных источниках излучения речь не идет — понятно, что даже непродолжительное нахождение перед мощным «радаром» смертельно опасно и для людей, и для животных, и даже для растений. 

При хроническом воздействии на человека не соответствующего нормативам чрезмерного радиоизлучения, фиксируются функциональные нарушения центральной нервной системы, вызывающие астенические, невротические и вегетативные реакции. Люди жалуются на общую слабость, быструю утомляемость, снижение работоспособности, расстройства сна, раздражительность, потливость, головную боль, боли в области сердца, одышку, потемнение в глазах, головокружение, ослабление памяти и внимания, тремор век и пальцев рук, состояние тревоги. Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечаются брадикардия, артериальная гипотония, пульс и артериальное давление отличаются неустойчивостью, нередко появляется асимметрия показателей артериального давления, может провялятся и артериальная гипертензия, приступы тахикардии. 

На фоне функциональных расстройств центральной нервной системы возникают и эндокринно-обменные нарушения. Отмечаются функциональные ухудшения в деятельности щитовидной железы, половых желез, желудочно-кишечного тракта и печени. (Подробнее обо всех перечисленных негативных последствиях облучения радиоволнами вы можете почитать, например, в книге: «Профессиональные болезни: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений, обучающихся по специальности 033300 «Безопасность жизнедеятельности» / авт.-сост. Т. Я. Биндюк, О. В. Бессчетнова. —  Балашов: Николаев, 2007. — 128 с.»).

К чему я это все? Просто если вы пожалели денег на нормальный роутер и купили дешманское китайское гуано, то хотя бы периодически проверяйте, как оно работает, и не гадит ли оно в эфир мощными радиоимпульсами. Иначе на врачей придется потратить куда больше, чем на приличный роутер. В общем, берегите себя, и будьте здоровы!