WiFi-Grundlagen Teil 1: Frequenzen und Kanäle
- Kategorie: Netzwerk
1947 benannte die International Telecommunication Union (ITU), eine UN-Agentur, bestimmte Bänder des HF-Spektrums als ISM. Die Idee war, einen internationalen Standard von Frequenzen zu haben, die für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Geräte reserviert waren. Ironischerweise war Telekommunikation nicht der ursprüngliche Zweck.
Bevor wir auf Einzelheiten eingehen, möchte ich nur darauf hinweisen, dass dieser Artikel in erster Linie auf dem US-amerikanischen Regulierungsbereich basiert. Verschiedene Regulierungsbereiche haben spezielle Anforderungen hinsichtlich der übertragenen Frequenzen und Leistungseinstellungen.
Obwohl es zwölf ISM-Bands gibt, konzentrieren wir uns vorerst auf nur zwei. Die meisten Leute bezeichnen sie als 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder.
Beginnen wir mit dem 2,4-GHz-ISM-Band (2,400 GHz-2,500 GHz). Dieser kleine, überfüllte Frequenzsatz wird bei weitem am häufigsten verwendet, obwohl die meisten Laptops, Smartphones und Tablets in den letzten Jahren mit zwei Funkgeräten ausgestattet waren.
Der Grund dafür ist die Physik. Als Faustregel gilt: Je niedriger die Frequenz, desto länger die Ausbreitung und desto besser die Penetration. Hier sind 2 Beispiele aus der Praxis:
- Sie sitzen in Ihrem Auto an einer Ampel. Jemand hält mit lautem Radio neben Ihnen. Wenn Sie ihren Musikgeschmack nicht mögen, können Sie Ihr Fenster hochklappen. Ein Teil dieses Klangs ist reduziert, aber Sie werden diesen Bass (niedrige Frequenz) wahrscheinlich immer noch sehr gut hören.
- Ein weiteres Beispiel ist ein sehr spezialisiertes Funksystem, mit dem das Militär mit untergetauchten U-Booten kommuniziert. Es heißt ELF (Extrem Low Frequency) und hat eine Wellenlänge, die so lang ist, dass die benötigte Antenne kilometerlang sein kann.
Okay, jetzt wissen wir, dass niedrigere Frequenzen einen größeren Abdeckungsbereich und eine bessere Signaldurchdringung durch Hindernisse bieten. Wenn das 2,4-GHz-Band so großartig ist, brauchen wir dann wirklich 5 GHz? Die Antwort ist ja.
2,4-GHz-Einschränkungen
Nur 3 nicht überlappende Kanäle. Das 2,4-GHz-Band ist in 14 Kanäle unterteilt, von denen die meisten 5 MHz voneinander entfernt sind. Dieser Abstand von 5 MHz war in den frühen Tagen der drahtlosen Nutzung kein Problem. Die Technologie war zu dieser Zeit auf etwa 1 Mpbs Durchsatz begrenzt. In den späten 1990er Jahren wurde 802.11b mit seiner Spread-Spectrum-Technologie zum Standard.
Der Vorteil ist, dass ein Durchsatz von 11 Mbit / s erreicht werden kann. Der Nachteil war, dass 22 MHz des Spektrums verwendet wurden. Wenn Sie beispielsweise Kanal 6 verwenden, sind zumindest die Kanäle 4,5, 7 und 8 unbrauchbar. Diese Einschränkung gilt auch heute noch, unabhängig davon, ob Sie ältere 802.11g- oder die neuesten 802.11n-WLAN-Geräte (2,4 GHz) verwenden. Dies ist eine der wichtigsten Einschränkungen.
Es ist überfüllt. Dies geht Hand in Hand mit der vorherigen Einschränkung. Obwohl die Standards 802.11a (5 GHz) und 802.11b (2,4 GHz) aufgrund von Kostenunterschieden veröffentlicht wurden, war zu diesem Zeitpunkt nur 802.11b weit verbreitet. Das Ergebnis ist, dass auch heute noch der Großteil des WiFi-Verkehrs das 2,4-GHz-Band nutzt.
Stellen Sie sich an eine Straßenecke in der Innenstadt einer Stadt mit angemessener Größe und führen Sie die WLAN-Scan-Software aus. Höchstwahrscheinlich sehen Sie mindestens 20 Signale. Ich habe über 40 in der Innenstadt von Washington DC gesehen. Denken Sie jetzt daran, dass alle 40 dieser Signale auf nur 3 Kanälen arbeiten.
Es ist ein ISM-Band und per Definition offen für andere Gerätetypen. Es gibt viele Nicht-WiFi-Geräte, die Störungen verursachen können: Mikrowellenherde, schnurlose Telefone, Bluetooth-Geräte, Babyphone, Videokameras, Garagentoröffner usw.
Diese Dinge können Ihr Netzwerk ernsthaft stören und sind ohne spezielle Hardware und Software für Spektrumanalysatoren äußerst schwer zu erkennen.
Als nächstes werden wir über das 5-GHz-Band sprechen
Zusätzlich zum Standard-ISM-Band (5,725-7,825 GHz) hat die FCC ein Spektrum aus den UNII-Bändern (Unlicensed National Information Infrastructure) hinzugefügt, um den Einsatz von Funktechnologie voranzutreiben. Beachten Sie auch, dass die verschiedenen Aufsichtsbehörden daran arbeiten, 195 MHz Spektrum im 5-GHz-Bereich hinzuzufügen.
5GHz Einschränkungen
Wie bereits erwähnt, breiten sich höhere Frequenzen weder so weit aus, noch durchdringen sie auch Hindernisse. Vergleichen wir mit dem 2,4-GHz-Band in der Praxis.
- Im Freien legen 5-GHz-Signale etwa 1/3 bis ½ der Strecke zurück.
- Die nutzbare Signalqualität verschlechtert sich nach dem Durchstoßen einer Innenwand erheblich, im Gegensatz zu etwa 3 Wänden bei 2,4-GHz-Signalen.
Dies führt zu einem weiteren weniger offensichtlichen Nachteil, den Kosten. Der Preis für die Bereitstellung eines 5-GHz-WLAN-Netzwerks (also Dualband) jeder Größe beträgt mindestens das 2,5-fache der Kosten eines entsprechenden 2,4-Netzwerk. Sie benötigen viel mehr Zugangspunkte, normalerweise 2,5x bis 3x. Fügen Sie die Verkabelung, Lizenzierung, Wartung usw. hinzu.
Einige Kanäle werden gemeinsam genutzt. Bestimmte Kanäle werden als DFS (Dynamic Frequency Selection) bezeichnet. Diese Kanäle, die sich in den erweiterten Bändern UNII-2 und -2 befinden, teilen das Spektrum mit einigen Radarsystemen, hauptsächlich in Europa.
Aus diesem Grund muss das WiFi-System so ausgelegt sein, dass es vor der Verwendung der jeweiligen Kanäle nach Radarimpulsen sucht. Wenn Radarimpulse erkannt werden, werden die betroffenen Kanäle natürlich sofort deaktiviert.
5 GHz Vorteile
Wie Sie in der obigen Tabelle deutlich sehen können, gibt es viel mehr als 3 Kanäle. Beachten Sie auch den Kanalabstand - mindestens 20 MHz. Dies bedeutet, dass sich keine Kanäle überlappen. alle sind gleichzeitig verwendbar.
Viel weniger überfüllt. Im Gegensatz zu 2,4-GHz-Geräten sind 5-GHz-Geräte erst in den letzten fünf oder sechs Jahren weit verbreitet. Hinzu kommt, dass das Upgrade einer Infrastruktur einige Zeit in Anspruch nimmt. Es gibt immer noch eine beträchtliche Anzahl von Unternehmen, die nur 2.4-Netzwerke betreiben.
Sehr wenige Störquellen. Mit Ausnahme des oben genannten Radars auf bestimmten Frequenzen ist die Wahrscheinlichkeit von Nicht-WLAN-Störungen äußerst gering.
Höhere Durchsatzleistung. Theoretisch können beide 600 Mbit / s. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall, da ein Großteil dieser verbesserten Fähigkeit von der Kanalbindung abhängt. Dies ist ein optionaler Modus, in dem das Gerät mehrere benachbarte Kanäle gleichzeitig verwendet. Erinnern Sie sich noch daran, wie wir die Tatsache besprochen haben, dass im 2.4-Band nur 3 nicht überlappende Kanäle verfügbar sind?
Diese Technik würde 2 von diesen 3 verwenden. Sie würden also nicht nur Ihre Nachbarn wirklich irritieren, sondern alle Gleichkanal- und Nachbarkanalstörungen würden wahrscheinlich die Leistung Ihres Netzwerks erheblich beeinträchtigen. Zusammenfassend: Aktivieren Sie NICHT die Kanalbindung im 2,4-Band.
Es kommen einige neuere Standards heraus, die andere Frequenzbereiche verwenden. Wir werden sie in einem kommenden Artikel diskutieren.
Für ein PDF der offiziellen Frequenzkarte der FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen. Ich denke, mein nächster wird eine Diskussion über die verschiedenen Standards sein.
Wenn Sie einen Themenvorschlag in Bezug auf WLAN oder allgemeine Netzwerke haben, lassen Sie es mich in den Kommentaren wissen.