Noções básicas de WiFi, parte 1: frequências e canais
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Em 1947, a International Telecommunication Union (ITU), uma agência da ONU, designou certas bandas do espectro de RF como ISM. A ideia era ter um padrão internacional de frequências reservadas para equipamentos industriais, científicos e médicos. Ironicamente, as telecomunicações não eram o propósito original.
Antes de discutirmos quaisquer detalhes, gostaria apenas de observar que este artigo será baseado principalmente no domínio regulatório dos Estados Unidos. Diferentes domínios regulatórios têm requisitos específicos relacionados às frequências transmitidas e configurações de energia.
Embora existam doze bandas ISM, por enquanto vamos nos concentrar em apenas duas delas. A maioria das pessoas se refere a eles como bandas de 2,4 GHz e 5 GHz.
Vamos começar com a banda ISM de 2,4 GHz (2,400 GHz-2,500 GHz). Este pequeno e congestionado conjunto de frequências é de longe o mais usado, apesar do fato de que a maioria dos laptops, smartphones e tablets vêm equipados com rádios duplos nos últimos anos.
A razão para isso é a física. A regra geral é que quanto mais baixa for a frequência, mais longa será a propagação e melhor será a penetração. Aqui estão 2 exemplos do mundo real:
- Você está sentado em seu carro em um semáforo. Alguém chega perto de você com o rádio tocando alto. Se você não gosta do gosto musical deles, pode fechar a janela. Parte desse som é reduzido, mas provavelmente você ainda ouvirá o baixo (baixa frequência) muito bem.
- Outro exemplo é um sistema de rádio muito especializado usado pelos militares para se comunicar com submarinos submersos. É chamado ELF (frequência extremamente baixa) e tem um comprimento de onda tão longo que a antena necessária pode ter quilômetros de comprimento.
Ok, agora sabemos que as frequências mais baixas oferecem uma área de cobertura maior e melhor penetração do sinal através de obstáculos. Se a banda de 2,4 GHz é tão boa, realmente precisamos de 5 GHz? A resposta é sim.
Limitações de 2,4 GHz
Apenas 3 canais não sobrepostos. A banda de 2,4 GHz é dividida em 14 canais, a maioria deles com 5 MHz de diferença. Esse espaçamento de 5 MHz não era problema nos primeiros dias de uso sem fio. A tecnologia na época era limitada a cerca de 1Mpbs de taxa de transferência. Então, no final da década de 1990, o 802.11b com sua tecnologia de espectro espalhado tornou-se o padrão.
A vantagem é que ele pode atingir uma taxa de transferência de 11 Mbps. A desvantagem era que ele usava 22 MHz do espectro. Portanto, se, por exemplo, você estiver usando o canal 6, pelo menos os canais 4,5,7 e 8 não poderão ser usados. Essa limitação ainda se aplica hoje, se você estiver usando o equipamento Wi-Fi 802.11g mais antigo ou o mais recente 802.11n (2,4 GHz). Esta é uma das limitações mais significativas.
Está superlotado. Isso vai de mãos dadas com a limitação anterior. Embora os padrões 802.11a (5 GHz) e 802.11b (2,4 GHz) tenham sido lançados, devido às diferenças de custo, apenas 802.11b teve ampla adoção na época. O resultado é que, ainda hoje, a maior parte do tráfego WiFi usa a banda de 2,4 GHz.
Fique em uma esquina no centro de qualquer cidade de tamanho decente e execute um software de varredura WiFi. Com toda a probabilidade, você verá pelo menos 20 sinais; Já vi mais de 40 no centro de Washington DC. Agora lembre-se de que todos os 40 desses sinais estão operando em apenas 3 canais.
É uma banda ISM e, por definição, aberta a outros tipos de dispositivos. Existem muitos dispositivos não Wi-Fi que podem causar interferência: fornos de microondas, telefones sem fio, dispositivos Bluetooth, monitores de bebê, câmeras de vídeo, abridores de portas de garagem, etc.
Essas coisas podem interromper gravemente sua rede e são extremamente difíceis de detectar sem hardware e software de analisador de espectro especializado.
A seguir, falaremos sobre a banda de 5 GHz
Além da banda ISM padrão (5,725-7,825 GHz), a FCC adicionou espectro das bandas UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) para estimular o uso de tecnologia sem fio. Observe também que várias agências regulatórias estão trabalhando no processo de adição de 195 MHz de espectro disponível na faixa de 5 GHz.
Limitações de 5 GHz
Como discutimos anteriormente, as frequências mais altas não se propagam tanto nem penetram nos obstáculos. Vamos comparar com a banda de 2,4 GHz em uso no mundo real.
- Ao ar livre, os sinais de 5 GHz cobrirão cerca de 1/3 a ½ da distância.
- A qualidade do sinal utilizável irá degradar muito após perfurar 1 parede interna, em oposição a cerca de 3 paredes para sinais de 2,4 GHz.
Isso leva a outra desvantagem menos óbvia, o custo. O preço para implantar uma rede WiFi de 5 GHz (bem, banda dupla) de qualquer tamanho é pelo menos 2,5 vezes o custo de uma rede equivalente apenas de 2,4. Você precisa de muito mais pontos de acesso, normalmente 2,5x a 3x. Adicione o cabeamento, licenciamento, manutenção, etc.
Alguns canais são de uso compartilhado. Canais específicos são designados como DFS, Seleção Dinâmica de Frequência. Esses canais, localizados nas bandas estendidas UNII-2 e -2, compartilham o espectro com alguns sistemas de radar, principalmente na Europa.
Por causa disso, o sistema WiFi deve ser projetado para verificar os pulsos do radar antes de usar os canais específicos. Obviamente, se os pulsos do radar forem detectados, ele desativa imediatamente os canais afetados.
Vantagens de 5 GHz
Como você pode ver claramente no gráfico acima, existem muito mais de 3 canais. Observe também o espaçamento entre canais - pelo menos 20 MHz. Isso significa que nenhum canal se sobrepõe; todos podem ser usados simultaneamente.
Muito menos lotado. Ao contrário dos dispositivos de 2,4 GHz, os dispositivos de 5 GHz só se tornaram amplamente distribuídos nos últimos cinco ou seis anos. Há também o fato de que leva tempo para atualizar uma infraestrutura. Ainda há um número significativo de empresas que executam apenas redes 2.4.
Muito poucas fontes de interferência. Exceto para o radar acima mencionado em certas frequências, as chances de interferência não-WiFi são extremamente baixas.
Maior capacidade de rendimento. Teoricamente, ambos são capazes de 600Mbps. No entanto, na prática, esse não é o caso porque grande parte dessa capacidade aprimorada depende da ligação de canal. Este é um modo opcional em que o dispositivo usa vários canais adjacentes simultaneamente. Lembra-se anteriormente de como discutimos o fato de que existem apenas 3 canais não sobrepostos disponíveis na banda 2.4?
Essa técnica usaria 2 desses 3. Portanto, você não apenas irritaria realmente seus vizinhos, como toda a interferência de canal e canal adjacente provavelmente tornaria o desempenho de sua rede muito pior. Para resumir, NÃO habilite a vinculação de canais na banda 2.4.
Existem alguns padrões mais novos que fazem uso de outras faixas de frequência. Vamos discuti-los em um próximo artigo.
Para obter um pdf do mapa oficial do espectro da FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Espero que tenha gostado deste artigo. Acho que meu próximo será uma discussão sobre os diferentes padrões.
Se você tiver uma sugestão de tópico relacionado a WiFi ou rede em geral, deixe-me saber nos comentários.