Wi-Fi neden 2.4 Gbit / s hızında çalışamıyor?

Yani Wi-Fi, 2.4 GHz bandında çalışıyor, evet (ve yenileri 5 GHz). Bu, her saniye bir Wi-Fi anteninin sağda 2,4 milyar kare dalga darbesi ürettiği anlamına geliyor?

Bu yüzden merak ettim, neden her darbeyle ilgili veri iletemiyor ve 2,4 Gbit / s'de veri gönderemiyor? Bunun% 50'si veri kodlaması olsa bile, yine de 1.2 Gbit / s olacaktır.

Yoksa Wi-Fi'nin nasıl çalıştığı hakkında fikrim var mı?

Sen karıştırıyorsun bandile bandwidth.

• Bant - Taşıyıcının frekansı.
• Bant genişliği - sinyalin genişliği, genellikle taşıyıcı etrafında.

Bu yüzden tipik bir 802.11b sinyali 2.4GHz bir taşıyıcıda çalışabilir - bant - sadece spektrumun 22MHz'ini kaplar - bant genişliği.

Bant verimini belirleyen bant genişliğidir, bant değil. Grup en iyi trafik şeridi olarak düşünülüyor. Birkaç kişi aynı anda ancak farklı şeritlerde veri aktarıyor olabilir.

Bazı şeritler daha büyüktür ve daha fazla veri taşıyabilir. Bazıları daha küçük. Sesli iletişim genellikle yaklaşık 12kHz veya daha azdır. Daha yeni wifi standartları, 160MHz genişliğe kadar bant genişliğine izin verir.

Bant genişliği ve gönderilen bitlerin özünde birbirine bağlı olmasına rağmen, orada da bir dönüşüm olduğunu, bunun verimlilikle ilgili olduğunu unutmayın. En verimli protokoller, Hz bant genişliği başına on bitin üzerinde iletebilir. Wifi a / g hertz başına saniyede 2.7 bit verimliliğe sahip, böylece 20MHz bant genişliği üzerinden 54Mbps'ye kadar iletim yapabilirsiniz. Yeni wifi standartları Hz başına 5 bps'yi aştı.

Bu, saniyede 2 Gbit istiyorsanız, aslında 2 GHz bant genişliğine ihtiyaç duymuyorsanız, sadece yüksek bir spektral verime ihtiyacınız var ve bugün MIMO teknolojisini çok verimli bir modülasyonun üstünde kullanarak sık sık veriliyor. Örneğin, toplam 3.2Gbps veri hacmini sağlayan 802.11ac wifi yönlendiriciyi satın alabilirsiniz (Netgear Nighthawk X6 AC3200).

Wifi sinyalinin bant genişliği 2.4 GHz-20 ya da 40MHZ gibi bir şey değil.

Önerdiğiniz şey (temel bant 2.4GHz), tek bir iletişim kanalı için tüm EM spektrumunu 2.4GHz'e kadar kullanacaktır.

Eğer görebileceğiniz gibi bu , zaten oldukça iyi çeşitli başka şeyler için kullanılan var:

Temel olarak, 2.4 GHz taşıyıcı veri göndermek için biraz sallanır ve bu, birçok kanalın aynı anda iletilmesine izin verirken, anahtarlık uzaktan kumandaları, AM / FM radyo, gemilerdeki ve uçaklardaki transponderler ve yakında.

2,4 GHz Wi-Fi sinyalinin 900/1800 MHz cep telefonu sinyallerinde, 100 MHz FM sinyallerinde ve çok çeşitli diğer sinyallerde ezilmekten kaçınması için , sinyalin ne kadarının izin verildiğine dair sert bir sınır vardır . 2.4 GHz sinüs dalgasından farklı . Bu, "bant genişliğini" anlamanın bir layman yolu.

Örneğin, bir vericinin 2412 MHz'de ve bir diğeri 2484 MHz'de olması, örneğin bir alıcının ilgilendiği diğeri tüm sinyalleri filtreleyebilmesidir . Bunu ilgilendiğiniz bandın dışındaki tüm frekansları bastırarak yaparsınız. .

Şimdi, herhangi bir sinyal alırsanız ve 2422 MHz'nin üzerindeki her şeyi ve 2402 MHz'nin altındaki her şeyi filtrelerseniz, 2412 MHz'lik bir sinüs dalgasından bu kadar sapmayacak bir şey kalır. Frekans filtrelemenin işlevi budur.

Bu cevabı biraz genişletip, birkaç resim ekledim .

Wi-Fi tarafından kullanılan taşıyıcı frekans 2,4 GHz'dir, ancak kanal genişliği bundan daha azdır. Wi-Fi, 20 MHz veya 40 MHz genişliğinde kanallar ve bu kanallarda çeşitli modülasyon şemalarını kullanabilir.

2.4 GHz’de modüle edilmemiş bir sinüs dalgası sıfır bant genişliğini tüketir, fakat aynı zamanda sıfır bilgi de iletir. Taşıyıcı dalganın genlik ve frekansta modüle edilmesi, verilerin iletilmesine izin verir. Taşıyıcı dalga ne kadar hızlı modüle olursa, o kadar fazla bant genişliği tüketir. AM, 10 MHz sinyalli bir 2.4 GHz sinüs dalgasını modüle ederseniz, sonuç 2.39 GHz - 2.41 GHz arasında değişen frekanslarda 20 MHz bant genişliği tüketir (10 MHz ve 2.4 GHz toplamı ve farkı).

Şimdi, Wi-Fi AM modülasyonunu kullanmıyor; 802.11n aslında çok çeşitli modülasyon formatlarını destekliyor. Modülasyon formatı seçimi kanalın kalitesine bağlıdır - örneğin, sinyal / gürültü oranı. Modülasyon formatları BPSK, QPSK ve QAM'yi içerir. BPSK ve QPSK, ikili ve dörtlü faz kaydırma anahtarlamasıdır. QAM, dörtlü genlik modülasyonudur. BPSK ve QPSK, 2,4 GHz taşıyıcı dalganın fazını değiştirerek çalışır. Vericinin taşıyıcı fazını değiştirme hızı, kanal bant genişliği ile sınırlıdır. BPSK ve QPSK arasındaki fark taneciktir - BPSK iki farklı faz kaymasına sahiptir, QPSK dört tanedir. Bu farklı faz kaymaları 'semboller' olarak adlandırılır ve kanal bant genişliği, saniye başına kaç sembolün iletilebileceğini, ancak sembollerin karmaşıklığını sınırlamaz. Eğer sinyal / gürültü oranı iyi ise (çok fazla sinyal, az gürültü), o zaman QPSK, BPSK'dan daha iyi performans gösterir çünkü aynı sembol hızında daha fazla bit taşır. Bununla birlikte, eğer SNR kötüyse, BPSK daha iyi bir seçimdir, çünkü sinyal ile birlikte gelen gürültünün alıcının hata yapmasına neden olması daha düşüktür. Alıcının belirli bir sembolün hangi faz kaymasını, sadece 2 olanlara göre 4 olası faz kayması olduğunda iletildiğini öğrenmesi daha zordur.

QAM, genlik modülasyonu ekleyerek QPSK'yı genişletir. Sonuç, ekstra bir serbestlik derecesidir - şimdi iletilen sinyal, bir dizi faz kayması ve genlik değişimi kullanabilir. Bununla birlikte, daha fazla serbestlik derecesi, daha az gürültünün tolere edilebileceği anlamına gelir. SNR çok iyiyse, 802.11n 16-QAM ve 64-QAM kullanabilir. 16-QAM 16 farklı genlik ve faz kombinasyonuna sahipken 64-QAM 64'e sahiptir. Her faz kaydırma / genlik kombinasyonuna bir sembol denir. BPSK'de, sembol başına bir bit iletilir. QPSK'da, sembol başına 2 bit iletilir. 16-QAM, sembol başına 4 bit iletilmesine izin verirken, 64-QAM 6 bit sağlar. Sembollerin aktarılma hızı, kanal bant genişliği ile belirlenir; 802.11n'nin saniyede 13 veya 14.4 milyon sembol iletebileceğine inanıyorum. 20 MHz genişliğinde bir bant genişliği ve 64-QAM ile 802.11n, 72 Mbit / sn.

Bunun üzerine birden fazla paralel akış için MIMO eklediğinizde ve kanal genişliğini 40 MHz'e çıkardığınızda, toplam hız 600 Mbit / sn'ye yükselebilir.

Veri hızını artırmak istiyorsanız, kanal bant genişliğini veya SNR'yi artırabilirsiniz. FCC ve teknik özellikler bant genişliğini sınırlar ve güç iletir. Alma sinyal gücünü artırmak için yönlü anten kullanmak mümkündür, ancak gürültü tabanını azaltmak mümkün değildir - bunun nasıl yapılacağını bulabilirseniz çok fazla para kazanabilirsiniz.

Öncelikle, havada bir demet kare dalga yaparak bir sinyal alamaz ve alamazsınız. Verileri modüle etmek için belirli bir frekansta çalışan bir taşıyıcı dalga kullanırsınız. Fikir, aynı frekansta bir dalga üreten bir alıcı kullanarak verileri daha sonra demodüle edebilmenizdir. Modülasyon, ham taşıyıcı dalga frekansı tarafından görülebilen veri miktarını azaltır, ancak bir tür taşıyıcı dalgası olmadan, verileri rastgele gürültüden ayıramayacağınız için verileri kurtaramazsınız. Bu taşıyıcı sinyalin bant genişliğinin gerçek hızı tanımlayan şey olduğu belirtilmelidir. Bant genişliği, modülasyon teknik (ler) inin gerçek frekansı saf taşıyıcı frekanstan ne kadar değiştirdiğidir. Yine de, mükemmel bir 1: 1 oranını varsayarsak bile (yukarıda açıklandığı gibi doğru değildir), Kullanışlı hızı düşüren düşük seviyeli kablosuz protokolün ek yükünü göz önünde bulundurmanız gerekir. İkincisi, kendisinin ek yüke sahip olduğu daha yüksek seviyeli protokolün (genellikle TCP / IP yığını) yükü vardır, bu sayede yararlı hız azalır ... O zaman iletimde bozulan olası veri aktarımlarınız olur (yine, genellikle ele alınır) daha yüksek seviye protokoller ile), ki bu da veri bant genişliğinizi daha da azaltır. Gerçek bir teorik veri bant genişliği verilmiş olsa bile, gerçek veri bant genişliğinin daha düşük olmasının nedenleri ve bunun gibi birçok başka nedeni vardır. Ardından, iletimde bozulmuş veri aktarımlarını (yine genellikle daha üst seviye protokoller tarafından yapılır) gerçekleştirir ve bu da veri bant genişliğinizi daha da azaltır. Gerçek bir teorik veri bant genişliği verilmiş olsa bile, gerçek veri bant genişliğinin daha düşük olmasının nedenleri ve bunun gibi birçok başka nedeni vardır. Ardından, iletimde bozulmuş veri aktarımlarını (yine genellikle daha üst seviye protokoller tarafından yapılır) gerçekleştirir ve bu da veri bant genişliğinizi daha da azaltır. Gerçek bir teorik veri bant genişliği verilmiş olsa bile, gerçek veri bant genişliğinin daha düşük olmasının nedenleri ve bunun gibi birçok başka nedeni vardır.

Bu gerçekten çok karmaşık bir konudur. Bununla birlikte, size basit bir cevap vermek için FCC'nin wifi iletişiminde kullanabileceği bant genişliği ve verici gücünü yöneten kuralları vardır. Bunun nedeni EM spektrumunu çeşitli kablosuz iletişim türleri (örneğin cep telefonları, wifi, bluetooth, am / fm radyo, televizyon, vb.) İçin kullanmaya çalışan başka insanlar olmasıdır. Aslında, taşıyıcı frekansın (2.4GHz) iletişimin bant genişliği ile (veya bunun için elde edilebilecek veri hızıyla) çok az ilgisi vardır.

Daha önce de belirtildiği gibi, bant ve bant genişliğini karıştırıyorsunuz; ancak, cevapların hiçbiri sezgisel bir açıklama yapmıyor.

Sezgisel açıklama, hoparlör seti ile yapılabilir. Yüksek bir bip sesi ve 1 ve 0'ı gösteren düşük bir bip sesi duyarsınız. Verileri yüksek ve düşük bip seslerini değiştirerek taşırsınız. Ses tonlarının kendilerinin frekansı, yüksek ve düşük bip sesleri arasında ne kadar hızlı geçiş yaptığınızla ilgisi yoktur (aşağıya bakınız).

Wi-fi dalgaları ses dalgalarına çok benzer. Bunlar taşıyıcı dalgaları: bunlar blok dalga sinyalini alıp yüksek ve düşük frekans dalgaları dönüştürmek. Tek fark, yüksek ve düşük frekans dalgalarının birbirine çok yakın olması ve 2.4 GHz civarında ortalanmasıdır.

Şimdi, üst limiti istediğiniz kısım için. 'Bip' sistemimizi alarak: Elbette bip sesinizin ton frekansını ( bandını ) tek bir ses dalgası sırasında on kez değiştiremezsiniz. Bu nedenle, değişiklik oranının farklı bip sesleri olarak duyulabilir hale gelmesi ve sadece garip bir çarpık bip sesi duyulması durumunda daha düşük bir sınır vardır. Frekansı değiştirebileceğiniz hıza bant genişliği denir ; bant genişliği ne kadar düşük olursa, bip sesleri o kadar belirgin bir şekilde duyulabilir (bu nedenle alım kötü olduğunda bağlantı hızı düşer).

Shannon'ın kapasite teoremi, normal gürültüde bant genişliği W'de alınan SNR verildiğinde kanalın

$$C = Wlog_{2}(1+SNR)$$ bit / saniye cinsinden kapasite. Burada kapasite, eğer verilen W üzerinden istenen bilgi hızı C'den az ise, o zaman verilen SNR'de etkin bir şekilde sıfır hata olasılık bilgisi aktarımını başarabilen, yeterli karmaşıklıkta bir hata düzeltmesi olacağı anlamına gelir. Bunun taşıyıcı frekansı ile ilgisi yoktur ve sadece dolaylı olarak FCC düzenlemeleri ile ilgilidir. FCC, hangi bant genişliği için ne kadar güç iletilebileceğini belirler, tasarımcılar iletim sisteminin karmaşıklığı ve teknolojisi konusunda karar verir ve siz SNR istenen mesafeye, güç ve bant genişliğine bağlı olacağından kullanıcı maksimum bilgi oranıyla sonlandırır. FCC izin verir. Sistemin oldukça statik olduğu PSTN üzerinde, 4kHz nominal bant genişliğinde 1024 dalga formu kullanan bir modülasyon formatı vardır, teorik olarak 40kbit / sn bilgi hızında sonuç! Bir mobil kanal üzerinden bu karmaşıklığa ulaşılabilirse, yeterince yüksek bir SNR'de ~ 10x20 = 200Mbit / sn olabilir, vurgu yeterince yüksek! Taşıyıcı frekansı ne kadar yüksek olursa, yayılma kayıpları da o kadar yüksek olur, ancak RF devrelerinin yeterince yüksek ama daha önce değil bant genişliği verilen bir şekilde çalışmasını sağlamak daha kolaydır.

İşlerin uygulanma biçiminde farklılıklar olsa da, radyo iletişimi genellikle iletilecek bilgileri içeren düşük frekanslı bir sinyal almayı ve daha yüksek bir frekans aralığına modülasyon adı verilen bir tekniği kullanmayı içerir. Çeşitli frekans kombinasyonlarını içeren iki sinyal verildiğinde, orijinalinde bulunan her sinyal kombinasyonu için, toplam ve fark frekanslarının, ürüne orantılı olarak düşünmesi belki de en kolay olanıdır. Orijinaldeki sinyallerin güçlü yönleri. Bir kişi, 720.000Hz sinüs dalgası [WGN-720 Chicago tarafından kullanılan taşıyıcı] ile birlikte 0-10KHz aralığında frekanslar içeren bir ses sinyalinde beslenirse, biri kutudan yalnızca 710.000Hz aralığında frekansları içeren bir sinyal alır. 730,000Hz. Bir alıcı, bu sinyali, kendi 720.000Hz sinüs dalgasıyla birlikte benzer bir kutuya beslerse, o kutudan 0-10Khz aralığında, 1.430.000Hz ila 1.450.000Hz aralığında sinyaller alır. 0-10Khz'deki sinyaller orijinallerle eşleşir; 1,430,000Hz - 1,450,000Hz aralığında olanlar göz ardı edilebilir.

WGN'ye ek olarak, başka bir istasyon yayın yapıyorsa (örneğin, WBBM-780), o zaman, ikincisi tarafından iletilen 770.000Hz ila 790.000Hz aralığındaki sinyaller, alıcı tarafından 50.000Hz ila 70.000Hz aralığındaki sinyallere dönüştürülür ( 1.490.000Hz ila 1.510.000Hz). Radyo alıcısı, ilgilenilen hiçbir sesin 10.000 Hz üzerindeki frekansları içermeyeceği varsayımıyla tasarlandığından, tüm yüksek frekansları görmezden gelebilir.

WiFi verileri iletimden önce 2,4 GHz'e yakın frekanslara dönüştürülmesine rağmen, ilgilenilen "gerçek" frekanslar çok daha düşüktür. WiFi yayınlarının diğer yayınlara karışmasını engellemek için, WiFi yayınlarının, alabilecekleri herhangi bir istenmeyen frekans içeriğinin aradıklarından yeterince farklı olacağı diğer yayınların kullandığı frekanslardan yeterince uzak durması gerekir. onu reddedeceğim.

Radyo tasarımına "kara kutu" karıştırıcı yaklaşımının biraz basitleştirici olduğuna dikkat edin; Bir radyo alıcısının, filtrelenmemiş bir sinyal üzerinde bir frekans birleştirici devre kullanması ve ardından çıkışı düşük geçişli bir filtre kullanması teorik olarak mümkün olsa da, genellikle çok sayıda filtreleme ve büyütme aşaması kullanmak gerekir. Ayrıca, çeşitli nedenlerden dolayı, radyo alıcılarının, gelen bir sinyali, ilgilenilen gerçek taşıyıcı frekansla değil, belirli bir miktarda daha yüksek veya daha düşük bir ayarlanabilir frekansla karıştırması daha kolaydır ("* hetero * dyne" terimi, "farklı" frekansın kullanılması), elde edilen sinyali filtreleyin ve ardından bu filtrelenen sinyali istenen nihai frekansa dönüştürün. Yine de,

Basit cevap, yapılabilir. İstediğiniz herhangi bir sinyal ile "herhangi bir" modüle edebilirsiniz "taşıyıcı.

Birinin bunu yapmasına izin verildiğini varsayarsak, soru şu ki, ne kadar faydalı olurdu? Bu soruyu cevaplamak için, bir taşıyıcıyı modüle ettiğinde ne olacağını anlamalıyız. 1 MHz'de (1.000KHz) çalışan bir taşıyıcı alalım ve bunu 0 ila 100KHz arasında değişen bir sinyalle modüle ediyoruz. Sinyallerin "karıştırılması" , 900 ila 1.100 KHz aralığında sinyaller üretir . Benzer şekilde, eğer 0 ila 1,000 KHz kullanırsak, üretilen sinyallerin aralığışimdi 0 ila 2,000 KHz olur. Şimdi bu sinyalleri bir antene uygularsak, sinyalleri 0 ila 2,000 KHz aralığında iletiyor oluruz. Eğer iki veya daha fazla "yakın" kişi aynı şeyi yaptıysa, sinyaller birbirine karışacak ve alıcılar herhangi bir bilgi tespit edemeyeceklerdi. Antene giden gücü sınırlandırırsak, iki veya daha fazla kişi, yeterince ayrılırsa, az parazitle "çalışabilir" .

Teorik olarak, bir verici tüm EM spektrumunu kullanarak çalışabilmesine rağmen, pratik değildir, çünkü diğer insanlar da kullanmak ister ve bir kaynağın sınırlı olduğu ve talebin arzı aştığı diğer durumlarda olduğu gibi, kaynak kesilmelidir " up ", paylaşıldı, sınırlı ve kontrol edildi.