Прежде всего, необходимо уточнить, что связь 5G — это не то же самое, что Wi-Fi 5 ГГц, о котором мы сегодня будем говорить. Связь 5G — это аббревиатура от «мобильные сети 5-го поколения», что в основном относится к технологии сотовой мобильной связи. А 5G в нашем случае означает 5 ГГц в стандарте Wi-Fi, то есть сигнал Wi-Fi, использующий частотный диапазон 5 ГГц для передачи данных.
Практически все представленные на рынке Wi-Fi устройства поддерживают частоту 2,4 ГГц, а более совершенные устройства могут поддерживать обе частоты, а именно 2,4 ГГц и 5 ГГц. Такие широкополосные маршрутизаторы называются двухдиапазонными беспроводными маршрутизаторами.
Давайте обсудим диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц в сетях Wi-Fi ниже.
История развития технологии Wi-Fi насчитывает 20 лет, начиная с первого поколения 802.11b и заканчивая 802.11g, 802.11a, 802.11n и современным 802.11ax (WiFi6).
стандарт Wi-Fi
WiFi — это всего лишь аббревиатура. На самом деле это подмножество стандарта беспроводной локальной сети 802.11. С момента его появления в 1997 году было разработано более 35 версий различного размера. Среди них 802.11a/b/g/n/ac имеет шесть наиболее зрелых версий.
IEEE 802.11a
IEEE 802.11a — это пересмотренный стандарт оригинального стандарта 802.11, утвержденный в 1999 году. Стандарт 802.11a использует тот же основной протокол, что и оригинальный стандарт. Рабочая частота составляет 5 ГГц, используются 52 ортогональные поднесущие с частотным мультиплексированием, а максимальная скорость передачи необработанных данных составляет 54 Мбит/с, что соответствует требованиям к средней пропускной способности реальных сетей (20 Мбит/с).
В связи с растущей перегрузкой частотного диапазона 2,4 ГГц, использование частотного диапазона 5 ГГц является важным улучшением стандарта 802.11a. Однако это также создает проблемы. Дальность передачи не так хороша, как у 802.11b/g; теоретически, сигналы 5G легче блокируются и поглощаются стенами, поэтому покрытие 802.11a не такое хорошее, как у 801.11b. 802.11a также может подвергаться помехам, но поскольку поблизости не так много помеховых сигналов, 802.11a обычно имеет лучшую пропускную способность.
IEEE 802.11b
IEEE 802.11b — это стандарт для беспроводных локальных сетей. Несущая частота составляет 2,4 ГГц, что обеспечивает несколько скоростей передачи: 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с. Иногда его ошибочно называют Wi-Fi. На самом деле, Wi-Fi — это товарный знак Wi-Fi Alliance. Этот товарный знак лишь гарантирует совместимость товаров, использующих его, и не имеет никакого отношения к самому стандарту. В диапазоне частот ISM 2,4 ГГц имеется 11 каналов с полосой пропускания 22 МГц, что представляет собой 11 перекрывающихся частотных диапазонов. Преемником IEEE 802.11b является IEEE 802.11g.
IEEE 802.11g
Стандарт IEEE 802.11g был принят в июле 2003 года. Его несущая частота составляет 2,4 ГГц (аналогично 802.11b), всего 14 частотных диапазонов, исходная скорость передачи составляет 54 Мбит/с, а чистая скорость передачи — около 24,7 Мбит/с (аналогично 802.11a). Устройства, работающие по стандарту 802.11g, обратно совместимы со стандартом 802.11b.
Позже некоторые производители беспроводных маршрутизаторов, отвечая на потребности рынка, разработали новые стандарты на основе стандарта IEEE 802.11g и увеличили теоретическую скорость передачи до 108 Мбит/с или 125 Мбит/с.
IEEE 802.11n
Стандарт IEEE 802.11n разработан на основе 802.11-2007 новой рабочей группой, сформированной IEEE в январе 2004 года, и был официально утвержден в сентябре 2009 года. Стандарт добавляет поддержку MIMO, обеспечивая беспроводную полосу пропускания 40 МГц, а теоретическая максимальная скорость передачи составляет 600 Мбит/с. Одновременно с этим, благодаря использованию пространственно-временного блочного кода, предложенного Аламути, стандарт расширяет диапазон передачи данных.
IEEE 802.11ac
IEEE 802.11ac — это разрабатываемый стандарт беспроводной связи в компьютерных сетях 802.11, использующий частотный диапазон 6 ГГц (также известный как частотный диапазон 5 ГГц) для беспроводной связи в локальных сетях (WLAN). Теоретически он может обеспечить пропускную способность не менее 1 гигабита в секунду для многостанционной беспроводной связи в локальных сетях (WLAN) или не менее 500 мегабит в секунду (500 Мбит/с) для передачи данных по одному соединению.
Он заимствует и расширяет концепцию радиоинтерфейса, заимствованную из 802.11n, включая: более широкую полосу пропускания радиочастот (до 160 МГц), больше пространственных потоков MIMO (увеличено до 8), MU-MIMO и высокоплотную демодуляцию (модуляцию до 256QAM). Он является потенциальным преемником IEEE 802.11n.
IEEE 802.11ax
В 2017 году компания Broadcom лидировала в разработке беспроводного чипа 802.11ax. Поскольку предыдущий стандарт 802.11ad в основном работал в диапазоне частот 60 ГГц, несмотря на увеличение скорости передачи данных, зона покрытия была ограничена, он стал функциональной технологией, дополняющей 802.11ac. Согласно официальному проекту IEEE, шестое поколение Wi-Fi, унаследовавшее 802.11ac, — это 802.11ax, и устройства, поддерживающие его совместное использование, были выпущены ещё в 2018 году.
Разница между 2,4 ГГц и 5 ГГц
Первый стандарт беспроводной передачи данных IEEE 802.11 появился в 1997 году, поэтому многие электронные устройства, такие как микроволновые печи, устройства Bluetooth и т. д., в той или иной степени создают помехи для Wi-Fi 2,4 ГГц, поэтому сигнал в определенной степени подвергается влиянию, подобно дороге, по которой одновременно движутся конные повозки, велосипеды и автомобили, и скорость движения автомобилей естественным образом изменяется.
В сети Wi-Fi 5 ГГц используется более высокая частота, что приводит к меньшей перегрузке каналов. Она использует 22 канала и не создает взаимных помех. По сравнению с 3 каналами 2,4 ГГц, это значительно снижает перегрузку сигнала. Поэтому скорость передачи данных в диапазоне 5 ГГц выше, чем в диапазоне 2,4 ГГц.
В диапазоне частот 5 ГГц Wi-Fi, использующем протокол 802.11ac пятого поколения, скорость передачи данных достигает 433 Мбит/с при полосе пропускания 80 МГц и 866 Мбит/с при полосе пропускания 160 МГц, что значительно превосходит максимальную скорость передачи данных в диапазоне 2,4 ГГц, составляющую 300 Мбит/с.
5 ГГц без препятствий
Однако у Wi-Fi 5 ГГц есть и недостатки. Они заключаются в дальности передачи и способности преодолевать препятствия.
Поскольку Wi-Fi — это электромагнитная волна, её основной способ распространения — прямолинейное распространение. При столкновении с препятствиями возникают такие явления, как проникновение, отражение, дифракция и другие. Среди них проникновение является основным, при этом происходит лишь небольшое отражение и дифракция сигнала. Физические характеристики радиоволн таковы: чем ниже частота, тем длиннее длина волны, тем меньше потери при распространении, тем шире зона покрытия и тем легче обходить препятствия; чем выше частота, тем меньше зона покрытия и тем сложнее обходить препятствия.
Таким образом, сигнал 5G с высокой частотой и короткой длиной волны имеет относительно небольшую зону покрытия, и его способность преодолевать препятствия не так хороша, как у сигнала 2,4 ГГц.
Что касается дальности передачи, то Wi-Fi 2,4 ГГц обеспечивает максимальное покрытие в помещении до 70 метров и на открытом воздухе до 250 метров. А Wi-Fi 5 ГГц в помещении обеспечивает максимальное покрытие только до 35 метров.
На рисунке ниже показано сравнение зоны покрытия Ekahau Site Survey в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц для виртуального проектировщика. Самый тёмный зелёный цвет в двух симуляциях соответствует скорости 150 Мбит/с. Красный цвет в симуляции 2,4 ГГц указывает на скорость 1 Мбит/с, а красный цвет в симуляции 5 ГГц — на скорость 6 Мбит/с. Как видите, зона покрытия точек доступа 2,4 ГГц действительно немного больше, но скорости на границах зоны покрытия 5 ГГц выше.
5 ГГц и 2,4 ГГц — это разные частоты, каждая из которых имеет свои преимущества для сетей Wi-Fi, и эти преимущества могут зависеть от того, как вы организуете сеть, особенно с учетом дальности действия и препятствий (стен и т. д.), которые должен преодолевать сигнал. Не слишком ли это много?
Если вам нужно охватить большую площадь или обеспечить лучшее проникновение сигнала сквозь стены, лучше подойдет диапазон 2,4 ГГц. Однако, без этих ограничений, 5 ГГц — более быстрый вариант. Объединив преимущества и недостатки этих двух частотных диапазонов в один, используя двухдиапазонные точки доступа в беспроводной сети, мы можем удвоить пропускную способность беспроводной сети, уменьшить влияние помех и в целом получить более качественную сеть Wi-Fi.
Дата публикации: 09.06.2021