Использование радио в диапазоне 2,4 ГГц - 2.4 GHz radio use
Есть несколько вариантов использования диапазона 2,4 ГГц . Между устройствами, работающими на частоте 2,4 ГГц, могут возникать помехи . В этой статье подробно рассказывается о различных пользователях диапазона 2,4 ГГц, о том, как они создают помехи другим пользователям и как они подвержены помехам со стороны других пользователей.
Телефон
Многие беспроводные телефоны и радионяни в США и Канаде используют частоту 2,4 ГГц, ту же частоту, на которой работают стандарты Wi-Fi 802.11b , 802.11g и 802.11n . Это может вызвать значительное снижение скорости, а иногда и полную блокировку сигнала Wi-Fi при разговоре по телефону. Однако есть несколько способов избежать этого, некоторые простые, а некоторые более сложные.
- Использование проводных телефонов, которые не передают.
- Использование беспроводных телефонов, не использующих диапазон 2,4 ГГц.
- Использование диапазона 5 ГГц.
- Телефоны DECT 6.0 (1,9 ГГц), 5,8 ГГц или 900 МГц, обычно доступные сегодня, не используют диапазон 2,4 ГГц и, следовательно, не создают помех.
- Телефоны VoIP / Wi-Fi совместно используют базовые станции Wi-Fi и участвуют в протоколах конкуренции Wi-Fi.
- Доступно несколько различных каналов Wi-Fi, и можно избежать телефонных каналов.
Последнее иногда бывает безуспешным, поскольку многие беспроводные телефоны используют функцию под названием Digital Spread Spectrum . Эта технология была разработана для защиты от подслушивающих устройств, но телефон будет переключать каналы случайным образом, не оставляя ни один канал Wi-Fi, защищенный от помех со стороны телефона.
блютуз
Устройства Bluetooth, предназначенные для использования в личных сетях малого радиуса действия, работают в диапазоне от 2,4 до 2,4835 ГГц. Чтобы уменьшить помехи другим протоколам, использующим диапазон 2,45 ГГц, протокол Bluetooth делит диапазон на 80 каналов (пронумерованных от 0 до 79, каждый шириной 1 МГц) и меняет каналы до 1600 раз в секунду. В более новых версиях Bluetooth также есть функция Adaptive Frequency Hopping, которая пытается обнаруживать существующие сигналы в диапазоне ISM , такие как каналы Wi-Fi , и избегать их, согласовывая карту каналов между взаимодействующими устройствами Bluetooth.
Доказано, что стандарт компьютерного кабеля USB 3.0 создает значительные электромагнитные помехи, которые могут мешать работе любых устройств Bluetooth, подключенных пользователем к тому же компьютеру.
Вай фай
 Старый логотип Wi-Fi Alliance
| |
| Введено | Сентябрь 1998 г . |
|---|---|
| Совместимое оборудование | Персональные компьютеры , игровые консоли , телевизоры , принтеры , мобильные телефоны |
Wi-Fi ( / ш aɪ е aɪ / ) технология для радио беспроводных локальных сетей устройств на основе IEEE 802.11 стандартов. Wi-Fi является товарным знаком Wi-Fi Alliance , который ограничивает использование термина « Сертифицировано Wi-Fi» продуктами, успешно прошедшими сертификационные испытания на совместимость .
К устройствам, которые могут использовать технологии Wi-Fi, относятся настольные и портативные компьютеры , игровые приставки , смартфоны и планшеты , смарт-телевизоры , цифровые аудиоплееры, автомобили и современные принтеры. Устройства с поддержкой Wi-Fi могут подключаться к Интернету через WLAN и точку беспроводного доступа . Такая точка доступа (или точка доступа ) имеет радиус действия около 20 метров (66 футов) в помещении и больший радиус действия на открытом воздухе. Зона действия точки доступа может быть такой маленькой, как отдельная комната со стенами, блокирующими радиоволны, или такой большой, как несколько квадратных километров, достигаемых за счет использования нескольких перекрывающихся точек доступа.
Существуют разные версии Wi-Fi с разными диапазонами, радиодиапазонами и скоростями. Wi-Fi чаще всего использует диапазоны 2,4 гигагерц (12 см) UHF и 5,8 гигагерц (5 см) SHF ISM ; эти полосы подразделяются на несколько каналов. Каждый канал может быть разделен по времени несколькими сетями. Эти длины волн лучше всего подходят для прямой видимости . Многие распространенные материалы поглощают или отражают их, что еще больше ограничивает диапазон, но может помочь минимизировать помехи между различными сетями в многолюдной среде. На близком расстоянии некоторые версии Wi-Fi, работающие на подходящем оборудовании, могут достигать скорости более 1 Гбит / с.
Любой, кто находится в пределах досягаемости с контроллером беспроводного сетевого интерфейса, может попытаться получить доступ к сети; из-за этого Wi-Fi более уязвим для атак (называемых перехватом ), чем проводные сети. Защищенный доступ Wi-Fi (WPA) - это семейство технологий, созданных для защиты информации, перемещающейся по сетям Wi-Fi, и включает решения для личных и корпоративных сетей. Функции безопасности WPA включают более надежную защиту и новые методы обеспечения безопасности, поскольку ландшафт безопасности со временем изменился.
Чтобы гарантировать отсутствие помех ни при каких обстоятельствах, протокол Wi-Fi требует разделения каналов от 16,25 до 22 МГц (как показано ниже). Оставшийся промежуток 2 МГц используется в качестве защитной полосы, чтобы обеспечить достаточное затухание по краевым каналам. Эта защитная полоса в основном используется для подключения старых маршрутизаторов с модемными наборами микросхем, склонными к полной занятости канала, поскольку большинство современных модемов WiFi не склонны к чрезмерной занятости каналов.
.svg)
Хотя перекрывающиеся частоты могут быть настроены и обычно работают, они могут вызывать помехи, приводящие к замедлению, иногда серьезному, особенно при интенсивном использовании. Определенные подмножества частот могут использоваться одновременно в любом месте без помех (см. Схемы для типичных распределений):
Большинство стран Графическое представление каналов беспроводной локальной сети в диапазоне 2,4 ГГц. Обратите внимание, что «канал 3» на диаграмме 40 МГц выше часто обозначается номерами каналов 20 МГц «1 + 5» или «1» с «+ верхний» или «5» с «+ нижний» в интерфейсах маршрутизатора и «11». "как" 9 + 13 "или" 9 "с" + верхний "или" 13 "с" + нижний ".
Северная Америка Графическое представление каналов беспроводной локальной сети в диапазоне 2,4 ГГц. Обратите внимание, что «канал 3» на диаграмме 40 МГц выше часто обозначается номерами каналов 20 МГц «1 + 5» или «1» с «+ верхним» или «5» с «+ нижним» в интерфейсах маршрутизатора.
Однако точный интервал, необходимый, когда передатчики не размещены, зависит от протокола, выбранной скорости передачи данных, расстояний и электромагнитной среды, в которой используется оборудование.
| Разделение каналов: | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Затухание (дБ) | 0 | 0,3–0,6 | 1,8–2,5 | 6,6–8,2 | 23,5–35 | 49,9–53,2 |
Затухание в относительном канале добавляется к ослаблению из-за расстояния и влияния препятствий. Согласно стандартам, для передатчиков на одном канале передатчики должны по очереди передавать, если они могут обнаруживать друг друга на 3 дБ выше минимального уровня шума ( минимальный уровень теплового шума составляет около -101 дБмВт для каналов 20 МГц). С другой стороны, передатчики будут игнорировать передатчики на других каналах, если уровень ослабленного сигнала от них ниже порогового значения P th, которое для систем без Wi-Fi 6 составляет от -76 до -80 дБмВт.
Хотя в приемнике могут быть помехи (битовые ошибки), они обычно невелики, если принимаемый сигнал более чем на 20 дБ превышает уровень ослабленного сигнала от передатчиков на других каналах.
Общий эффект состоит в том, что при значительном перекрытии между передатчиками соседних каналов они часто создают помехи друг другу. Однако использование каждого четвертого или пятого канала, оставляя три или четыре канала свободными между используемыми каналами, может вызвать меньше помех, чем совместное использование каналов, и более узкий интервал все же может использоваться на больших расстояниях.
Беспроводные сети передачи данных ZigBee / IEEE 802.15.4
Многие беспроводные сети передачи данных на основе ZigBee / IEEE 802.15.4 работают в диапазоне 2,4–2,4835 ГГц и поэтому подвержены помехам от других устройств, работающих в том же диапазоне. Чтобы избежать помех от сетей IEEE 802.11, сеть IEEE 802.15.4 может быть настроена для использования только каналов 15, 20, 25 и 26, избегая частот, используемых обычно используемыми каналами IEEE 802.11 1, 6 и 11.
ВЧ периферийные устройства
Некоторые беспроводные периферийные устройства, такие как клавиатуры и мыши, используют полосу частот 2,4 ГГц с собственным протоколом.
Микроволновая печь
Микроволновые печи работают за счет излучения сигнала очень высокой мощности в диапазоне 2,4 ГГц. Старые устройства имеют плохое экранирование и часто излучают очень «грязный» сигнал во всем диапазоне 2,4 ГГц.
Это может вызвать значительные трудности при передаче Wi-Fi и видео, что приведет к уменьшению дальности действия или полному блокированию сигнала.
IEEE 802,11 комитет , который разработал спецификацию Wi-Fi провели обширное исследование в интерференционной потенциала микроволновых печей. Типичная микроволновая печь использует автоколебательный вакуум власти трубка называется магнетрона и высокого напряжения источника питания с половиной выпрямителя (часто с удвоением напряжения ) и без DC фильтрации . Это создает последовательность РЧ- импульсов с рабочим циклом ниже 50%, поскольку лампа полностью отключена на половину каждого цикла сети переменного тока : 8,33 мс в странах с 60 Гц и 10 мс в странах с 50 Гц.
Это свойство привело к появлению в Wi-Fi режима «устойчивости к помехам микроволновой печи», который сегментирует большие кадры данных на фрагменты, каждый из которых достаточно мал, чтобы соответствовать периодам «выключения» печи.
Комитет 802.11 также обнаружил, что, хотя мгновенная частота магнетрона микроволновой печи широко варьируется в течение каждой половины цикла переменного тока с мгновенным напряжением питания, в любой момент она является относительно когерентной , то есть занимает лишь узкую полосу пропускания. Сигнал 802.11a / g по своей природе устойчив к таким помехам, потому что он использует OFDM с чередованием информации для исправления ошибок по несущим; до тех пор, пока только несколько несущих будут уничтожены сильными узкополосными помехами, информация в них может быть восстановлена с помощью кода коррекции ошибок из несущих, которые действительно проходят.
Аудиовизуальные (AV) устройства
Радионяни
Некоторые радионяни используют диапазон 2,4 ГГц. Некоторые передают только звук, другие также предоставляют видео.
Аудио устройства
Беспроводные микрофоны
Беспроводные микрофоны работают как передатчики. Некоторые цифровые беспроводные микрофоны используют диапазон 2,4 ГГц (например, AKG модель DPT 70).
Беспроводные колонки
Беспроводные динамики работают как приемники. Передатчик - это предусилитель, который может быть интегрирован в другое устройство. Некоторые беспроводные колонки используют диапазон 2,4 ГГц с собственным протоколом. Они могут отключаться из-за помех от других устройств.
Видео устройства
Отправители видео обычно используют FM- носитель для передачи видеосигнала из одной комнаты в другую (например, спутниковое телевидение или кабельное телевидение ). Эти устройства обычно работают непрерывно, но имеют низкую мощность передачи (10 мВт). Однако некоторые устройства, особенно беспроводные камеры, работают с (часто несанкционированными) высокими уровнями мощности и имеют антенны с высоким коэффициентом усиления .
Радиолюбители могут передавать двустороннее любительское телевидение (и голос) в диапазоне 2,4 ГГц - и на всех частотах ISM выше 902 МГц - с максимальной мощностью 1500 Вт в США, если режим передачи не включает методы расширения спектра . Другие уровни мощности применяются в зависимости от региона. В Великобритании максимальный уровень мощности для полной лицензии составляет 400 Вт. В других странах максимальный уровень мощности для излучений без расширенного спектра устанавливается местным законодательством.
Хотя передатчик некоторых видеокамер, по-видимому, фиксируется на одной частоте, в нескольких моделях было обнаружено, что камеры на самом деле являются гибкими по частоте, и их частоту можно изменить, разобрав продукт и переместив паяные перемычки или микропереключатели внутри камеры. .
Эти устройства подвержены помехам от других устройств 2,4 ГГц из-за характера аналогового видеосигнала, который очень легко обнаруживает помехи. Для получения «чистого» изображения требуется отношение несущей к шуму около 20 дБ.
Непрерывная передача им мешает, вызывая "образование рисунка" на изображении, иногда смещение темноты или света или полное блокирование сигнала.
Непрерывные передачи, такие как Wi-Fi, вызывают появление горизонтальных полос шумов на экране и могут вызывать "хлопки" или "щелчки" в звуке.
Сети Wi-Fi
Отправители видео - большая проблема для сетей Wi-Fi. В отличие от Wi-Fi они работают непрерывно и обычно имеют полосу пропускания всего 10 МГц. Это вызывает очень интенсивный сигнал, видимый на анализаторе спектра, и полностью уничтожает более половины канала. Результатом этого, как правило, в среде поставщика услуг беспроводного Интернета , является то, что клиенты (которые не могут слышать отправителя видео из-за эффекта « скрытого узла ») могут слышать Wi-Fi без каких-либо проблем, но получатель на Точка доступа WISP полностью уничтожена отправителем видео, поэтому она очень глуха. Кроме того, из-за природы отправителей видеосигнала, Wi-Fi не может легко им мешать, поскольку приемник и передатчик обычно расположены очень близко друг к другу, поэтому эффект захвата очень высок. Wi-Fi также имеет очень широкий спектр, поэтому обычно только 30% пиковой мощности Wi-Fi влияет на отправителя видео. Wi-Fi не является непрерывной передачей, поэтому сигнал Wi-Fi только периодически мешает отправителю видео. Сочетание этих факторов - низкая выходная мощность Wi-Fi по сравнению с отправителем видео, тот факт, что обычно отправитель видео находится намного ближе к получателю, чем передатчик Wi-Fi, и эффект захвата FM означает, что отправитель видео может вызывают проблемы с Wi-Fi на большой территории, но модуль Wi-Fi вызывает несколько проблем с отправителем видео.
EIRP
Многие видеопередатчики на рынке Великобритании рекламируют мощность, эквивалентную изотропно излучаемой мощности (EIRP), равную 100 мВт . Однако рынок Великобритании допускает ограничение EIRP только 10 мВт. Эти устройства вызывают гораздо больше помех на гораздо более широкой территории из-за своей чрезмерной мощности. Кроме того, британские отправители видео должны работать в полосе частот 20 МГц (не путать с отклонением в 20 МГц). Это означает, что некоторые иностранные отправители видеосигнала являются незаконными, поскольку они работают в полосе пропускания 15 МГц или ниже, что вызывает более высокую спектральную плотность мощности, увеличивая помехи. Кроме того, большинство других стран разрешают EIRP 100 мВт для отправителей видео, а это означает, что многие отправители видео в Великобритании имеют чрезмерную выходную мощность.
Радиоуправление
Игрушки
Многие радиоуправляемые дроны, авиамодели, модели лодок и игрушки используют диапазон 2,4 ГГц.
Гаражные ворота
Некоторые устройства открывания гаражных ворот используют диапазон 2,4 ГГц.
Автосигнализация
Некоторые производители автомобилей используют частоту 2,4 ГГц для своих внутренних датчиков движения автосигнализации . Эти устройства передают на частоте 2,45 ГГц (между каналами 8 и 9) с мощностью 500 мВт. Из-за перекрытия каналов это вызовет проблемы для каналов 6 и 11, которые обычно используются по умолчанию для подключений Wi-Fi. Поскольку сигнал передается как непрерывный тональный сигнал, он вызывает особые проблемы для трафика Wi-Fi. Это хорошо видно на анализаторах спектра. Эти устройства из-за малого радиуса действия и высокой мощности обычно не восприимчивы к помехам от других устройств в диапазоне 2,4 ГГц.
Радары
Некоторые радары используют диапазон 2,4 ГГц.
Власть
Умные измерители мощности
Некоторые интеллектуальные измерители мощности используют диапазон 2,4 ГГц.
Беспроводное питание
Некоторые новые действительно беспроводные передачи энергии используют диапазон 2,4 ГГц.
Устранение помех
Обычно помехи найти не так уж и сложно. На рынок поступают недорогие продукты, которые действуют как анализаторы спектра и используют стандартный интерфейс USB для портативного компьютера , а это означает, что источник помех может быть довольно легко обнаружен с помощью небольшой работы, направленной антенны и поездок в поисках помех.
Используйте провода
Лучше использовать Ethernet или, возможно, ПЛК, когда можно избежать Wi-Fi (но остерегайтесь скачков напряжения , они могут произойти через любой проводящий кабель).
Смена диапазона
Общая стратегия для Wi-Fi заключается в использовании диапазонов 5 ГГц и 6 ГГц только для устройств, которые также его поддерживают, и выключении радиомодулей 2,4 ГГц в точках доступа, когда этот диапазон больше не нужен.
Смена канала
Часто устранение помех так же просто, как изменение канала устройства-нарушителя. В частности, с отправителями видео , когда подключение приемника без подключенного передатчика позволит вам «видеть» отправителя видео от соседа, этот метод считается частью «процесса установки». Если канал одной системы, такой как беспроводной интернет-провайдер, не может быть изменен, и ему мешает что-то вроде отправителя видео, владелец отправителя видео обычно очень рад помочь в этом, при условии, что это не так. слишком много работы. Однако проблема возникает, когда помехой является что-то вроде беспроводной камеры видеонаблюдения, которая установлена на дымоходе и для доступа к ней требуется длинная лестница. Такие камеры из-за своей высоты вызывают серьезные проблемы на большой площади.
Альтернативный продукт
Еще одно лекарство - бесплатно предложить владельцу альтернативный товар. Как правило, это будет проводная камера, которая обычно имеет гораздо лучшую производительность, чем беспроводные камеры, кабель для замены отправителя видео или альтернативный отправитель видео, который был жестко подключен к альтернативному каналу, без возможности его возврата к оскорбительной частоте.
Еще одно лекарство - перейти с 2,4 ГГц на другую частоту, которая лишена уязвимости к помехам, присущим этой частоте, например, к частоте 5 ГГц для 802.11a / n.
Если устройство, использующее проприетарный протокол, вызывает или испытывает помехи, замена его другим с использованием другой схемы связи (проприетарной или стандартной) может решить проблему.
Изменение параметра
В крайних случаях, когда вмешательство является преднамеренным или все попытки избавиться от устройства-нарушителя оказались тщетными, можно рассмотреть возможность изменения параметров сети. Замена коллинеарных антенн на направленные антенны с высоким коэффициентом усиления обычно работает очень хорошо, поскольку узкий луч от антенны с высоким коэффициентом усиления физически не «видит» помехи. Часто секторные антенны имеют острые «нули» в их вертикальной диаграмме направленности, поэтому изменение угла наклона секторных антенн с помощью анализатора спектра, подключенного для контроля силы помех, может поместить устройство-нарушитель в нулевое значение сектора. Антенны с высоким коэффициентом усиления на стороне передатчика могут «подавлять» помехи, хотя их использование может привести к тому, что эффективная излучаемая мощность (ERP) сигнала станет слишком высокой, и поэтому их использование может быть незаконным.
Добавление базовых станций
Помехи, создаваемые сетью Wi-Fi для своих соседей, можно уменьшить, добавив к этой сети больше базовых станций. Каждый стандарт Wi-Fi предусматривает автоматическую настройку скорости передачи данных в соответствии с условиями канала; плохие звенья (обычно соединяющие большие расстояния) автоматически работают на более низких скоростях. Развертывание дополнительных базовых станций вокруг зоны покрытия сети, особенно в существующих зонах с плохим покрытием или без него, уменьшает среднее расстояние между беспроводным устройством и ближайшей к нему точкой доступа и увеличивает среднюю скорость. Тот же объем данных требует меньше времени для отправки, снижает занятость канала и дает больше времени простоя соседним сетям, улучшая производительность всех задействованных сетей. Однако существует максимальное количество базовых станций, которые могут быть добавлены, после чего они нарушают работу сети больше, чем помогают: любая дополнительная емкость затем истощается контрольным трафиком.
Альтернатива увеличения покрытия путем добавления усилителя мощности RF к одной базовой станции может принести аналогичные улучшения в беспроводную сеть. Дополнительная мощность, обеспечиваемая линейным усилителем, увеличит отношение сигнал / шум на клиентском устройстве, увеличивая используемые скорости передачи данных и сокращая время, затрачиваемое на передачу данных. Улучшенное качество связи также снизит количество повторных передач из-за потери пакетов, что еще больше снизит занятость канала. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность , чтобы использовать высокий линейный усилитель для того , чтобы избежать чрезмерного шума при добавлении к сигналу.
Все базовые станции в беспроводной сети должны быть настроены на один и тот же SSID (который должен быть уникальным для всех других сетей в пределах досягаемости) и подключены к одному и тому же логическому сегменту Ethernet (один или несколько концентраторов или коммутаторов, подключенных напрямую без IP-маршрутизаторов). Затем беспроводные клиенты автоматически выбирают самую сильную точку доступа из всех точек с указанным SSID, переходя от одной к другой по мере изменения их относительной силы сигнала. Во многих реализациях аппаратного и программного обеспечения такая передача обслуживания может привести к кратковременному прерыванию передачи данных, пока клиент и новая базовая станция устанавливают соединение. Это потенциальное нарушение следует учитывать при проектировании сети для услуг с малой задержкой, таких как VoIP .