Principes de base du WiFi Partie 1: Fréquences et canaux

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En 1947, l'Union internationale des télécommunications (UIT), une agence des Nations Unies, a désigné certaines bandes du spectre RF comme ISM. L'idée était d'avoir une norme internationale de fréquences réservées aux équipements industriels, scientifiques et médicaux. Ironiquement, les télécommunications n'étaient pas l'objectif initial.

Avant de discuter des détails, je tiens simplement à noter que cet article sera principalement basé sur le domaine réglementaire américain. Différents domaines réglementaires ont des exigences spécifiques concernant les fréquences transmises et les paramètres de puissance.

Bien qu’il existe douze groupes ISM, pour l’instant, nous ne nous concentrerons que sur deux d’entre eux. La plupart des gens les appellent les bandes 2,4 GHz et 5 GHz.

Commençons par la bande ISM 2,4 GHz (2,400 GHz-2 500 GHz). Ce petit ensemble de fréquences encombré est de loin le plus utilisé, malgré le fait que la majorité des ordinateurs portables, smartphones et tablettes sont équipés de deux radios au cours des dernières années.

La raison en est la physique. La règle générale est que plus la fréquence est basse, plus la propagation est longue et meilleure est la pénétration. Voici 2 exemples concrets:

  • Vous êtes assis dans votre voiture à un feu rouge. Quelqu'un s'arrête à côté de vous avec sa radio qui retentit bruyamment. Si vous n'aimez pas leurs goûts musicaux, vous pourriez rouler votre fenêtre. Une partie de ce son est réduite, mais vous entendrez probablement toujours très bien cette basse (basse fréquence).
  • Un autre exemple est un système radio très spécialisé utilisé par les militaires pour communiquer avec les sous-marins submergés. Elle s'appelle ELF (Extremely Low Frequency) et a une longueur d'onde si longue que l'antenne requise peut mesurer des kilomètres.

D'accord, nous savons maintenant que les fréquences plus basses offrent une plus grande zone de couverture et une meilleure pénétration du signal à travers les obstacles. Si la bande 2,4 GHz est si bonne, avons-nous vraiment besoin de 5 GHz? La réponse est oui.

Limitations de 2,4 GHz

Seulement 3 canaux qui ne se chevauchent pas. La bande 2,4 GHz est divisée en 14 canaux, la plupart distants de 5 MHz. Cet espacement de 5 MHz ne posait pas de problème au tout début de l'utilisation du sans fil. La technologie à l'époque était limitée à environ 1 Mbps de débit. Puis, à la fin des années 1990, le 802.11b avec sa technologie à spectre étalé est devenu la norme.

L'avantage est qu'il pourrait atteindre un débit de 11 Mbps. L'inconvénient était qu'il utilisait 22 MHz du spectre. Donc, si, par exemple, vous utilisez le canal 6, alors au minimum, les canaux 4, 5, 7 et 8 sont inutilisables. Cette limitation s'applique toujours aujourd'hui, que vous utilisiez un équipement WiFi 802.11g plus ancien ou le plus récent 802.11n (2,4 GHz). C'est l'une des limitations les plus importantes.

wifi limitations

Il est surpeuplé. Cela va de pair avec la limitation précédente. Bien que les normes 802.11a (5 GHz) et 802.11b (2,4 GHz) aient été publiées, en raison des différences de coûts, seule la norme 802.11b a été largement adoptée à l'époque. Le résultat est que, même aujourd'hui, la majorité du trafic WiFi utilise la bande 2,4 GHz.

Tenez-vous au coin d'une rue du centre-ville de n'importe quelle ville de taille décente et exécutez un logiciel de numérisation WiFi. Selon toute vraisemblance, vous verrez au moins 20 signaux; J'en ai vu plus de 40 au centre-ville de Washington DC. Rappelez-vous maintenant que tous les 40 de ces signaux ne fonctionnent que sur 3 canaux.

C'est une bande ISM, et par définition, ouverte à d'autres types d'appareils. Il existe de nombreux appareils non WiFi susceptibles de provoquer des interférences: fours à micro-ondes, téléphones sans fil, appareils Bluetooth, moniteurs pour bébé, caméras vidéo, ouvre-portes de garage, etc.

Ces éléments peuvent perturber gravement votre réseau et sont extrêmement difficiles à détecter sans le matériel et les logiciels d'analyse de spectre spécialisés.

Ensuite, nous parlerons de la bande 5 GHz

En plus de la bande ISM standard (5,725-7,825 GHz), la FCC a ajouté le spectre des bandes UNII (Infrastructure nationale d'information sans licence) pour stimuler l'utilisation de la technologie sans fil. Notez également que les différentes agences de régulation travaillent sur le processus d'ajout de 195 MHz de spectre disponible dans la gamme 5 GHz.

5ghz band

Limitations de 5 GHz

Comme nous l'avons vu précédemment, les fréquences plus élevées ne se propagent pas aussi loin et ne pénètrent pas non plus les obstacles. Comparons avec la bande 2,4 GHz en utilisation réelle.

  • En plein air, les signaux 5 GHz couvriront environ 1/3 à ½ de la distance.
  • La qualité du signal utilisable se dégradera considérablement après avoir percé 1 mur intérieur, par opposition à environ 3 murs pour les signaux 2,4 GHz.

Cela conduit à un autre inconvénient moins évident, le coût. Le prix à payer pour déployer un réseau WiFi 5 GHz (enfin, double bande) de toute taille est au moins 2,5 fois le coût d'un réseau 2,4 équivalent uniquement. Vous avez besoin de beaucoup plus de points d'accès, généralement de 2,5x à 3x. Ajoutez le câblage, les licences, la maintenance, etc.

Certains canaux sont à usage partagé. Les canaux spécifiques sont désignés comme DFS, Dynamic Frequency Selection. Ces canaux, situés dans les bandes étendues UNII-2 et -2, partagent le spectre avec certains systèmes radar, principalement en Europe.

Pour cette raison, le système WiFi doit être conçu pour rechercher les impulsions radar avant d'utiliser les canaux particuliers. Bien sûr, si des impulsions radar sont détectées, il désactive immédiatement les canaux affectés.

Avantages de 5 GHz

Comme vous pouvez le voir clairement dans le graphique ci-dessus, il y a beaucoup plus de 3 canaux. Notez également l'espacement des canaux - au moins 20 MHz. Cela signifie qu'aucun canal ne se chevauche; tous sont utilisables simultanément.

Beaucoup moins de monde. Contrairement aux appareils 2,4 GHz, les appareils 5 GHz ne se sont largement diffusés qu'au cours des cinq ou six dernières années. Il y a aussi le fait que la mise à niveau d’une infrastructure prend du temps. Il existe encore un nombre important d'entreprises exploitant uniquement des réseaux 2.4.

Très peu de sources d'interférences. À l'exception du radar susmentionné sur certaines fréquences, les risques d'interférences non-WiFi sont extrêmement faibles.

Capacité de débit plus élevée. Théoriquement, les deux sont capables de 600 Mbps. Cependant, en pratique, ce n'est pas le cas car une grande partie de cette capacité améliorée dépend de la liaison des canaux. Il s'agit d'un mode optionnel dans lequel l'appareil utilise simultanément plusieurs canaux adjacents. Rappelez-vous précédemment comment nous avons discuté du fait qu'il n'y a que 3 canaux non chevauchants disponibles dans la bande 2.4?

Cette technique utiliserait 2 de ces 3. Ainsi, non seulement vous irriteriez vraiment vos voisins, mais toutes les interférences dans le même canal et dans le canal adjacent rendraient probablement votre réseau bien pire. Pour résumer, n'activez PAS la liaison de canaux dans la bande 2,4.

Il existe de nouvelles normes qui utilisent d'autres gammes de fréquences. Nous en discuterons dans un prochain article.

Pour obtenir un pdf de la carte du spectre officielle de la FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

J'espère que vous avez apprécié cet article. Je pense que mon prochain sera une discussion sur les différentes normes.

Si vous avez une suggestion de sujet concernant le WiFi ou les réseaux généraux, faites-le moi savoir dans les commentaires.