6.5 Optimalizácia kanálov Wi-Fi

Frekvenčné rozsahy

Rozsah frekvencií, ktorý je k dispozícii pre siete Wi-Fi, sa nevyužíva celý naraz každou sieťou. Frekvencie sú rozdelené do základných kanálov šírky 5 MHz, ktoré sú však samostatnými kanálmi skôr teoreticky a nevyužívajú sa jednotlivo. V praxi sa ako komunikačný kanál používa spojenie 4 susedných kanálov, teda frekvenčné pásmo šírky 20 MHz, pričom sa uvádza vždy poradové číslo prvého použitého základného kanálu a ako frekvencia sa udáva stredná frekvencia tohoto frekvenčného pásma.

V Európe máme pre Wi-Fi siete k dispozícii tieto frekvenčné pásma:

2,4 GHz: 13 základných kanálov (č. 1 až 13 + reálne ešte 3 ďalšie) v reálnom rozsahu 2402 až 2482 MHz, stredné frekvencie komunikačných kanálov od 2412 do 2472 MHz;
5 GHz indoor: 32 základných kanálov (č. 36 až 67) určených len pre vnútorné nasadenie, v reálnom rozsahu 5170 až 5330 MHz, stredné frekvencie komunikačných kanálov od 5180 do 5320 MHz;
5 GHz outdoor: ďalších 44 základných kanálov (č. 100 až 143) určených aj pre vonkajšie nasadenie, v reálnom rozsahu 5490 až 5710 MHz, stredné frekvencie komunikačných kanálov od 5500 do 5700 MHz;
6 GHz: 96 základných kanálov (č. 1 až 96) v reálnom rozsahu 5945 až 6425 MHz, stredné frekvencie komunikačných kanálov od 5955 do 6415 MHz.

Príklad 1: Na Wi-Fi AP nastavíme kanál č. 1, ktoré základné kanály a frekvencie sa použijú?

Použijú sa základné kanály č. 1 až 4 s frekvenciami od 2402 do 2422 MHz. Uvádzať sa bude stredná frekvencia 2412 MHz.

Príklad 2: Na Wi-Fi AP nastavíme kanál č. 13, ktoré základné kanály a frekvencie sa použijú?

Použijú sa základné kanály č. 13 + 3 ďalšie (nemajú číselné označenie, teoreticky 14, 15 a 16) s frekvenciami od 2462 do 2482 MHz. Uvádzať sa bude stredná frekvencia 2472 MHz.

Obmedzenia 5 GHz frekvenčného pásma

Od kanálu 52 (5260 MHz) vyššie je povinná dynamická voľba frekvencie s detekciou radarov (DFS - Dynamic Frequency Selection). Detekcia radarov trvá 1 minútu, no vo frekvenčnom pásme 5600 - 5650 MHz je zároveň povinná až 10-minútová detekcia meteorologických radarov (TDWR - Terminal Doppler Weather Radar).

V prípade, že Wi-Fi AP zistí radar (či pred spustením svojej činnosti alebo počas prevádzky), musí použiť inú frekvenciu. Nastavenú DFS frekvenciu teda musíme chápať ako predvolenú, bez garancie jej trvalého používania. V blízkosti meteorologického radaru (napríklad aj v Bratislave) je prakticky nemožné používať frekvencie z pásma TDWR.

Pre lepšie pochopenie a názornosť je v prílohe odkaz na prehľadnú tabuľku frekvencií, kde sú zapísané aj konkrétne slovenské meteorologické radary.

Využitie šírky komunikačného kanálu

Existujú rôzne spôsoby, ako efektívne využiť celú šírku komunikačného kanálu a zároveň sa vysporiadať so zahltením (saturáciou) frekvenčného pásma.

FHSS

Jednou z možností je FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), kde sa veľmi často (aj viac ako 1000-krát za sekundu) mení frekvencia prenosu a v prípade rušenia na nejakej frekvencii sa zle prenesené údaje opakovane odosielajú na inej frekvencii. V súčasnosti sa vo Wi-Fi sieťach tento spôsob nevyužíva - týkal sa pôvodného protokolu 802.11, no je základom pre Bluetooth a BLE protokoly, pri ktorých nie je cieľom čo najvyššia rýchlosť, ale čo najodolnejší prenos. Obrazne povedané - Wi-Fi je ako kamión, ktorý zaberie jeden pruh na diaľnici a ide v ňom stále a Bluetooth je ako motorka, ktorá kľučkuje medzi pruhmi 1600-krát za sekundu, aby sa vyhla kolízii.

DSSS

Ďalšou možnosťou je DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum), kde sa signál roztiahne do širšieho spektra frekvencií a doplní sa redundanciou, aby ho bolo možné rekonštruovať aj pri zahltení niektorej frekvencie. Ani tento spôsob sa už v súčasnosti vo Wi-Fi sieťach nevyužíva - týkal sa protokolu 802.11b, kde bol každý kanál roztiahnutý do šírky 22 MHz.

OFDM

V súčasnosti sa využíva predovšetkým OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) - pravouhlý multiplex s delením frekvencií. Prenos je realizovaný cez úzke kanály so striktnými hranicami frekvencie, takzvané subnosné frekvencie, ktorých môžu byť v jednom komunikačnom kanáli aj tisíce. Tento spôsob sa kombinuje s moduláciou QAM, čo prináša podstatne vyššiu rýchlosť prenosu a okrem Wi-Fi sietí ho využívajú aj mobilné siete, digitálna televízia (DVB) a DSL. V prípade Wi-Fi sietí sa z komunikačného kanála šírky 20 MHz využíva stredných 16 až 19 MHz (podľa verzie Wi-Fi), okraje slúžia na bezpečné oddelenie jednotlivých kanálov a nazývame ich ochranné pásmo (guard band).

UWB

Zaujímavým konceptom je tiež UWB (Ultra WideBand), ktorý sa síce netýka Wi-Fi, ale dopĺňa tento prehľad využívania frekvenčného rozsahu. Využíva veľmi široký frekvenčný rozsah (približne od 3 do 11 GHz) s veľmi veľkou šírkou kanálu. Úroveň signálu je veľmi nízka, blízka šumu, takže nepredstavuje rušenie pre existujúce siete. V civilnom nasadení sa používa v oblasti PAN, napríklad pre odomykanie áut a AirTags.

Hľadanie nekolíznych kanálov

Z vyššie uvedeného vyplýva, že pre zabránenie rušenia prekrývaním kanálov môžeme v Európe striedať tieto kanály šírky 20 MHz:

2,4 GHz: 4 kanály č. 1, 5, 9, 13 (frekvencie 2412, 2432, 2452, 2472 MHz).

Vo frekvenčnom pásme 5 GHz by bolo používanie takto úzkych kanálov za normálnych okolností zbytočné, pretože aj pri 40 MHz šírke máme k dispozícii až 9 nekolíznych kanálov (viď nižšie).

Šírka 40 MHz

Spomeňme si, že Wi-Fi umožňuje používať aj širšie komunikačné kanály, v závislosti od verzie Wi-Fi (viď kapitola 6.2 Bezdrôtové siete Wi-Fi). Tieto komunikačné kanály vznikajú zložením viacerých 20 MHz kanálov.

V prípade frekvenčnej šírky 40 MHz sa ku centrálnemu 20 MHz kanálu (C = central) pripojí ešte druhý, rozširujúci 20 MHz kanál (e = extended). Štandardne nasleduje rozširujúci kanál za centrálnym, čo označujeme ako usporiadanie Ce.

Pozor, pri uvádzaní strednej frekvencie sa neuvádza stred celej zloženej šírky, ale stredná frekvencia centrálneho kanálu!

Príklad: Na 2,4 GHz Wi-Fi AP nastavíme kanál č. 1 šírky 40 MHz, ktoré základné kanály a frekvencie sa použijú?

Použijú sa základné kanály č. 1 až 8 s frekvenciami od 2402 do 2442 MHz. Uvádzať sa bude stredná frekvencia centrálneho kanálu (č. 1), čo je 2412 MHz.

Starší modul Wireless v MikroTik RouterOS umožňuje voliť aj iné usporiadanie, no lepšie je držať sa zaužívaného usporiadania Ce. Ak pri šírke komunikačného kanálu 40 MHz je rozširujúci kanál prvý a až za ním nasleduje centrálny, označíme ho eC. Napríklad spojenie kanálov 1 a 5 (frekvencie 2412 a 2432 MHz, teda 2402 až 2442) môžeme realizovať ako 1+5 (2412 MHz Ce) alebo 5+1 (2432 MHz eC).

Teda pre zabránenie prekrývania kanálov šírky 40 MHz môžeme striedať (v usporiadaní Ce):

2,4 GHz: 2 kanály č. 1 a 9 (frekvencie 2412 a 2452 MHz);
5 GHz indoor: 4 kanály č. 36, 44, 52, 60 (5180, 5220, 5260, 5300 MHz);
5 GHz outdoor: 5 kanálov č. 100, 108, 116, 124, 132 (5500, 5540, 5580, 5620, 5660 MHz).

Šírka 80 MHz

V prípade kanálu šírky 80 MHz sa k centrálnemu kanálu pripoja ďalšie 3 rozširujúce, bez prekrývania môžeme striedať (v usporiadaní Ceee):

5 GHz indoor: 2 kanály č. 36 a 52 (5180 a 5260 MHz);
5 GHz outdoor: 2 kanály č. 100 a 116 (5500 a 5580 MHz), zostane voľný kanál č. 132 (5660 MHz) pre 40 MHz šírku;
6 GHz: 6 kanálov č. 1, 17, 33, 49, 65, 81 (5955, 6035, 6115, 6195, 6275, 6355 MHz).

Šírka 160 MHZ

Pri využití maximálnej šírky kanálu, teda 160 MHz, máme k dispozícii (v usporiadaní Ceeeeeee):

5 GHz indoor: kanál č. 36 (5180 MHz), nezostane nič voľné;
5 GHz outdoor: kanál č. 100 (5500 MHz), zostane voľný kanál č. 132 (5660 MHz) pre 40 MHz;
6 GHz: 3 kanály č. 1, 33, 65 (5955, 6115, 6275 MHz).

Šírka 320 MHz

Pokiaľ by sme chceli využiť až 320 MHz šírku kanálu (od Wi-Fi 7), máme k dispozícii len jeden kanál:

6 GHz: kanál č. 1 (5955 MHz), zostane voľný kanál č. 65 (6275 MHz) pre 160 MHz.