Как меняется сигнал Wi-Fi в зависимости от материала стен и других препятствий
Как известно, в беспроводных сетях в качестве среды распространения сигнала используются радиоволны (радиоэфир), и работа устройств и передача данных в сети происходит без использования кабельных соединений.
В связи с этим на работу беспроводных сетей воздействует большее количество различного рода помех.
Далее приведем список самых распространенных причин, влияющих на работу беспроводных сетей Wi-Fi (IEEE 802.11b/g/n).
Другие Wi-Fi-устройства (точки доступа, беспроводные камеры и др.), работающие в радиусе действия вашего устройства и использующие тот же частотный диапазон
Дело в том, что Wi-Fi-устройства подвержены воздействию даже небольших помех, которые создаются другими устройствами, работающими в том же частотном диапазоне.
В беспроводных сетях используются два частотных диапазона — 2,4 и 5 ГГц. Беспроводные сети стандарта 802.11b/g работают в диапазоне 2.4 ГГц, сети стандарта 802.11a — 5 ГГц, а сети стандарта 802.11n могут работать как в диапазоне 2.4 ГГц, так и в диапазоне 5 ГГц.
Используемый частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в разных странах могут быть различные.
В полосе частот 2,4 ГГц для беспроводных сетей доступны 11 или 13 каналов шириной 20 МГц (802.11b/g/n) или 40 МГц (IEE 802.11n) с интервалами 5 МГц между ними. Беспроводное устройство, использующее один из частотных каналов, создает значительные помехи на соседние каналы. Например, если точка доступа использует канал 6, то она оказывает сильные помехи на каналы 5 и 7, а также, уже в меньшей степени, – на каналы 4 и 8. Для исключения взаимных помех между каналами необходимо, чтобы их несущие частоты отстояли друг от друга на 25 МГц (5 межканальных интервалов).
На рисунке показаны спектры 11 каналов. Цветовая кодировка обозначает группы непересекающихся каналов – [1,6,11], [2,7], [3,8], [4,9], [5,10]. Беспроводные сети, расположенные в пределах одной зоны покрытия, рекомендуется настраивать на непересекающиеся каналы, на которых будет наблюдаться меньше интерференции* и коллизий (конфликтов). Номера непересекающихся каналов – 1, 6 и 11.
* Интерференция — сигнал, передаваемый другими излучателями (они могут быть или не быть частью вашей сети Wi-Fi) на том же канале (или близком к нему), на котором вещает ваша точка доступа.
Для определения наиболее свободного канала Wi-Fi можно воспользоваться специальной утилитой InSSIDer.
Внимание! В России разрешены к использованию 13 беспроводных каналов, три из которых являются непересекающимися (это каналы 1, 6 и 11).
Если беспроводной адаптер, установленный на компьютере/ноутбуке/планшетном ПК/смартфоне, предназначен для использования в США (например, в устройствах Apple), на нем можно будет использовать только каналы с 1 по 11. Поэтому, если установить номер канала 12 или 13 (а также если один из них был выбран алгоритмом автоматического выбора канала), беспроводной клиент (iPad/iPhone) не увидит точку доступа. В этом случае необходимо вручную установить номер канала из диапазона с 1 по 11.
В некоторых случаях на точке доступа рекомендуется понизить мощность сигнала Wi-Fi до уровня 50 — 75%
2.1. Использование слишком большой излучаемой мощности сигнала Wi-Fi не всегда означает, что сеть будет работать стабильно и быстро.
Если радиоэфир, в котором работает ваша точка доступа, сильно загружен (при обзоре беспроводных сетей вы видите большое их количество и мощность их сигнала высокая), то может сказываться влияние внутриканальных и межканальных помех. Наличие таких помех влияют на производительность сети, т.к. резко увеличивают уровень шума, что приводит к низкой стабильности связи из-за постоянной перепосылки пакетов. В этом случае рекомендуем понизить мощность передатчика в точке доступа.
Если настройку понижения мощности передатчика вы не нашли в точке доступа, то это можно сделать другими способами: по возможности увеличить расстояние между точкой доступа и адаптером; открутить антенну на точке доступа (если такая возможность предусмотрена в устройстве); при наличии съемных антенн — использовать антенну с более низким коэффициентом усиления сигнала (например, с коэффициентом усиления 2 дБи вместо 5 дБи).
2.2. Мощность передатчика точки доступа в роутере обычно выше в 2-3 раза, чем на клиентских мобильных устройствах (ноутбук/смартфон/планшет). В зоне покрытия сети могут быть такие места, где клиент будет слышать точку доступа хорошо, а точка доступа клиента — плохо, или вообще не слышать (ситуация, когда сигнал на клиентском устройстве есть, а связи нет). В канале связи возникает асимметрия от разных значений мощностей и чувствительности приемников.
Для обеспечения хорошего уровня сигнала нужно, чтобы между клиентским устройством и точкой доступа было как можно более симметричное соединение, чтобы точка доступа и клиент уверенно слышали друг друга.
Как это не покажется странным, но для устранения асимметрии и получения более стабильной связи иногда следует понизить мощность передатчика в точке доступа.
Bluetooth-устройства, работающие в зоне покрытия вашего Wi-Fi-устройства
Bluetooth-устройства работают в том же частотном диапазоне, что и Wi-Fi-устройства, т.е в 2.4 ГГц, следовательно, могут оказывать влияние на работу Wi-Fi-устройств.
Большие расстояния между Wi-Fi-устройствами
Необходимо помнить, что беспроводные устройства Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Например, домашний интернет-центр с точкой доступа Wi-Fi стандарта 802.11b/g имеет радиус действия до 60 м в помещении и до 400 м вне помещения.
В помещении дальность действия беспроводной точки доступа может быть ограничена несколькими десятками метров — в зависимости от конфигурации комнат, наличия капитальных стен и их количества, а также других препятствий.
Препятствия
Различные препятствия (стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д.), расположенные между Wi-Fi-устройствами, могут частично или значительно отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере сигнала.
В городах с многоэтажной застройкой основным препятствием для радиосигнала являются здания. Наличие капитальных стен (бетон+арматура), листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов и т.п. влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу Wi-Fi-устройств.
Внутри помещения причиной помех радиосигнала также могут являться зеркала и тонированные окна. Даже человеческое тело ослабляет сигнал примерно на 3 dB.
Ниже показана таблица потери эффективности сигнала Wi-Fi при прохождении через различные среды. Данные приведены для сети, работающей в частотном диапазоне 2.4 ГГц.
| Препятствие | Дополнительные потери (dB) | Эффективное расстояние* |
| Открытое пространство | 0 | 100% |
| Окно без тонировки (отсутствует металлизированное покрытие) | 3 | 70% |
| Окно с тонировкой (металлизированное покрытие) | 5-8 | 50% |
| Деревянная стена | 10 | 30% |
| Межкомнатная стена (15,2 см) | 15-20 | 15% |
| Несущая стена (30,5 см) | 20-25 | 10% |
| Бетонный пол/потолок | 15-25 | 10-15% |
| Монолитное железобетонное перекрытие | 20-25 | 10% |
* Эффективное расстояние — означает, насколько уменьшится радиус действия после прохождения соответствующего препятствия по сравнению с открытым пространством. Например, если на открытом пространстве радиус действия Wi-Fi до 400 метров, то после прохождения одной межкомнатной стены он уменьшится до 400 м * 15% = 60 метров. После второй еще раз 60 м * 15% = 9 метров. А после третьей 9 м * 15% = 1,35 метров. Таким образом, через три межкомнатные стены, скорее всего, беспроводное соединение установить не получится.
Вне помещений влиять на качество передаваемого сигнала может ландшафт местности (например, деревья, леса, холмы).
Атмосферные помехи (дождь, гроза, снегопад) также могут являться причиной уменьшения производительности беспроводной сети (в случае, если радиосигнал передается вне помещений).
Различная бытовая техника, работающая в зоне покрытия вашего Wi-Fi-устройства
Перечислим бытовую технику, которая может являться причиной ухудшения качества связи Wi-Fi:
Устройства, работающие по стандарту USB 3.0 могут создавать помехи для сети Wi-Fi в диапазоне 2,4 ГГц
При тестировании интернет-центров в нашей лаборатории мы не сталкивались с такой ситуацией, когда подключенное устройство по USB 3.0 оказывало бы влияние на работу беспроводной сети в диапазоне 2,4 ГГц. Но исключать таких случаев мы не можем.
Такая проблема может быть вызвана помехами, исходящими от подключаемых устройств или кабелей, разъемов, коннекторов c интерфейсом USB 3.0. В частности, может иметь место отсутствие или недостаточное экранирование кабеля или коннектора подключаемого устройства, что может привести к помехам (интерференции) на частотах в диапазоне 2,4 ГГц (на этой частоте работают большинство беспроводных устройств).
Как сигналы Wi-Fi проходят сквозь стены?
Сигналы Wi-Fi проходят сквозь стены.
Сигналы Wi-Fi представляют собой тип электромагнитного излучения, очень похожего на видимый свет. Электромагнитные волны с длиной волны в диапазоне сигналов Wi-Fi проходят сквозь стены так же легко, как свет проходит через стеклянные окна.
Одной из самых распространенных проблем современного мира является отсутствие доступа к WiFi, особенно когда он вам нужен больше всего!
Однако, есть некоторые вещи в технологиях Wi-Fi, которые, если бы вы упомянули о них несколько десятилетий назад, заставили бы людей думать, что вы потеряли свои шарики. Например, само существование технологии, которая позволяет передавать потоковое видео и подключаться к остальному миру по беспроводной связи, поразило бы всех.
Кроме того, сигналы Wi-Fi достигают вашего устройства, даже если маршрутизатор Wi-Fi находится далеко от вас. Например, вы можете просматривать Интернет с помощью Wi-Fi, даже если маршрутизатор Wi-Fi находится в другой комнате с одной или несколькими стенами/дверями между вашим телефоном и маршрутизатором.
Разве не странно, что свет не может проходить сквозь стены, но сигналы Wi-Fi могут? Как это происходит?
Электромагнитное излучение и Wi-Fi
Взгляните на следующую картинку:
Обратите внимание, как видимый свет является такой маленькой частью электромагнитного спектра?
Как вы можете видеть на изображении выше, существует 6 основных типов электромагнитного излучения (7, если считать видимый свет отдельно).
Радиоволны являются одним из типов, и WiFi работает на этих радиоволнах.
Поэтому 5 ГГц используется для передачи больших объемов данных через WiFi сигналы между устройствами.
Как сигналы Wi-Fi проходят сквозь стены
Когда электромагнитная волна (в данном случае сигналы Wi-Fi) ударяется о поверхность, она может выполнять одно из следующих трех действий:
1 – проход насквозь (преломление)
2 – получить отражение (отражение)
3 – получить поглощение (поглощение)
Когда объект отражает определенную длину волны видимого света, цвет, связанный с этой длиной волны, становится цветом объекта. Яблоко красное, потому что, когда свет падает на его поверхность, длина волны света, которую оно отражает больше всего, связана с красным цветом.
Как вы думаете, почему яблоко не фиолетовое, розовое или голубое? Почему красный?
Теперь следующий логический вопрос: что заставляет объект поглощать, отражать или преломлять только определенную длину волны электромагнитного излучения?
Это полностью зависит от состава рассматриваемого объекта. Видите ли, все в этой вселенной состоит из крошечных строительных блоков, называемых атомами. Размер этих атомов и расстояние между ними (насколько близко или свободно они упакованы вместе внутри объекта) определяет, будет ли объект поглощать определенную длину волны электромагнитного излучения или пропускать его.
Возьмем, к примеру, видимый свет. Когда вы закрываете дверь своей спальни, свет снаружи не попадает в вашу спальню, не так ли? Почему не попадает?
Потому что видимый свет не может проникать сквозь твердые предметы, такие как стены или дверь вашей спальни. Однако, он может легко проходить сквозь некоторые другие твердые объекты, такие как стеклянные окна. Именно поэтому сигналы Wi-Fi могут проходить через стены и двери.
Обратите внимание на частотный диапазон WiFi.
Так же, как стеклянные окна прозрачны для видимого света, стены прозрачны для сигналов WiFi (другого вида электромагнитного излучения), потому что частота (или длина волны) излучения, связанного с сигналами WiFi, может проникать через твердые объекты, но только до определенной точки.
Если рассматриваемые стены слишком толстые, сигналы Wi-Fi не смогут проходить через них. Кроме того, когда сигналы Wi-Fi распространяются по воздуху, они ослабляются, что означает, что они теряют часть своей энергии.
Вот почему, если вы используете WiFi-роутер в комнате, окруженной толстыми бетонными стенами, вы не получите никакого сигнала WiFi за пределами комнаты. Точно так же у вас не будет хорошего приема Wi-Fi на вашем устройстве, если маршрутизатор находится на значительном расстоянии от вас (50-100 метров).
Проще говоря, стены так же прозрачны для сигналов Wi-Fi, как стеклянные окна для видимого света, поэтому сигналы Wi-Fi могут легко проходить через большинство стен и гарантировать, что вы всегда будете на связи!
Что такое WiFi? Подробно о свойствах WiFi сигнала
на картинке: графическое отображение WiFi волн в городе.
Сфера применения радиоволн зависит от частотного диапазона. Это может быть телевидение, радиосвязь, мобильная связь, радиорелейная связь и т. д. Вообще, радиочастотный эфир занят довольно плотно: использование всех диапазонов буквально расписано:
Связь частоты сигнала WiFi и длины волны
Характеристики длины волны сравнительно редко используются в параметрах оборудования WiFi. Однако иногда, для понимания физических свойств и поведения сигнала беспроводной связи в различных условиях неплохо разбираться в связи частоты и длины радиоволн.
Общее правило: Чем выше частота, тем короче длина волны. И наоборот.
Формула для расчета длины волны:
Длина волны WiFi сигнала (в метрах) = Скорость света (в м/сек) / Частота сигнала (в герцах).
Скорость света в м/сек = 300 000 000.
После упрощения формулы получаем: Длина волны в метрах = 300/ Частота в МГц.
Свойства WiFi сигнала
Поглощение.
То же самое происходит и в помещении, где сигнал от WiFi роутера или точки доступа проходит через стены в другие комнаты/на другие этажи. Каждая стена или перекрытие «отбирает» у сигнала некоторое количество эффективности.
На небольшом расстоянии, например, от комнатного роутера до ноута, у радиосигнала еще есть шансы, преодолев стену, все-таки добраться до цели. А вот на длинной дистанции в несколько километров любое такое ослабление существенно сказывается на качестве и дальности WiFi связи.
Процент ухудшения сигнала вай-фай при прохождении через препятствия зависит от нескольких факторов:
Дополнительные потери при прохождении (dB)
Процент эффективного расстояния*, %
Нетонированное окно (отсутствует металлизированное покрытие)
Окно с металлизированным покрытием (тонировкой)
Стена 15,2 см (межкомнатная)
Стена 30,5 см (несущая)
Бетонный пол или потолок
Цельное железобетонное перекрытие
* Процент эффективного расстояния — эта величина означает, какой процент от первоначально рассчитанной дальности (на открытой местности) сможет пройти сигнал после преодоления препятствия.
Именно поэтому во время дождя и других «влажных» атмосферных осадков наблюдается небольшое снижение качества беспроводного соединения, поскольку капли воды в атмосфере поглощают сигнал.
Частично этот фактор влияет и на затухание WiFi передачи в листве деревьев, т. к. они содержат большой процент воды.
Огибание препятствий.
По-научному это поведение луча WiFi называется дифракцией, хотя на самом деле понятие дифракции гораздо сложнее, чем простое «огибание препятствий».
Основывается это правило на известном физическом свойстве волны: если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает. В целом отсюда логично проистекает, что чем короче длина волны, тем меньшее остается вариантов препятствий, которые она может в принципе обойти, и поэтому принимается, что ее огибающая способность хуже.
Возьмем популярные частоты 2,4 ГГц (длина волны 12,5 см) и 5 ГГц (длина волны 6 см). Мы видим подтверждение правила на примере прохождения лесного массива. Стандартные размеры листьев, стволов, веток деревьев, в среднем будут меньше, чем 12,5 см, но больше, чем 6 см. Поэтому сигнал WiFi 5 ГГц диапазона при прохождении через густую листву “потеряется” практически полностью, в то время как 2,4 ГГц справится лучше.
Также именно поэтому для нормальной работы беспроводного оборудования, использующего частоту 24ГГц (длина волны 1,25 см) необходима абсолютно чистая видимость, потому что все препятствия больше сантиметра будут отражать и поглощать сигнал.
Как мы уже упоминали, в отношении прохождении сигнала через лесной массив играет роль также содержание воды в листьях, а также длина волны.
Естественное затухание.
Как далеко мог бы передаваться сигнал WiFi, если создать ему идеальные условия прямой видимости? В любом случае не бесконечно, потому что чем больше дальность беспроводного “пролета”, тем больше сигнал затухает сам по себе. Происходит это по 2 причинам:
Земная поверхность поглощает часть энергии сигнала. Чем выше частота WiFi, тем интенсивнее идет поглощение.
Сигнал WiFi даже из самой узконаправленной антенны распространяется не прямой линией, а лучом. Соответственно, чем дальше расстояние, тем шире становится луч, тем меньшая мощность сигнала приходится на единицу площади, и тем меньше энергии сигнала попадает в принимающую антенну.
Отражения сигнала.
Интерференция может иметь и положительное влияние, если волны WiFi накладываются друг на друга в одинаковых фазах. Это часто используется для усиления мощности сигнала.
Плотность данных.
Почему сложно дать однозначный ответ: на какое расстояние будет передавать сигнал WiFi оборудование?
Физические свойства и поведение радиоволны в окружающем мире довольно сложны. Нельзя взять какой-то один параметр и по нему рассчитать дальность беспроводного сигнала. В каждом конкретном случае на дальность будут оказывать влияние различные факторы окружающей среды:
Диапазоны и частоты WiFi
Как мы уже сказали, для WiFi связи выделено несколько разных частотных диапазонов: 900 МГц, 2,4 ГГц, 3,65 ГГц, 5 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц.
В Украине на данный момент чаще всего применяются точки доступа WiFi и антенны WiFi 2,4 ГГц и 5ГГц.
Основные отличия 2,4 ГГц и 5ГГц:
2,4 ГГц. Длина волны 12,5 см. Относится к дециметровым волнам ультравысокой частоты (УВЧ).
Диапазоны 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц для нас скорее экзотика, однако могут использоваться:
Для работы в условиях, когда стандартные диапазоны плотно заняты.
Если требуется создать беспроводное соединение между двумя точками при отсутствии прямой видимости (лес и другие препятствия). Это касается такой частоты, как 900 МГц (в нашей стране ее нужно использовать с осторожностью, так как на ней работают сотовые операторы).
Если для использования частоты не требуется получать лицензию в контролирующих органах. Такое преимущество часто встречается в презентациях зарубежных производителей, однако для Украины это не совсем актуально, так как условия лицензирования в нашей стране другие.
В IEEE ведутся разработки по принятию новых стандартов и, соответственно, использованию других частот для WiFi. Не исключено, к примеру, что в ближайшее время диапазон 60 ГГц также станет использоваться для беспроводной передачи. Точно также, как и возможна вероятность “отжатия” в будущем некоторых частот, сейчас принадлежащих WiFi, в пользу, например, сотовых операторов.
Как сигнал Wi-Fi проходит сквозь стены?
Сигналы Wi-Fi представляют собой тип электромагнитного излучения, очень похожего на видимый свет. Электромагнитные волны с длиной волны в диапазоне сигналов Wi-Fi проходят сквозь стены так же легко, как свет проходит через стеклянные окна.
Одна из самых распространенных проблем современного мира — это отсутствие Wi-Fi, особенно когда он вам нужен больше всего! Однако в технологиях Wi-Fi есть некоторые особенности, которые еще несколько десятилетий назад казались невозможными. Например, само существование технологии, которая позволяет транслировать видео и подключаться к остальному миру по беспроводной сети поразило бы всех.
Кроме того, сигналы Wi-Fi достигают вашего устройства, даже если маршрутизатор Wi-Fi находится далеко от вас. Например, вы можете выходить в Интернет с помощью Wi-Fi, даже если маршрутизатор Wi-Fi находится в другой комнате с одной или несколькими стенами и дверями между телефоном и маршрутизатором. Разве не странно, что свет не может проходить сквозь стены, а сигналы Wi-Fi — могут? Как это получилось?
Электромагнитное излучение и Wi-Fi
Мы постоянно сталкиваемся с электромагнитным излучением, окружающим нас повсюду. Видимый свет, Bluetooth, сигналы Wi-Fi, инфракрасный порт и многое другое. С технической точки зрения это форма энергии, которая движется со скоростью света и подразделяется на радиоволны, микроволны, ультрафиолетовые лучи и так далее, в зависимости от ее частоты (или длины волны).
Существует 6 основных типов электромагнитного излучения. Радиоволны являются одним из типов, и Wi-Fi работает на этих радиоволнах.
Wi-Fi использует радиоволны для установления беспроводной связи между двумя или более устройствами. Он использует два типа радиочастот в зависимости от объема передаваемых данных — 5 гигагерц и 2,4 гигагерца. Чем выше частота, тем больше данных отправляется в секунду. Таким образом, частота 5 ГГц используется для передачи больших объемов данных через сигналы Wi-Fi между устройствами.
Как сигналы Wi-Fi проходят сквозь стены
Когда электромагнитная волна (в данном случае сигналы Wi-Fi) ударяется о поверхность, она может выполнять одно из трех действий:
пройти насквозь (преломление)
отразиться (отражение)
впитаться (впитывание)
Когда объект отражает определенную длину волны видимого света, цвет, связанный с этой длиной волны, становится цветом объекта. Яблоко красное, потому что, когда свет падает на его поверхность, длина волны света, которую оно отражает больше всего связана с красным цветом. По этой причине мы видим небо в голубом цвете, а также не видим ультрафиолетовый свет.
Теперь следующий логичный вопрос: что заставляет объект поглощать, отражать или преломлять только определенную длину волны электромагнитного излучения?
Это полностью зависит от состава рассматриваемого объекта. Видите ли, все в этой вселенной состоит из крошечных строительных блоков, называемых атомами. Размер этих атомов и расстояние между ними (насколько близко или свободно они упакованы вместе внутри объекта) определяет, будет ли объект поглощать определенную длину волны электромагнитного излучения, или пропускать его.
Возьмем, к примеру, видимый свет. Когда вы закрываете дверь спальни, свет снаружи не проникает в вашу спальню, верно? Почему нет? Ну, потому что видимый свет не может проходить через твердые предметы, такие как стены или дверь вашей спальни. Однако он может легко проходить через некоторые другие твердые объекты, например, стеклянные окна. Именно поэтому WiFi волны могут проходить сквозь стены и двери.
Так же, как стеклянные окна прозрачны для видимого света, стены прозрачны для сигналов Wi-Fi (другого вида электромагнитного излучения), потому что частота (или длина волны) излучения, связанного с сигналами Wi-Fi, может проникать через твердые объекты, но только до определенного предела. Если стены слишком толстые, сигналы Wi-Fi не смогут проходить через них. Кроме того, когда сигналы Wi-Fi распространяются по воздуху, они ослабевают и теряют часть своей энергии.
Вот почему, используя WiFi-роутер в окруженной толстыми бетонными стенами комнате вы не получите никакого сигнала WiFi за пределами комнаты. Точно так же у вас не будет хорошего приема Wi-Fi на вашем устройстве, если маршрутизатор находится на значительном расстоянии от вас (около 100 метров).
Проще говоря, стены так же прозрачны для сигналов Wi-Fi, как стеклянные окна для видимого света, поэтому сигналы Wi-Fi могут легко проходить через большинство стен и гарантировать, что вы всегда будете на связи!
источник
