ITBlog

1. Czym jest Wi-Fi? Fundamenty i historia pasma ISM

Wi-Fi to po prostu radio: Od kabla do eteru

U podstaw, sieć WLAN (Wireless Local Area Network), potocznie zwana Wi-Fi, jest niczym innym jak zaawansowaną formą dwukierunkowej komunikacji radiowej. W tradycyjnej sieci przewodowej dane w postaci zer i jedynek podróżują jako impulsy elektryczne miedzianym kablem. W sieci Wi-Fi te same zera i jedynki są „tłumaczone” (modulowane) na fale radiowe o określonej częstotliwości i mocy, a następnie wysyłane w eter. Aby ta rewolucja była możliwa, potrzebne było miejsce w przestrzeni radiowej – specjalne „autostrady” dla fal, z których można korzystać bezpłatnie i bez konieczności ubiegania się o kosztowne licencje, tak jak robią to stacje radiowe czy operatorzy komórkowi.

Historia i znaczenie pasma ISM: Radiowy „dziki zachód”

W 1985 roku amerykańska Federalna Komisja Łączności (FCC) podjęła historyczną decyzję, otwierając tzw. pasma ISM (Industrial, Scientific, and Medical) do nielicencjonowanego użytku. Były to zakresy częstotliwości pierwotnie przeznaczone dla urządzeń przemysłowych (np. zgrzewarek), naukowych (akceleratorów cząstek) i medycznych (urządzeń diatermicznych), które w trakcie pracy generowały silne zakłócenia radiowe. Zamiast próbować je kosztownie ekranować, postanowiono pozwolić im „hałasować” w ściśle określonych, wydzielonych fragmentach eteru.

Ta decyzja, pozornie techniczna, okazała się rewolucyjna. Inżynierowie szybko zdali sobie sprawę, że te „śmietniki radiowe” można celowo wykorzystać do taniej komunikacji. To właśnie na tym fundamencie narodziły się technologie, które zdefiniowały naszą codzienność: Bluetooth, piloty do bram garażowych, a przede wszystkim – Wi-Fi. Pierwszy standard, IEEE 802.11, pojawił się w 1997 roku, oferując prędkość 2 Mb/s. Prawdziwy przełom nastąpił w 1999 roku wraz ze standardami 802.11b (działającym w paśmie 2.4 GHz) i 802.11a (w czystszym paśmie 5 GHz), które stały się komercyjnym początkiem ery bezprzewodowego internetu.

2. Anatomia sygnału Wi-Fi: Pasma, kanały i szerokość

Trzy autostrady dla danych: Pasma 2.4, 5 i 6 GHz

Wyobraźmy sobie pasma częstotliwości jako autostrady o różnej liczbie pasów i różnym natężeniu ruchu. Każda z nich ma swoje unikalne cechy, wady i zalety.

• Pasmo 2.4 GHz (ok. 2400-2483.5 MHz): To stara, wąska i niezwykle zatłoczona droga krajowa. Jej największą zaletą jest świetny zasięg i zdolność do przenikania przez przeszkody (ściany, stropy), ponieważ fale o niższej częstotliwości łatwiej omijają i penetrują obiekty. Niestety, jest to jej jedyna zaleta. Pasmo to jest niezwykle podatne na zakłócenia, ponieważ dzieli je z niezliczoną ilością innych urządzeń: Bluetooth, kuchenkami mikrofalowymi, telefonami bezprzewodowymi, a przede wszystkim – z sieciami Wi-Fi wszystkich sąsiadów. Oferuje bardzo mało „przestrzeni”, co prowadzi do niskich prędkości i niestabilności.
• Pasmo 5 GHz (ok. 5150-5850 MHz): To nowoczesna, wielopasmowa autostrada. Oferuje znacznie więcej przestrzeni (kanałów) i pozwala na osiąganie wielokrotnie wyższych prędkości. Jest znacznie mniej zatłoczone, co czyni je standardem dla większości dzisiejszych zastosowań, od streamingu wideo w 4K po gry online. Jego wadą jest mniejszy zasięg i słabsza penetracja przeszkód – fale o wyższej częstotliwości są łatwiej tłumione przez ściany.
• Pasmo 6 GHz (ok. 5925-7125 MHz, dostępne w Wi-Fi 6E i nowszych): To zupełnie nowa, superszybka autostrada zarezerwowana wyłącznie dla najnowszych i najszybszych „pojazdów”. Oferuje gigantyczną, ciągłą przestrzeń 1200 MHz, co pozwala na korzystanie z bardzo szerokich kanałów bez obaw o zakłócenia. Co najważniejsze, jest wolna od „starych gratów” – starsze urządzenia Wi-Fi po prostu nie widzą tego pasma, więc nie generują w nim żadnego ruchu. To idealne środowisko dla zastosowań wymagających ekstremalnej przepustowości i minimalnych opóźnień.

Pasy ruchu, czyli kanały i ich szerokość

Każda z tych „autostrad” (pasm) jest podzielona na „pasy ruchu”, czyli kanały. Kanał to po prostu węższy, zdefiniowany zakres częstotliwości, na którym odbywa się transmisja. Każdy kanał ma swój numer (np. kanał 6) i przypisaną częstotliwość środkową (dla kanału 6 to 2437 MHz). Kluczowym parametrem, który bezpośrednio wpływa na wydajność, jest szerokość kanału, mierzona w megahercach (MHz).

Można to porównać do szerokości pasa ruchu na autostradzie. Im szerszy pas (np. 40, 80, 160 MHz), tym więcej „samochodów” (danych) może przejechać obok siebie w tym samym czasie, co przekłada się na wyższą prędkość. Jednak szerszy pas jest też bardziej podatny na zakłócenia (jak dziura na drodze, która blokuje dwa pasy zamiast jednego) i trudniej znaleźć dla niego wolne miejsce na autostradzie, nie najeżdżając na sąsiadów.

Szerokość kanału a prędkość (analogia):
+------------------+------------------------------------------------+
| Szerokość Kanału | Analogia                                       |
+------------------+------------------------------------------------+
| 20 MHz           | Jednopasmowa droga, wolno, ale stabilnie       |
| 40 MHz           | Dwupasmowa droga ekspresowa, znacznie szybciej |
| 80 MHz           | Czteropasmowa autostrada, bardzo szybko        |
| 160/320 MHz      | Pas startowy lotniska, ekstremalna prędkość    |
+------------------+------------------------------------------------+

Problem nakładania się kanałów w paśmie 2.4 GHz

Największym problemem technicznym pasma 2.4 GHz jest to, że kanały zostały zdefiniowane bardzo niefortunnie. Odstęp między częstotliwościami środkowymi sąsiednich kanałów wynosi tylko 5 MHz, podczas gdy standardowa transmisja Wi-Fi zajmuje pasmo o szerokości 20-22 MHz. W rezultacie, kanały nachodzą na siebie, powodując ogromne zakłócenia (interferencje współkanałowe i sąsiedniokanałowe). Wyobraźmy sobie, że próbujemy jechać pasem nr 3, podczas gdy ciężarówki z pasów 2 i 4 najeżdżają na naszą linię, powodując ciągłe spowolnienia i ryzyko kolizji.

W Europie mamy dostępne kanały od 1 do 13. Jednak jedynymi kanałami, które nie nakładają się na siebie, są kanały 1, 6 i 11. Dlatego absolutnie kluczową zasadą przy projektowaniu sieci 2.4 GHz jest używanie wyłącznie tych trzech kanałów. Użycie jakiegokolwiek innego kanału (np. 3, 4, 8) gwarantuje, że będziemy zakłócać inne sieci i sami będziemy zakłócani.

Nakładanie się kanałów w paśmie 2.4 GHz:

Kanał 1:   |--------------------|
Kanał 2:     |--------------------|  <-- Zakłóca kanał 1
Kanał 3:       |--------------------|  <-- Zakłóca kanał 1, 2, 4, 5
...
Kanał 6:                  |--------------------|  <-- Nie zakłóca kanału 1
...
Kanał 11:                                |--------------------|  <-- Nie zakłóca kanału 6

# Ustawienie interfejsu wlan1 na pasmo 2.4GHz, szerokość 20MHz i konkretną częstotliwość
[admin@MikroTik] > /interface wireless set wlan1 band=2ghz-b/g/n channel-width=20 frequency=2437 disabled=no

AP# configure terminal
! Wejście w tryb konfiguracji interfejsu radiowego 2.4GHz
AP(config)# interface Dot11Radio0
! Ustawienie kanału. W Cisco IOS można użyć numeru kanału lub częstotliwości.
AP(config-if)# channel 6
! Upewnienie się, że szerokość kanału to 20 MHz.
AP(config-if)# channel width 20
AP(config-if)# no shutdown

3. Ewolucja prędkości: Przegląd standardów IEEE 802.11

Ewolucja standardów Wi-Fi to fascynująca opowieść o inżynierskiej pomysłowości w walce o wyższą prędkość, większą wydajność i inteligentniejsze zarządzanie zakłóceniami. Poniższa tabela przedstawia kluczowe kamienie milowe w tej podróży.

Rewolucja Wi-Fi 6: OFDMA – koniec z marnotrawstwem

Najważniejszą innowacją standardu Wi-Fi 6 (802.11ax) jest OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Aby to zrozumieć, wyobraźmy sobie, że starsze standardy Wi-Fi działały jak firma kurierska, która do każdej, nawet najmniejszej paczki (np. pojedynczej wiadomości na czacie), musiała wysyłać osobną, dużą ciężarówkę. Było to skrajnie nieefektywne i powodowało korki. OFDMA pozwala „kurierowi” (punktowi dostępowemu) na inteligentne zapakowanie wielu małych paczek, adresowanych do różnych odbiorców (różnych smartfonów i laptopów), na jedną ciężarówkę i wysłanie ich wszystkich naraz, w ramach jednej transmisji. Ta zmiana fundamentalnie poprawia wydajność i zmniejsza opóźnienia w gęstych środowiskach, takich jak biura, uczelnie czy stadiony, gdzie wiele urządzeń wysyła małe porcje danych w tym samym czasie.

4. Podsumowanie i dobre praktyki dla początkujących

Zrozumienie podstaw działania fal radiowych jest kluczem do budowy stabilnych i wydajnych sieci bezprzewodowych. Nawet bez zaawansowanej wiedzy, można znacząco poprawić jakość swojego Wi-Fi, stosując się do kilku uniwersalnych zasad:

• Unikaj pasma 2.4 GHz, jeśli to możliwe: W ustawieniach routera często można stworzyć dwie osobne sieci (SSID), np. „MojaSiec_2.4GHz” i „MojaSiec_5GHz”. Wszystkie nowoczesne urządzenia (laptopy, smartfony, telewizory) podłączaj zawsze do sieci 5 GHz. Pasmo 2.4 GHz rezerwuj tylko dla starszych urządzeń lub prostych gadżetów IoT (inteligentne żarówki, gniazdka), które nie potrzebują dużej prędkości.
• Planuj kanały (jeśli musisz używać 2.4 GHz): Jeśli mieszkasz w bloku, użyj dowolnej aplikacji na smartfona typu „Wi-Fi Analyzer”. Sprawdź, których kanałów (1, 6 czy 11) najmniej używają Twoi sąsiedzi i ręcznie ustaw swój router na ten najmniej zatłoczony. Unikaj trybu „Auto”, który nie zawsze podejmuje optymalne decyzje.
• Dostosuj szerokość kanału do środowiska: W domu, z dala od sąsiadów, możesz eksperymentować z szerokością 80 MHz w paśmie 5 GHz dla maksymalnej prędkości. W gęstym biurze lub zatłoczonym apartamentowcu, ręczne zmniejszenie szerokości kanału do 40 MHz lub nawet 20 MHz często skutkuje znacznie stabilniejszym połączeniem, mimo niższej teoretycznej prędkości.
• Lokalizacja routera ma znaczenie: Nie chowaj routera w szafie, za telewizorem czy w rogu mieszkania. Ustaw go w centralnym punkcie, na otwartej przestrzeni, z dala od grubych ścian i metalowych obiektów. Fale radiowe, tak jak dźwięk, najlepiej rozchodzą się bez przeszkód.