¿Entonces Wi-Fi funciona en la banda de 2.4 GHz, sí (y las nuevas de 5 GHz)? Lo que significa que cada segundo, una antena Wi-Fi emite 2.4 billones de pulsos de onda cuadrada, ¿verdad?
Me preguntaba, ¿por qué no puede transmitir datos en cada pulso y poder enviar datos a 2.4 Gbit / s? Incluso si el 50% de eso fuera codificación de datos, entonces sería de 1.2 Gbit / s.
¿O tengo el concepto de cómo funciona mal el Wi-Fi ...?
Estás confundiendo band con bandwidth .
Por lo tanto, una señal típica de 802.11b puede operar en una portadora de 2.4GHz - la banda - solo ocupará 22MHz del espectro - el ancho de banda.
Es el ancho de banda lo que determina el rendimiento del enlace, no la banda. La banda es mejor considerada como un carril de tráfico. Varias personas pueden estar transfiriendo datos al mismo tiempo, pero en diferentes carriles.
Algunos carriles son más grandes y pueden transportar más datos. Algunos son más pequeños. Las comunicaciones de voz son generalmente de 12kHz o menos. Los nuevos estándares de wifi permiten un ancho de banda de hasta 160MHz de ancho.
Tenga en cuenta que si bien el ancho de banda y los bits enviados están intrínsecamente vinculados, también existe una conversión relacionada con la eficiencia. Los protocolos más eficientes pueden transmitir más de diez bits por Hz de ancho de banda. Wifi a / g tiene una eficiencia de 2.7 bits por segundo por hertz, por lo que puede transmitir hasta 54Mbps a través de su ancho de banda de 20MHz. Los nuevos estándares de wifi superan los 5 bps por Hz.
Esto significa que si desea 2 Gbits por segundo, en realidad no necesita un ancho de banda de 2 GHz, solo necesita una alta eficiencia espectral, y hoy en día se usa la tecnología MIMO además de una modulación muy eficiente. Por ejemplo, ahora puede comprar un enrutador wifi 802.11ac que proporciona un rendimiento total de hasta 3.2Gbps (Netgear Nighthawk X6 AC3200).
El ancho de banda de la señal Wifi no es nada como 2.4GHz, es 20 o 40MHZ.
Lo que está sugiriendo (banda base de 2.4GHz) usaría todo el espectro EM a 2.4GHz para un solo canal de comunicación.
Como puede ver en esto , ya está bastante bien utilizado para otros cosas:
Esencialmente, la portadora de 2.4GHz se tambaleó un poco para enviar datos y eso permite que muchos canales se transmitan simultáneamente mientras aún deja mucho espectro para otras aplicaciones tales como controles remotos de llavero, radio AM / FM, transpondedores en barcos y aviones, y así sucesivamente.
Para que la señal de Wi-Fi de 2,4 GHz evite el pisoteo de las señales de los teléfonos móviles de 900/1800 MHz, las señales de FM de 100 MHz y toda una amplia gama de otras señales, existe un límite estricto sobre cómo Gran parte de la señal puede diferir de una onda sinusoidal de 2.4 GHz . Esa es una forma laica de entender el "ancho de banda".
El punto de tener un transmisor a 2412 MHz y otro a 2484 MHz, por ejemplo, es que un receptor puede filtrar todas las señales, pero el que está interesado. Para ello, suprima todas las señales. las frecuencias fuera de la banda que le interesa.
Ahora, si toma cualquier señal y filtra todo lo que está por encima de 2422 MHz y todo lo que está por debajo de 2402 MHz, queda algo que no puede desviarse demasiado de una onda sinusoidal de 2412 MHz. Así es como funciona el filtrado de frecuencia.
He ampliado esta respuesta, agregando algunas imágenes, en esta respuesta .
La frecuencia de la portadora utilizada por Wi-Fi es de 2,4 GHz, pero el ancho del canal es mucho menor. Wi-Fi puede usar canales de 20 MHz o 40 MHz de ancho y varios esquemas de modulación dentro de estos canales.
Una onda sinusoidal sin modular a 2.4 GHz consumiría ancho de banda cero, pero también transmitiría información cero. La modulación de la onda portadora en amplitud y frecuencia permite la transmisión de datos. Cuanto más rápido se module la onda portadora, más ancho de banda consumirá. Si modula AM una onda sinusoidal de 2,4 GHz con una señal de 10 MHz, el resultado consumirá 20 MHz de ancho de banda con frecuencias que van desde 2,39 GHz a 2,41 GHz (suma y diferencia de 10 MHz y 2,4 GHz).
Ahora, Wi-Fi no usa modulación AM; 802.11n en realidad admite una amplia gama de formatos de modulación diferentes. La elección del formato de modulación depende de la calidad del canal, por ejemplo, La relación señal / ruido. Los formatos de modulación incluyen BPSK, QPSK y QAM. BPSK y QPSK son codificación de cambio de fase en cuadrante y binario. QAM es la modulación de amplitud en cuadratura. BPSK y QPSK funcionan cambiando la fase de la onda portadora de 2.4 GHz. La velocidad a la que el transmisor puede cambiar la fase de la portadora está limitada por el ancho de banda del canal. La diferencia entre BPSK y QPSK es la granularidad: BPSK tiene dos cambios de fase diferentes, QPSK tiene cuatro. Estos diferentes cambios de fase se denominan "símbolos" y el ancho de banda del canal limita la cantidad de símbolos que se pueden transmitir por segundo, pero no la complejidad de los símbolos. Si la relación señal a ruido es buena (mucha señal, poco ruido), QPSK tendrá un mejor desempeño que BPSK porque mueve más bits a la misma velocidad de símbolos. Sin embargo, si la SNR es mala, entonces BPSK es una mejor opción porque es menos probable que el ruido incluido con la señal haga que el receptor cometa un error. Es más difícil para el receptor determinar con qué cambio de fase se transmitió un símbolo en particular cuando hay 4 cambios de fase posibles que cuando solo hay 2.
QAM extiende QPSK agregando modulación de amplitud. El resultado es un grado adicional de libertad: ahora la señal transmitida puede utilizar un rango de cambios de fase y cambios de amplitud. Sin embargo, más grados de libertad significa que se puede tolerar menos ruido. Si la SNR es muy buena, 802.11n puede usar 16-QAM y 64-QAM. 16-QAM tiene 16 combinaciones diferentes de amplitud y fase, mientras que 64-QAM tiene 64. Cada combinación de cambio de fase / amplitud se llama un símbolo. En BPSK, se transmite un bit por símbolo. En QPSK, se transmiten 2 bits por símbolo. 16-QAM permite transmitir 4 bits por símbolo, mientras que 64-QAM permite 6 bits. La velocidad a la que se pueden transmitir los símbolos está determinada por el ancho de banda del canal; Creo que 802.11n puede transmitir 13 o 14.4 millones de símbolos por segundo. Con un ancho de banda de 20 MHz y 64-QAM, 802.11n puede transferir 72 Mbit / seg.
Cuando agrega MIMO encima de eso para múltiples transmisiones paralelas y aumenta el ancho del canal a 40 MHz, entonces la velocidad general puede aumentar a 600 Mbit / seg.
Si desea aumentar la velocidad de datos, puede aumentar el ancho de banda del canal o la SNR. La FCC y la especificación limitan el ancho de banda y la potencia de transmisión. Es posible usar antenas direccionales para mejorar la intensidad de la señal de recepción, pero no es posible reducir el nivel de ruido. Si puedes descubrir cómo hacerlo, podrías ganar muchísimo dinero.
En primer lugar, no puedes simplemente tomar una señal y recibirla haciendo un montón de ondas cuadradas en el aire. Utiliza una onda portadora (que opera a una cierta frecuencia) para modular los datos con. La idea es que luego puede demodular los datos utilizando un receptor que genera una onda en la misma frecuencia. La modulación reduce la cantidad de datos que pueden parecer evidentes por la frecuencia de onda de la portadora en bruto, pero sin una onda portadora de algún tipo, no puede recuperar los datos ya que no podrá distinguir los datos del ruido aleatorio. Cabe señalar que el ancho de banda de esta señal portadora es lo que define la velocidad real. El ancho de banda es la medida en que las técnicas de modulación varían la frecuencia real con respecto a la frecuencia de portadora pura. Sin embargo, incluso suponiendo una relación perfecta de 1: 1 (que no es cierta como se explicó anteriormente), debe considerar la sobrecarga del protocolo inalámbrico de bajo nivel, lo que reduce la velocidad útil. En segundo lugar, tiene la sobrecarga del protocolo de nivel superior (generalmente TCP / IP stack), que a su vez tiene una sobrecarga, lo que reduce la velocidad útil ... Luego tiene posibles retransmisiones de datos que se corrompieron en la transmisión (de nuevo, generalmente se maneja por los protocolos de nivel superior), lo que reduce aún más el ancho de banda de sus datos. Existen estas y muchas otras razones por las cuales, incluso dado un ancho de banda de datos teóricos reales, el ancho de banda de datos real puede ser menor.
Este es un tema muy complicado de hecho. Sin embargo, para darle una respuesta simple, es porque la FCC tiene reglas que rigen el ancho de banda y la potencia del transmisor que se pueden usar para las comunicaciones wifi. Esto se debe a que hay muchas otras personas que intentan utilizar el espectro EM para varios tipos de comunicaciones inalámbricas (por ejemplo, teléfonos celulares, wifi, bluetooth, radio am / fm, televisión, etc.). De hecho, la frecuencia de la portadora (2.4GHz) tiene muy poco que ver con el ancho de banda de las comunicaciones (o la velocidad de datos que se puede lograr, en este caso).
Como se mencionó anteriormente, estás confundiendo la banda y el ancho de banda; sin embargo, ninguna de las respuestas proporciona una explicación intuitiva.
La explicación intuitiva se podría hacer con los altavoces configurados. Tiene un pitido alto y un pitido bajo que indica 1 y 0. Usted transporta los datos alternando los pitidos altos y bajos. La frecuencia de los tonos en sí misma tiene poco (ver más abajo) que ver con la rapidez con la que haces la alternancia entre pitidos altos y bajos.
Las ondas wifi son muy parecidas a las ondas sonoras. Son ondas portadoras : toman su señal de onda de bloque y la convierten en ondas de alta y baja frecuencia. La única diferencia es que las ondas de alta y baja frecuencia están muy juntas y se centran alrededor de 2.4GHz.
Ahora, para la parte donde desea el límite superior. Tomando nuestro sistema de 'pitidos': por supuesto, no puede cambiar la frecuencia del tono ( banda ) de sus pitidos diez veces durante una sola onda de sonido. Por lo tanto, hay un límite más bajo cuando la frecuencia de la frecuencia de los cambios se vuelve audible como pitidos distintos, y cuando es solo un pitido extraño distorsionado. La velocidad a la que puede cambiar la frecuencia se denomina ancho de banda ; cuanto más bajo sea el ancho de banda, mejores sonarán los pitidos como distintivos (por lo tanto, la velocidad de enlace menor cuando la recepción es mala).
El teorema de capacidad de Shannon dice que si se da la SNR recibida en ancho de banda W en ruido normal aditivo, el canal tiene $$ C = Wlog_ {2} (1 + SNR) $$ capacidad en unidades de bits / seg. Aquí, la capacidad significa que si la velocidad de información deseada sobre el W dado es menor que C, entonces habrá un código de corrección de errores de complejidad suficiente con el que se puede lograr una transferencia de información de probabilidad de error efectivamente cero en la SNR dada. Esto no tiene nada que ver con la frecuencia de la portadora y solo indirectamente está relacionado con las regulaciones de la FCC. La FCC determina cuánta potencia se puede transmitir a través del ancho de banda, los diseñadores deciden sobre la complejidad y la tecnología del sistema de transmisión y usted el usuario finaliza con la tasa de información máxima, ya que la SNR dependerá de la distancia deseada, la potencia y el ancho de banda. FCC permite. Sobre la PSTN donde el sistema es más bien estático, hay un formato de modulación que usa 1024 formas de onda en un ancho de banda nominal de 4 kHz, lo que resulta en una tasa de información teórica de 40 kbit / s. Si uno pudiera lograr esa complejidad a través de un canal móvil, podría tener ~ 10x20 = 200 Mbit / seg a una SNR suficientemente alta, ¡el énfasis está en la suficientemente alta! Cuanto más alta es la frecuencia de la portadora, más altas son las pérdidas de propagación, pero más fácil es hacer que los circuitos de RF funcionen a una velocidad suficientemente alta pero a priori dado el ancho de banda.
Aunque existen variaciones en la forma exacta en que se implementan las cosas, las comunicaciones de radio generalmente implican tomar una señal de baja frecuencia que contiene información para ser transmitida, y usar una técnica llamada modulación a un rango más alto de frecuencias. Tal vez sea más fácil pensar en términos de una "caja negra" que, dadas dos señales que contienen varias combinaciones de frecuencias, lo será, para cada combinación de señales presente en el original, las frecuencias de suma y diferencia, en proporción al producto del Fortalezas de las señales en el original. Si se alimenta una señal de audio que contiene frecuencias en el rango de 0-10 KHz junto con una onda sinusoidal de 720,000Hz [la portadora utilizada por WGN-720 Chicago], uno recibirá de la caja una señal que contiene solo frecuencias en el rango de 710,000Hz para 730,000Hz. Si un receptor alimenta esa señal en una caja similar, junto con su propia onda sinusoidal de 720,000Hz, recibirá de esa caja señales en el rango de 0-10 KHz, junto con señales en el rango de 1,430,000Hz a 1,450,000Hz. Las señales en el 0-10Khz coincidirán con los originales; aquellos en el rango de 1,430,000Hz a 1,450,000Hz pueden ser ignorados.
Si además de WGN, otra estación está transmitiendo (por ejemplo, WBBM-780), entonces las señales en el rango de 770,000Hz a 790,000Hz transmitidas por este último serán convertidas por el receptor en señales en el rango de 50,000Hz a 70,000 Hz (así como 1,490,000Hz a 1,510,000Hz). Dado que el receptor de radio está diseñado bajo el supuesto de que ningún audio de interés involucrará frecuencias por encima de los 10,000Hz, puede ignorar todas las frecuencias más altas.
Aunque los datos de WiFi se convierten a frecuencias cercanas a 2.4GHz antes de la transmisión, las frecuencias "reales" de interés son mucho más bajas. Para evitar que las transmisiones WiFi interfieran con otras transmisiones, las transmisiones WiFi deben mantenerse lo suficientemente alejadas de las frecuencias utilizadas por esas otras transmisiones que cualquier contenido de frecuencia no deseado que puedan recibir sería lo suficientemente diferente de lo que están buscando. Lo rechazaré.
Tenga en cuenta que el enfoque de la "caja negra" del mezclador para el diseño de radio es un poco simplificado; Si bien teóricamente sería posible que un receptor de radio use un circuito de combinación de frecuencia en una señal no filtrada y luego el filtro de paso bajo en la salida, generalmente es necesario usar múltiples etapas de filtrado y amplificación. Además, por diversas razones, a menudo es más fácil para los receptores de radio mezclar una señal entrante no con la frecuencia real de interés de la portadora, sino más bien con una frecuencia ajustable que es mayor o menor en cierta cantidad (el término "* hetero * dyne" se refiere a el uso de frecuencia "diferente"), filtre la señal resultante y luego convierta esa señal filtrada a la frecuencia final deseada. Aún así, el punto clave es que lo único que distinguiría una señal de audio de 1KHz transmitida por WGN (en frecuencias de 719,000Hz y 721,000Hz) de los de 59KHz y 61Khz transmitidos por WBBM-780 es el hecho de que las estaciones de radio no están se espera que transmita contenido de audio a más de 10Khz, y por lo tanto, los receptores ignorarán cualquier cosa que esté a más de 10Khz de distancia.
La respuesta simple es que se puede hacer. Puede "modular cualquier operador" con cualquier señal que desee.
Suponiendo que uno tiene permiso para hacerlo, la pregunta es: ¿qué tan útil sería? Para responder a esta pregunta, debemos entender qué sucede cuando uno modula un operador. Tomemos un operador que opera a 1 MHz (1,000 KHz) y lo modulamos con una señal que varía de 0 a 100 KHz. La "mezcla" de las señales genera señales en el rango de 900 a 1.100 KHz. De manera similar, si usamos de 0 a 1,000 KHz, el rango de las señales generadas ahora se convierte de 0 a 2,000 KHz. Si ahora aplicamos estas señales a una antena, estaríamos transmitiendo señales en el rango de 0 a 2,000 KHz. Si dos o más personas "cercanas" hicieran lo mismo, las señales interferirían entre sí y los receptores no serían capaces de detectar ninguna información. Si limitamos la potencia a la antena, dos o más personas podrían "operar" con poca interferencia, si están suficientemente separados.
Aunque teóricamente, un transmisor podría operar utilizando todo el espectro EM, no es práctico, porque otras personas también quieren usarlo, y al igual que en otras situaciones donde un recurso es limitado y la demanda excede la oferta, el recurso debe ser "cortado", compartido, limitado y controlado.