2.4Gbit / s에서 Wi-Fi를 실행할 수없는 이유는 무엇입니까?

그렇다면 Wi-Fi는 2.4GHz 대역에서 작동합니다 (예 : 새로운 5GHz)? Wi-Fi 안테나가 1 초마다 24 억 개의 구형파 펄스를 출력한다는 것을 의미합니까?

그래서 왜 모든 펄스에서 데이터를 전송할 수없고 2.4 Gbit / s로 데이터를 전송할 수 없는지 궁금합니다. 이 중 50 %가 데이터 인코딩이더라도 여전히 1.2Gbit / s입니다.

아니면 Wi-Fi가 어떻게 잘못 작동하는지에 대한 개념을 알고 있습니까?

band와 혼동 하고 bandwidth있습니다.

• 대역-반송파 주파수.
• 대역폭-일반적으로 반송파 주변의 신호 폭입니다.

따라서 일반적인 802.11b 신호는 2.4GHz 반송파 (대역)에서 작동 할 수 있습니다. 대역의 22MHz (대역폭) 만 차지합니다.

대역이 아닌 링크 처리량을 결정하는 것은 대역폭입니다. 밴드는 교통 차선으로 가장 잘 생각됩니다. 여러 사람이 동시에 데이터를 전송하지만 다른 차선에있을 수 있습니다.

일부 차선은 더 크며 더 많은 데이터를 전달할 수 있습니다. 일부는 더 작습니다. 음성 통신은 일반적으로 약 12kHz 이하입니다. 최신 Wi-Fi 표준은 최대 160MHz의 대역폭을 허용합니다.

전송 된 대역폭과 비트는 본질적으로 연결되어 있지만 효율성과 관련이있는 변환도 있습니다. 가장 효율적인 프로토콜은 Hz의 대역폭 당 10 비트 이상을 전송할 수 있습니다. Wi-Fi a / g는 초당 2.7 비트의 효율을 가지므로 20MHz 대역폭을 통해 최대 54Mbps를 전송할 수 있습니다. 최신 WiFi 표준은 Hz 당 5bps를 초과합니다.

즉, 초당 2Gbit를 원한다면 실제로 2GHz 대역폭이 필요하지 않고 높은 스펙트럼 효율이 필요하며 오늘날에는 매우 효율적인 변조 이외에 MIMO 기술을 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어 이제 최대 3.2Gbps의 총 처리량 (Netgear Nighthawk X6 AC3200)을 제공하는 802.11ac wifi 라우터를 구입할 수 있습니다.

Wifi 신호의 대역폭은 2.4GHz-it의 20 또는 40MHZ와 다릅니다.

당신이 제안하는 것 (기저 대역 2.4GHz)은 단일 통신 채널에 대해 전체 EM 스펙트럼을 2.4GHz까지 사용합니다.

당신 이 이것 에서 볼 수 있듯이 , 그것은 이미 다양한 다른 것들에 꽤 잘 사용되었습니다 :

기본적으로 2.4GHz 캐리어는 데이터를 전송하기 위해 약간 흔들려서 많은 채널을 동시에 전송하는 동시에 주요 리모컨, AM / FM 라디오, 선박 및 항공기의 트랜스 폰더, 곧.

2.4GHz Wi-Fi 신호가 900 / 1800MHz 휴대 전화 신호, 100MHz FM 신호 및 기타 광범위한 다른 신호에서 짓밟히는 것을 방지하기 위해 신호가 허용되는 양에 대한 제한이 있습니다. 2.4GHz 사인파와 다릅니다 . 이것이 "대역폭"을 이해하는 평신도입니다.

예를 들어, 하나의 송신기를 2412MHz에서, 다른 송신기를 2484MHz에서 갖는 점은 수신기가 모든 신호를 제외하고 원하는 신호를 필터링 할 수 있다는 것입니다. 관심있는 대역 외부의 모든 주파수를 억제하여이를 수행합니다. .

이제 신호를 취하고 2422MHz 이상, 2402MHz 이하의 모든 것을 걸러 내면 2412MHz 사인파에서 그 정도를 벗어날 수없는 무언가가 남게됩니다. 바로 주파수 필터링이 작동하는 방식입니다.

나는 다소에 몇 이미지를 추가,이 대답에 확장 한 이 대답 .

Wi-Fi에서 사용하는 반송파 주파수는 2.4GHz이지만 채널 너비는 이보다 훨씬 작습니다. Wi-Fi는이 채널 내에서 20MHz 또는 40MHz 와이드 채널과 다양한 변조 방식을 사용할 수 있습니다.

2.4GHz에서 변조되지 않은 사인파는 대역폭을 0으로 사용하지만 정보를 0으로 전송합니다. 진폭 및 주파수에서 반송파를 변조하면 데이터를 전송할 수 있습니다. 반송파가 빠르게 변조 될수록 더 많은 대역폭이 소비됩니다. AM을 10MHz 신호로 2.4GHz 사인파를 변조하면 결과는 2.39GHz ~ 2.41GHz 범위의 주파수 (합계 및 10MHz와 2.4GHz의 차이)로 20MHz의 대역폭을 소비합니다.

이제 Wi-Fi는 AM 변조를 사용하지 않습니다. 802.11n은 실제로 다양한 변조 형식을 광범위하게 지원합니다. 변조 형식의 선택은 채널의 품질 (예 : 신호 대 잡음비)에 따라 다릅니다. 변조 형식에는 BPSK, QPSK 및 QAM이 포함됩니다. BPSK 및 QPSK는 이진 및 직교 위상 편이 방식입니다. QAM은 직교 진폭 변조입니다. BPSK 및 QPSK는 2.4GHz 반송파의 위상을 이동시켜 작동합니다. 송신기가 반송파 위상을 변경할 수있는 속도는 채널 대역폭에 의해 제한됩니다. BPSK와 QPSK의 차이점은 세분성입니다. BPSK에는 두 가지 위상 편이가 있고 QPSK에는 4 가지가 있습니다. 이러한 서로 다른 위상 편이를 '기호'라고하며 채널 대역폭은 초당 전송 될 수있는 심볼 수를 제한하지만 심볼의 복잡성은 제한하지 않습니다. 신호 대 잡음비가 양호하면 (많은 신호, 적은 노이즈) QPSK는 동일한 심볼 속도로 더 많은 비트를 이동하기 때문에 BPSK보다 성능이 우수합니다. 그러나 SNR이 나쁜 경우 신호에 포함 된 노이즈로 인해 수신기가 실수를 일으킬 가능성이 적으므로 BPSK가 더 나은 선택입니다. 수신기가 2 개만있을 때보 다 4 개의 가능한 위상 편이가있을 때 특정 심볼이 전송 된 위상 편이를 파악하기가 더 어렵다.

QAM은 진폭 변조를 추가하여 QPSK를 확장합니다. 결과적으로 전체 자유도가 높아집니다. 이제 전송 된 신호는 다양한 위상 편이 및 진폭 변화를 사용할 수 있습니다. 그러나 더 많은 자유도는 더 적은 소음을 견딜 수 있음을 의미합니다. SNR이 매우 좋으면 802.11n은 16-QAM 및 64-QAM을 사용할 수 있습니다. 16-QAM은 16 개의 서로 다른 진폭 및 위상 조합을 가지고 있고 64-QAM은 64를 갖습니다. 각 위상 편이 / 진폭 조합을 심볼이라고합니다. BPSK에서, 심볼 당 하나의 비트가 전송된다. QPSK에서, 심볼 당 2 비트가 전송된다. 16-QAM은 심볼 당 4 비트를 전송하는 반면 64QAM은 6 비트를 허용합니다. 심볼이 전송 될 수있는 속도는 채널 대역폭에 의해 결정된다; 802.11n은 초당 1,430 만 개의 심볼을 전송할 수 있다고 생각합니다. 802.11n은 20MHz 광대역 및 64QAM을 사용하여 초당 72Mbit를 전송할 수 있습니다.

여러 병렬 스트림에 MIMO를 추가하고 채널 너비를 40MHz로 늘리면 전체 속도가 600Mbit / sec로 증가 할 수 있습니다.

데이터 속도를 높이려면 채널 대역폭 또는 SNR을 늘리십시오. FCC와 사양은 대역폭과 전송 전력을 제한합니다. 방향성 안테나를 사용하여 수신 신호 강도를 향상시킬 수는 있지만 노이즈 플로어를 낮추는 것은 불가능합니다. 방법을 알아낼 수 있다면 많은 돈을 벌 수 있습니다.

첫째, 당신은 단지 신호를 받아서 공중에서 많은 구형파를함으로써 그것을받을 수 없습니다. 반송파 (특정 주파수에서 작동)를 사용하여 데이터를 변조합니다. 아이디어는 동일한 주파수에서 웨이브를 생성하는 수신기를 사용하여 데이터를 복조 할 수 있다는 것입니다. 변조는 원시 반송파 주파수에 의해 명백해 보일 수있는 데이터의 양을 줄이지 만 어떤 종류의 반송파가 없으면 데이터를 랜덤 노이즈와 구별 할 수 없으므로 데이터를 복구 할 수 없습니다. 이 반송파 신호의 대역폭은 실제 속도를 정의하는 것입니다. 대역폭은 변조 기술 (들)이 실제 반송 주파수와 실제 주파수를 얼마나 변화 시키는가입니다. 비록 완벽한 1 : 1 비율을 가정하더라도 (위에서 논의한 것처럼 사실이 아님), 저수준 무선 프로토콜의 오버 헤드를 고려해야하므로 유용한 속도가 줄어 듭니다. 둘째, 상위 레벨 프로토콜 (일반적으로 TCP / IP 스택)의 오버 헤드가 발생하여 자체적으로 유용한 속도를 줄입니다. 그러면 전송에서 손상된 데이터를 다시 전송할 수 있습니다 (다시, 일반적으로 처리됨) 더 높은 수준의 프로토콜을 사용하여 데이터 대역폭을 더욱 줄입니다. 실제 이론적 데이터 대역폭이 주어 지더라도 실제 데이터 대역폭이 더 적을 수있는 이유와 다른 많은 이유가 있습니다. 그런 다음 전송에서 손상된 데이터를 다시 전송할 수 있으며 (대개는 더 높은 수준의 프로토콜로 처리됨) 데이터 대역폭이 더욱 줄어 듭니다. 실제 이론적 데이터 대역폭이 주어 지더라도 실제 데이터 대역폭이 더 적을 수있는 이유와 다른 많은 이유가 있습니다. 그런 다음 전송에서 손상된 데이터를 다시 전송할 수 있으며 (대개는 더 높은 수준의 프로토콜로 처리됨) 데이터 대역폭이 더욱 줄어 듭니다. 실제 이론적 데이터 대역폭이 주어 지더라도 실제 데이터 대역폭이 더 적을 수있는 이유와 다른 많은 이유가 있습니다.

이것은 실제로 매우 복잡한 주제입니다. 그러나 한 가지 간단한 답변을 제공하기 위해 FCC는 Wi-Fi 통신에 사용할 수있는 대역폭과 송신기 전력을 관리하는 규칙을 마련하고 있기 때문입니다. 다양한 유형의 무선 통신 (예 : 휴대폰, Wi-Fi, 블루투스, am / fm 라디오, 텔레비전 등)에 EM 스펙트럼을 사용하려는 다른 사람들이 많기 때문입니다. 실제로 반송파 주파수 (2.4GHz)는 통신 대역폭 (또는 그 문제에 대해 달성 할 수있는 데이터 속도)과 거의 관련이 없습니다.

앞에서 언급했듯이 대역과 대역폭이 혼동되고 있습니다. 그러나 어떤 대답도 직관적 인 설명을 제공하지 않습니다.

스피커 설정으로 직관적 인 설명을 할 수 있습니다. 1 번과 0 번을 나타내는 높은 경고음과 낮은 경고음이 있습니다. 높은 경고음과 낮은 경고음을 교대로 입력하여 데이터를 전송합니다. 신호음 자체의 빈도는 높고 낮은 신호음을 번갈아 가며 얼마나 빠르게 하는가와 관련이 없습니다 (아래 참조).

Wi-Fi 파는 음파와 매우 비슷합니다. 그들은있는 캐리어 파도 : 그들은 당신의 블록 파 신호를 가지고는 하이 사이드 및 로우 주파수 파도로 변환. 유일한 차이점은 고주파 및 저주파가 서로 매우 가깝고 2.4GHz를 중심으로한다는 것입니다.

이제 상한을 원하는 부분이 있습니다. '경고음'시스템 사용 : 단일 음파 중에는 신호음 의 톤 주파수 ( 대역 )를 10 번 변경할 수 없습니다 . 따라서 변경 빈도가 뚜렷한 경고음으로 들릴 수있는시기와 이상한 왜곡 된 경고음 인 경우에는 하한이 있습니다. 주파수를 변경할 수있는 속도를 대역폭 이라고합니다 . 대역폭이 낮을수록 신호음이 뚜렷하게 들리게됩니다 (따라서 수신 상태가 나쁠 때 링크 속도가 느려집니다).

$$C = Wlog_{2}(1+SNR)$$ 비트 / 초 단위의 용량. 여기서 용량은 주어진 W에 대한 원하는 정보 레이트가 C보다 작 으면 주어진 SNR에서 효과적으로 제로 에러 확률 정보 전송을 달성 할 수있는 충분한 복잡성의 에러 정정 코드가 존재 함을 의미한다. 이것은 반송 주파수와 관련이 없으며 FCC 규정과 간접적으로 만 관련이 있습니다. FCC는 대역폭에 따라 얼마나 많은 전력을 전송할 수 있는지 결정하고, 설계자는 전송 시스템의 복잡성과 기술을 결정하며, SNR은 원하는 거리, 전력 및 대역폭에 따라 최대 정보 속도로 사용자를 종료합니다. FCC는 허용합니다. 시스템이 다소 정적 인 PSTN에는 4kHz 공칭 대역폭에서 1024 개의 파형을 사용하는 변조 형식이 있습니다. 이론적으로 40kbit / sec의 정보 속도를 제공합니다! 모바일 채널에 대해 그 복잡성을 달성 할 수 있다면 충분히 높은 SNR에서 ~ 10x20 = 200Mbit / sec를 가질 수 있다면, 그 강조는 충분히 높다! 반송파 주파수가 높을수록 전파 손실은 높아지지만 RF 회로가 충분히 높은 대역폭에서 우선적으로 주어진 대역폭에서 작동하는 것이 더 쉽다.

정확한 구현 방식에는 차이가 있지만 무선 통신에는 일반적으로 전송할 정보가 포함 된 저주파 신호를 사용하고 더 높은 주파수 범위로 변조라는 기술을 사용합니다. 다양한 주파수 조합을 포함하는 두 개의 신호를 고려할 때 "블랙 박스"로 생각하는 것이 가장 쉬운 방법 일 것입니다. 원본의 신호 강도. 720,000Hz 사인파 [WGN-720 시카고에서 사용하는 반송파]와 함께 0-10KHz 범위의 주파수를 포함하는 오디오 신호를 공급하는 경우 710,000Hz ~ 730,000Hz. 수신기가 해당 신호를 720,000Hz 사인파와 함께 유사한 상자에 공급하면 1,430,000Hz ~ 1,450,000Hz 범위의 신호와 함께 0-10Khz 범위의 상자 신호를 수신합니다. 0-10Khz의 신호는 원본과 일치합니다. 1,430,000Hz ~ 1,450,000Hz 범위의 값은 무시해도됩니다.

WGN 외에 다른 스테이션이 브로드 캐스팅하는 경우 (예 : WBBM-780), 후자가 전송하는 770,000Hz ~ 790,000Hz 범위의 신호는 수신기에서 50,000Hz ~ 70,000Hz 범위의 신호로 변환됩니다 ( 1,490,000Hz ~ 1,510,000Hz). 라디오 수신기는 관심있는 오디오가 10,000Hz 이상의 주파수를 포함하지 않는다는 가정하에 설계되었으므로 더 높은 주파수를 모두 무시할 수 있습니다.

WiFi 데이터가 전송 전에 2.4GHz 근처의 주파수로 변환 되더라도 "실제"관심 주파수는 훨씬 낮습니다. WiFi 전송이 다른 브로드 캐스트를 방해하지 않도록하려면 WiFi 전송은 다른 전송에서 사용되는 주파수와 충분히 떨어져 있어야합니다. 수신 할 수있는 원치 않는 주파수 컨텐츠가 원하는 것과 다른 경우에는 거부하겠습니다.

라디오 디자인에 대한 "블랙 박스"믹서 접근 방식은 약간 단순화 된 것입니다. 이론적으로 무선 수신기가 필터링되지 않은 신호에 주파수 결합 회로를 사용하고 출력을 저역 통과 필터링하는 것이 가능하지만 일반적으로 여러 단계의 필터링 및 증폭을 사용해야합니다. 또한, 다양한 이유로, 무선 수신기가 들어오는 신호를 관심있는 실제 반송파 주파수가 아니라 특정 양만큼 더 높거나 낮은 조정 가능한 주파수를 혼합하는 것이 더 쉽습니다 ( "* 헤테로 * 다인"이라는 용어는 "다른"주파수 사용) 결과 신호를 필터링 한 다음 필터링 된 신호를 원하는 최종 주파수로 변환합니다. 아직도,

간단한 대답은 할 수 있다는 것입니다. 원하는 신호로 "임의의"반송파를 조정할 수 있습니다.

하나를 할 수 있다고 가정하면 문제는 얼마나 유용할까요? 이 질문에 답하기 위해서는 반송파를 변조 할 때 어떤 일이 발생하는지 이해해야합니다. 1MHz (1,000KHz)에서 작동하는 반송파를 가져 와서 0에서 100KHz까지 다양한 신호로 변조합시다. 신호의 "믹싱" 은 900 ~ 1,100 KHz 범위 의 신호를 생성합니다 . 마찬가지로 0 ~ 1,000KHz를 사용하면 생성 된 신호 의 범위이제 0 ~ 2,000KHz가됩니다. 이제이 신호를 안테나에 적용하면 0에서 2,000KHz 범위의 신호를 전송하게됩니다. 둘 이상의 "가까운"사람이 동일한 경우, 신호는 서로 간섭하고 수신기는 어떠한 정보도 탐지 할 수 없습니다. 안테나에 대한 전력을 제한하면, 둘 이상의 개인이 충분히 분리 된 경우 간섭이 거의없이 "작동"할 수 있습니다.

이론적으로는 하나의 송신기가 전체 EM 스펙트럼을 사용하여 작동 할 수 있지만 다른 사람들도 사용하기를 원하기 때문에 실용적이지 않으며 자원이 제한되고 수요가 공급을 초과하는 다른 상황과 마찬가지로 자원을 "절단해야합니다" 최대 ", 공유, 제한 및 제어.