2.4GHz和5GHz有何差異?為什麼搜尋不到5GHz無線網路?搞懂 Wi-Fi 無線區域網路11個重要觀念

觀念4 自動選擇頻率、分流功能

部分無線網路路由器相當地貼心,管理介面直接提供自動選擇頻道頻率功能,掃描後自行選擇干擾較少的頻道運作,替使用者省下手動操作的麻煩。實際應用時有個小地方需要注意,部分產品的自動選擇機制每隔一段時間就會重新執行,執行期間很有可能造成無線網路連線中斷,若遇到這種狀況,不妨將首次安裝後自動選擇的頻道記錄下來,接著再取消自動選擇,改以手動方式輸入頻道。

中高階同步雙頻以上規格的無線路由器,近來也推出自動分流 Smart Connect 功能,把原本2.4GHz 和5GHz 各自分離的無線網路統一管理。當1台設備連結至無線路由器時,無線路由器將根據這台設備的相關連線資訊,如無線網路規格、支援頻率、訊號強度等,引導該裝置至最佳的連線頻道。如此一來即可最佳化無線路由器與各個連線裝置的速率,避免新、舊無線網路規格混用導致傳輸速率大幅下降,也能夠達成近距離使用5GHz,移動至遠距離時自動切換2.4GHz 的漫遊功能。

2.4GHz∕5GHz 自動切換分流功能對於廠商來說也是新事物,偶爾也會有「凸槌」的時候,譬如切換至2.4GHz 後就再也沒有辦法切回5GHz,即使距離無線路由器相當不到1公尺也是如此。此時請善加利用韌體更新功能,藉由上市之後收集使用者的回饋加強判斷能力,改善自動切換分流功能的規則定義,通常會有一定程度的改善。

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觀念5 什麼是高增益與主動式天線?

回答高增益這個東西之前,首先要來了解什麼是「增益」,增益的英文為 gain,也就是增加、增幅、獲取的意思,在電子電路裡指的是輸入訊號與輸出訊號的比值,譬如輸出電壓經過放大器之後變為輸入電壓的2倍,這個放大器就具有2倍電壓增益。

「高」這個形容詞並非絕對值而是相對值,比較對象基準為無線網路裝置隨機附贈的天線增益值,隨機天線增益值大多數採用2~5dBi 之間,比這個數值還要大的天線都可以稱做高增益天線,譬如7dBi、9dBi。一般在3C商店可以買到的無線網路天線都屬於被動式零件,相較於主動式零件需要加裝額外的電力來源,被動式因為沒有額外能量來源放大訊號,所以採用的是截長補短策略,把原本均勻朝向上下四周散發的電波訊號,擷取上下方訊號用以補強四周。

天線的增益值單位 dBi 就是和完全均勻散發訊號的天線相比之值,越高的增益值代表天線越能夠集中能量往部分方向發射,其它方向的訊號反而會變弱,因此天線的增益值並非越高越好,而是需要視實際應用環境空間而定。

Netgear Nighthawk X8 R8500發表之後,就把主動式天線技術帶入家用無線網路路由器設計之中,主動式天線可以在相當靠近訊號接收處就放大訊號,避免行動裝置發出的微弱訊號傳遞至無線網路晶片之前,就因為傳輸路徑和機身其它電磁干擾影響訊號品質。但由於主動式技術需要額外連接電源,也就沒有辦法設計成可更換式天線設計,無法與市面上獨立販售的無線網路天線相容。

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觀念6 MIMO多組天線收發讓速率倍增

無線網路規格演進隨著802.11後綴的英文字母排列,現今主要流通的規格有802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac 等,其中802.11n 新增1項讓連線傳輸速度倍增的重要功能,MIMO(Multi-Input Multi-Output)多輸入多輸出功能,相互連結的雙方將傳輸資料打散,分別透過多組天線傳輸,達成單一天線傳輸時的N倍。N就是同時用來傳輸的天線數量,802.11n規定最高為4組,802.11ac 則倍增為8組。

802.11n 單組天線最高可以達到150Mbps 的連線速率,所以4組天線就乘以4倍變為600Mbps;802.11ac 單組天線最高為867(866.6)Mbps,8組天線則將近有7Gbps 的吞吐量,只是802.11ac 規定兩裝置之間最多僅能使用4組天線,因此想要達成7Gbp 就必須使用3個裝置,其中1個裝置具備8組天線,剩餘2個裝置各自具備4組天線,與前者連接即可達成3.467Gbps 加上3.467Gbps。

MIMO 技術當中還包含多組天線傳送同一份資料的分集技術,通常應用在雙方天線數量不對等的情況下,譬如無線路由器具備4組天線,而手機僅有2組天線的使用情境。此時無線路由器就可以將天線分成2個群體,單一群體包含2組天線發射或接收相同的資料,對於手機來說就是加強訊號傳輸與接收的品質,另一種說法就是維持相同的連線速率,但兩者傳輸距離可以間隔得更遠。

802.11ac 推出後同步雙頻無線產品數量大增,部分產品採用2.4GHz 與5GHz 天線合一形式,部分產品改採2.4GHz 與5GHz 天線各自獨立,更有採用以上兩種方式複合的設計,因此利用天線數量估算該產品最大連線速率並不合宜,尚須廠商提供速率資訊相互印證。但就整體而言,天線數量的多寡確實可以影響連線品質,以數量多的產品為佳。

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觀念7 Beamforming波束成型集中能量傳輸

各位讀者應該都有下雨時盯著路邊小水漥的經驗吧,看著雨滴濺起一陣陣的漣漪相互交錯、反射。Beamforming 波束成型應用的就是此類原理,多組天線發射出來的無線電波相互影響,各組波型訊號在空間內疊加、抵銷、干涉,經過運算控制之後讓連線溝通雙方所在區域的波型疊加,波型疊加也就代表訊號強度增強、品質提升,傳輸距離更遠、速度更快。

802.11n 無線網路規格開始引進波束成型,只是當時開放數種實作方法,各家無線網路晶片製造商因為成本、市場等各種考量因素,各自擁戴不同的標準,造成當時只有自家晶片相互連接時能夠開啟使用,卻與其它廠商晶片互不相容的窘況。802.11n 後繼者802.11ac 就大幅簡化波束成型的標準,如此一來各廠商和各款晶片之間的波束成型相容性大幅提升。

在部分無線網路產品的設定頁面,使用者還可以看到顯式(explicit)與隱式(implicit)這兩種分類,顯式為802.11ac 採用的唯一標準,發送者會向接收者傳輸1組專門用來矯正波束成型的資料,接收者再依據此資料運算1組回饋資料傳送回去給發送者,發送者即可利用此回饋資料加強波束成型的效果與正確性。為了讓802.11ac 之前或不支援的無線網路裝置也享有波束成型優點,隱式可在此發揮作用,這時候因為接收者不相容或不支援,發射者僅能透過收集接收者平時回傳的資料,運算並猜測何種波束成型數值較為適用,因此效果會比顯式稍微差一些,但卻是相容過去的無線網路標準全體適用。

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R.F.
作者

誤入叢林的小白兔,每天爬樓梯到七樓的白癡,幻想自己很瘦的豬,一放假就睡死的bed potato。

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