Đó là kiến ​​thức phổ biến rằng bạn càng đi xa từ điểm mạng Wi-Fi, mạng qua Wi-Fi càng chậm. Nhưng tại sao điều này sẽ xảy ra? tín hiệu vô tuyến truyền tại cơ bản là tốc độ ánh sáng, và như vậy từ công tác tuyên truyền tín hiệu một mình khoảng cách không phải là một yếu tố cho bất kỳ phạm vi hợp lý (hàng ngàn km / dặm).

Giả thuyết của tôi là bất cứ khi nào một gói mạng được gửi, có khả năng nó sẽ không đến được vị trí, sẽ đến với dữ liệu bị hỏng hoặc sẽ đến sai thứ tự và xác suất này tăng lên khi tăng khoảng cách, buộc TCP lớp để làm cho các gói được gửi và bực bội. Quá trình gửi và gửi lại này mất một lượng thời gian có thể định lượng. Không đủ để một gói duy nhất cung cấp bất kỳ độ trễ đáng chú ý nào, nhưng đủ để nếu một trong ba gói cần được gửi lại, và sau đó tất cả các gói được đặt lại theo đúng thứ tự ở đầu kia, sẽ có thêm thời gian. Nhưng đó chỉ là lý thuyết của tôi. Câu trả lời thực sự là gì?

Giải trình

Vì vậy, tốc độ ánh sáng (thực tế) không liên quan gì đến nó, bạn đã đúng.

WiFi chọn chế độ truyền dựa trên chất lượng của liên kết giữa hai trạm. Liên kết càng tệ, truyền càng cần mạnh mẽ . Một cách để trở nên tồi tệ hơn là có một liên kết dài hơn, điều đó có nghĩa là năng lượng tín hiệu đến đầu thu ít hơn, có nghĩa là tỷ lệ giữa nhiễu vốn có của máy thu và tín hiệu nhận được trở nên tồi tệ hơn; điều này thường được đo bằng SNR (Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm). Vì vậy, đó là cách khoảng cách trực tiếp đến đây.

Để truyền tải mạnh mẽ hơn, có những điều khác nhau mà WiFi (IEEE802.11 a / g / n / ac đấm) thực hiện:

1. Sử dụng một điều chế ít tốt hơn. Nếu bạn đã xử lý các liên lạc không dây kỹ thuật số trước đây, bạn có thể đã nghe rằng thông tin được vận chuyển bằng cách điều chỉnh sóng mang với một trong các tập hợp các ký hiệu, về cơ bản chỉ là các số phức. Tập hợp các ký hiệu càng lớn thì bạn càng có thể vận chuyển nhiều bit với mỗi ký hiệu bạn truyền, nhưng đồng thời, các ký hiệu này càng gần nhau hơn. Gần hơn có nghĩa là bạn cần ít tiếng ồn hơn để vô tình kết thúc bằng một biểu tượng khác. Vì vậy, nếu tốc độ của bạn cần cao, thông thường bạn sẽ cố gắng sử dụng một chòm sao có nhiều biểu tượng, nhưng sau đó bạn chỉ có thể chịu được rất ít tiếng ồn so với công suất nhận được, tức là bạn cần SNR cao.
2. Liên kết không dây (nói chung, tất cả các liên kết dữ liệu không tầm thường) sử dụng thứ mà chúng ta gọi là mã hóa kênh và đặc biệt là sửa lỗi chuyển tiếp: Về cơ bản, việc thêm dự phòng vào dữ liệu của bạn (ví dụ: trong hình dạng lặp lại cùng một dữ liệu hai lần hoặc bằng cách thêm một tổng kiểm tra hoặc bằng nhiều phương tiện khác). Nếu bạn đang thiết kế mã kênh và bộ giải mã của mình một cách khéo léo, dự phòng nhiều hơn có nghĩa là bạn có thể sửa rất nhiều lỗi. Càng dư thừa, sửa lỗi càng nhiều. Dĩ nhiên, mặt trái của nó là thay vì vận chuyển dữ liệu "thú vị" hơn, bạn buộc phải vận chuyển sự dư thừa đó. Vì vậy, nếu bạn sử dụng mã kênh tăng gấp đôi lượng dữ liệu gốc làm dư thừa để có thể xử lý nhiều lỗi (xem 1.), thì bạn chỉ có thể sử dụng 1/3 tốc độ bit vật lý của mình cho tải trọng thực tế chút ít.

---

Bình luận nâng cao

Đó là kiến ​​thức phổ biến rằng bạn càng đi xa từ điểm mạng Wi-Fi, mạng qua Wi-Fi càng chậm.

Kiến thức phổ biến, như thường lệ, là một sự đơn giản hóa quá mức. Xu hướng chung là đúng, càng xa, càng ít sức mạnh, như đã giải thích ở trên.

Kênh đa đường có nghĩa là mọi thứ không xuống dốc đơn điệu với khoảng cách

Nhưng: WiFi thường được sử dụng trong nhà. Trong các cài đặt này, chúng ta có cái mà chúng ta gọi là kịch bản đa đường mạnh. Điều đó có nghĩa là do sự phản chiếu trên tường, đồ nội thất, những thứ xảy ra trong môi trường chung, bạn có thể nhận được các loại tín hiệu tự nhiễu khác nhau. Và điều đó có thể có nghĩa là, mặc dù bạn tương đối gần với máy phát, máy thu của bạn có thể không nhìn thấy gì, bởi vì hai đường chỉ xảy ra cách nhau một nửa bước sóng và triệt tiêu lẫn nhau.

Vì vậy, đối với đa đường trong nhà điển hình, bạn thường không thể nói "càng xa, càng tệ"; nó thường dễ dàng hơn nhiều. Chúng tôi gọi đó là hiện tượng mờ dần (và trong trường hợp này, có lẽ là mờ dần ở quy mô nhỏ ).

Đa dạng kênh cho lợi ích mạnh mẽ

Sau đó: Các tiêu chuẩn WiFi hiện đại hơn hỗ trợ MIMO (Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra), về cơ bản có nghĩa là bạn có nhiều ăng ten ở mỗi đầu của một liên kết. Ý tưởng là từ anten phát 1 đến anten 1 (hãy gọi là 1-> 1) sẽ có (với xác suất cao) sẽ có một nhận thức kênh khác (các kênh là ngẫu nhiên!) So với từ anten phát 2 để nhận ăng ten 1 ( 2-> 1), và 1-> 2, và 2-> 2, v.v.

Các kênh vật lý khác nhau này có thể giúp đỡ với vấn đề mờ dần được đề cập ở trên. Mặc dù kênh đa kênh 1-> 1 có thể, ngẫu nhiên, bị tổn thương nặng nề bằng cách tự hủy, 1-> 2 vẫn có thể ổn. "Xác suất xấu" trung bình của bạn giảm theo số lượng ăng ten. Đẹp! Điều đó có nghĩa là các kênh của chúng tôi càng không tương thích (nghĩa là sự thất bại của một kênh ít có nghĩa là các kênh khác cũng sẽ xấu), việc truyền tải của chúng tôi có thể tốt hơn.

Điều đó cũng có nghĩa là "rất gần" vốn dĩ không phải là "rất tốt", bởi vì điều đó cũng có nghĩa là, có lẽ, các ăng ten khác nhau nhìn thấy khá nhiều việc thực hiện cùng một kênh, vì vậy bạn không nhận được "bảo mật" của "nah, không chắc là tất cả các kênh đều xấu cùng một lúc ".

Sử dụng MIMO cho niềm vui và lợi nhuận (và tỷ lệ cao hơn)

Hơn nữa, nếu bạn thông minh về mặt toán học về điều này, bạn có thể tìm thấy một mô tả toán học cho một kênh giữa ăng-ten truyền và nhận ăng-ten j , hãy gọi đó là phản hồi h i , j , và sau đó chỉ cần xây dựng ma trận H từ các kênh này các đại diện, với số hàng cho biết ăng-ten truyền phát nào chúng ta đang nói đến và số cột cho biết ăng-ten nào nhận ăng-ten.$i$$j$$\mathbf h_{i,j}$$\mathbf H$

$\mathbf s$$\mathbf H$

$$\mathbf r = \mathbf s \mathbf H\text.\tag 1$$

Vấn đề là có lẽ chúng ta muốn có nhiều kênh hoàn toàn độc lập giữa truyền và nhận, nghĩa là những gì chúng ta gửi trên một ăng-ten đến một ăng-ten không có tác dụng đối với tất cả các cặp ăng-ten khác. Sau đó, chúng ta có thể gửi nhiều luồng dữ liệu song song . Điều đó sẽ cho chúng ta một sự gia tăng nghiêm trọng về tốc độ truyền tải!

Đáng buồn thay, phương trình trên nói rằng bằng cách nào đó chúng ta phải cân nhắc và cộng tất cả các tín hiệu truyền để có được tín hiệu thu của mỗi ăng ten. Hừm, buồn quá.

$\mathbf H$$\mathbf \Lambda$

$\mathbf \Lambda$

$$\mathbf H = \mathbf{U\Lambda V^*}\tag 2$$

$\mathbf \Lambda$$(1)$

$$\mathbf r = \mathbf{sU\Lambda V^*}\text.\tag 3$$

$\mathbf H$$\mathbf V$$\mathbf V$$\mathbf {V^*V}=\mathbf I$

$$\begin{align} \mathbf {rV} &= \mathbf{sHV}\tag 4\\ &=\mathbf{sU\Lambda V^*V}\tag 5\\ &=\mathbf{sU\Lambda I}\tag 6\\ &=\mathbf{sU\Lambda}\tag 7\\ \end{align}$$

$(7)$

$\mathbf V$$\mathbf s$$\mathbf U$$\min($$)$

Vì vậy, thuật toán trở nên khá dễ dàng:

1. $\mathbf H$
2. $\mathbf H$$\mathbf{U\Lambda V^*}$
3. $\mathbf s$$\mathbf U$
4. $\mathbf r$$\mathbf V$

---

Tất cả chỉ hoạt động nếu SVD cho kết quả tốt và điều đó chỉ xảy ra khi các kênh cặp ăng ten vật lý đủ độc lập. Điều đó có nghĩa là đối với MIMO, khoảng cách gần có nghĩa là bạn thực sự có khả năng truyền tải thậm chí ít hơn so với khoảng cách trung bình, bởi vì khoảng cách có nghĩa là có nhiều gương phản xạ ngẫu nhiên khác nhau trên đường đi. (Sau một khoảng cách, các hiệu ứng mất đường chiếm ưu thế và bạn luôn trở nên tồi tệ hơn.)

Vấn đề không phải là thời gian để đi từ bộ phát (bộ định tuyến) đến bộ thu (máy tính xách tay của bạn) mà như bạn nói là không đáng kể với một vài mét, mà là năng lượng đi kèm với khoảng cách.

Hãy nhìn vào công thức Friis .

Thông lượng mạng là tỷ lệ gửi tin nhắn thành công qua kênh truyền thông. Với ít năng lượng nhận được, khả năng tin nhắn không được nhận chính xác sẽ cao hơn.

Tiếng ồn là một cái gì đó để đưa vào tài khoản ở đây.

Mất mát cơ bản với khoảng cách so với tần số chủ yếu là kích thước diện tích khẩu độ của sóng mang f tỷ lệ với bình phương của bước sóng. Do đó, tổn thất đường truyền ít hơn đối với các tần số thấp hơn, đó là thuật ngữ chi phối trong tổn thất Friis.

Vấn đề phổ biến thứ 2 là sự định hướng của cả ăng-ten và tổn thất trong mô hình bức xạ nhưng điều này ít phụ thuộc tần số hơn nhưng mô hình tuyến giáp của cộng hưởng sóng 1/4 và lưỡng cực. Tín hiệu tối thiểu hoặc mẫu null đang nhìn xuống cuối ăng-ten.

Độ dẫn điện và điện môi trong một số vật liệu xây dựng cho phép tín hiệu được phản xạ khắp nơi. Tuy nhiên, đây cũng là một vấn đề đối với tổn thất Fading Rice ở các mức tín hiệu rìa <-80dBm đối với tín hiệu loại B và bắt đầu là một vấn đề trên mức này. Đường ngắm mà không có phản xạ mặt đất từ ​​nước là đường truyền tối ưu cho lò vi sóng. Tuy nhiên, đối với VHF và thấp hơn, một khối nước lớn và tầng điện ly đóng vai trò là vật phản xạ để tăng phạm vi của tín hiệu. Nhưng đối với tần số cao hơn, các phản xạ dẫn đến tín hiệu bị méo nhiều hơn và gây ra lỗi Fading Ricean.

Mỗi băng tần có ngưỡng lỗi riêng và WiFi tốc độ cao băng rộng hơn sử dụng 20 MHz hoặc 40 MHz có ngưỡng cao hơn do Luật của Shannon về SNR so với băng thông nhiễu so với BER. Ngưỡng tốt nhất thường là tốc độ dữ liệu thấp nhất nhưng phụ thuộc vào thiết kế. Tôi luôn khóa các tùy chọn chip WiFi của mình xuống 11Mb / giây trong Windows để có được mức tín hiệu rìa cao hơn so với chế độ tự động bởi vì ngay cả chuyển động của con người xung quanh các đường dẫn cũng có thể gây mất gói và thử lại ẩn ở tốc độ dữ liệu cao hơn như 54MBps trở lên. Một lần nữa luật của Shannon áp dụng ở đây từ các hiệu ứng Fading của Ricean và các hiệu ứng Friis Loss cơ bản.

Trong chế độ tự động, chip WiFi sẽ luôn cố gắng tự động giảm tốc độ dữ liệu bằng modem di động khi mất gói quá cao. Đầu tiên, nó có thể cố gắng đào tạo lại máy thu để cân bằng độ trễ nhóm. Sau đó, thương lượng tốc độ dữ liệu thấp hơn nếu tỷ lệ lỗi quá cao. Điều này tuân theo luật của Shannon. Nhưng hãy nhớ rằng các echos và Rice Fading này ảnh hưởng đến việc cân bằng độ trễ của nhóm này và di chuyển các lực lượng Ăng-ten Wifi, trong đó có rất nhiều tiếng vang trong tòa nhà ở mức tín hiệu thấp. Kết quả của sự thay đổi cường độ tiếng vang của sóng mang là làm biến dạng mẫu mắt trong các tín hiệu được giải điều chế.

Kinh nghiệm của tôi cho tôi biết rằng điểm cuối của bạn càng xa giữa thiết bị di động và Bộ định tuyến WiFi, càng có nhiều cơ hội phản xạ và càng có nhiều cơ hội để phản xạ hủy bỏ và bỏ qua nhiều hơn. Đây được gọi là Fading Rice và là nguyên nhân phổ biến nhất từ ​​kết quả kiểm tra của tôi về việc mất gói ở mức trường rìa dưới -75dBm.

Các tín hiệu bên dưới cho mạng và dlink-khách là từ PC của tôi ở tầng trên với một khóa WiFi trên tháp và bộ định tuyến Dlink công suất cao ở tầng dưới được đặt vào ngăn kéo. Việc di chuyển ăng-ten trong bộ định tuyến khiến nó thay đổi mức tín hiệu và chuyển kênh và từ mạng sang khách mà không nhận thức được người dùng về việc mất kết nối tạm thời.