Wi-Fi: Jak si zajistit velké pokrytí, rychlost a silný signál

Bezdrátová síť Wi-Fi už je prakticky v každé domácnosti s notebookem či chytrým telefonem – stačí si koupit Wi-Fi router. Pokrýt kvalitně bezdrátovou sítí celý dům tak, aby byl v každém koutě nejen signál, ale také vysoká rychlost připojení, vyžaduje již hlubší technické znalosti. Totéž platí i o venkovních Wi-Fi řešeních. Musíte mít povědomí o všech používaných standardech, o Wi-Fi kanálech ve 2,4GHz i 5GHz pásmu, o anténách, citlivostech zařízení, útlumech a odrazech prostředí a o technologiích, jako je MIMO či Beamforming.

Od zastaralých standardů ruce pryč

Standardů Wi-Fi je celá řada, od prvního 802.11 (bez písmene) až po nejnovější 802.11ac a 802.11ad. Na 802.11 a 802.11b (11 Mb/s) však již můžete zapomenout. Jsou zastaralé, z dnešního pohledu zcela nevyhovující a spousta zařízení už je ani nepodporuje.

O velké rozšíření Wi-Fi se u nás postaral až 802.11g se signálovou rychlostí až 54 Mb/s. Komunikuje pouze ve 2,4GHz pásmu a používá modulaci OFDM nebo starší DSSS kvůli kompatibilitě s 802.11b. Právě tato kompatibilita ale může být zdrojem snížení propustnosti celé sítě, pokud by se v ní ocitlo staré zařízení se standardem 802.11b. Ovšem i standard 802.11g je dnes již zastaralý, a to nejen kvůli nízké rychlosti, ale hlavně proto, že nemá implementovánu podporu šifrování WPA2 – používá starý prolomitelný WEP. Navíc může být jediné zařízení 802.11g důvodem snížení propustnosti celé Wi-Fi sítě postavené na 802.11n.

Fyzické (synchronizační) versus reálně (TCP) rychlosti:

Z důvodu omezeného frekvenčního pásma na 2,4 GHz vznikl ještě standard 802.11a, který je totožný s 802.11g, komunikace však probíhá v 5GHz pásmu. Ten již používá striktně modulaci OFDM a má větší vyzařovací výkon, proto se používal na velké vzdálenosti. I 802.11a už je ale zastaralým standardem kvůli nízké maximální rychlosti 54 Mb/s, stejné jako u 802.11g.

Vyžadujte plný 802.11n s MIMO

Zcela nejrozšířenějším je dnes standard 802.11n, který může komunikovat v obou pásmech (2,4 i 5 GHz). Úpravou fyzické a linkové vrstvy a zavedením technologie MIMO (vícecestné šíření signálu) přináší reálnou rychlost i více než 100 Mb/s. Existují však routery a i mnohé notebooky pouze s jedinou anténou (1T1R – jedna anténa u vysílače, jedna u přijímače), takže nemohou využít technologii MIMO, čímž teoretická rychlost klesá na 150 Mb/s (reálně 5–6 MB/s). Tento odlehčený standard mívá přezdívku 802.11n-lite či N150 a doporučuji vám se mu vyhnout. Dosáhnout fyzické rychlosti 150 Mb/s totiž patří v zarušeném pásmu 2,4 GHz většinou do říše sci-fi, jelikož jde o hodnotu při šířce kanálu 40 MHz. Často dostanete z takového Wi-Fi routeru jen šíři kanálu 20 MHz a fyzická rychlost klesne na 72 Mb/s (reálně 2–3 MB/s).

Technologie MIMO přináší výrazné zvýšení rychlosti díky tomu, že je vysíláno více signálů vícero anténami a na straně přijímače také více anténami přijímáno. Antény musí být natočeny různě, aby šly signály jinými cestami a navzájem se nerušily. V cíli se poskládají dohromady a data jsou přenášena s výslednou až 2× (2T2R), 3× (3T3R) či 4× (4T4R) vyšší rychlostí oproti n-lite. Problémem ale samozřejmě je obsazení dalších kanálů.

Velký pozor na kanály

Ve 2,4GHz pásmu je v Evropě k dispozici celkem třináct kanálů, a to od frekvence 2,401 do 2,483 GHz, což znamená, že je k dispozici celková šířka pásma pouze 82 MHz. Kanály se navzájem překrývají, takže je výsledkem, že existují ve skutečnosti pouze tři nepřekrývající se kanály (pro šířku pásma 20 MHz) – 1, 6 a 11 (2,401 až 2,423 GHz; 2,426 až 2,448 GHz a 2,451 až 2,473 GHz). Ve 2,4GHz pásmu tak mohou fungovat maximálně tři N150 Wi-Fi routery, aniž by se navzájem rušily, všechny ovšem pouze s 20MHz šířkou pásma, tedy fyzickou rychlostí 72 Mb/s. Pokud byste chtěli šířku pásma 40 MHz (fyzická rychlost 150 Mb/s), můžete použít jen kanály 1 a 9 v případě použití dvou routerů vedle sebe, a i přesto se budou pásma mírně překrývat.

Vzájemné mírné překrývání kanálů s šířkou 40 MHz je důvodem, proč ani v ideálním případě, kdy ve 2,4GHz pásmu není žádné rušení, v něm nikdy nedosáhnete plné fyzické rychlosti 300 Mb/s. Dva streamy vysílané dvěma anténami se budou navzájem mírně rušit. Proto je N300 plně využito až v 5GHz pásmu, kde je k dispozici mnohem větší šířka pásma. Přesto má N300 s šířkou pásma 20 MHz pro 2,4GHz pásmo mnohem větší smysl než N150 s šířkou pásma 40 MHz. Důvodem je právě silné rušení (Bluetooth, bezdrátové adaptéry, vše běžící na 2,4 GHz) a jiné Wi-Fi sítě. Zatímco dva 20MHz streamy není problém přenést (fyzická rychlost 150 Mb/s), jeden 40MHz bývá problémem. Pokud tedy chcete rychlou Wi-Fi, vyhněte se nejen jednostreamovým Wi-Fi routerům, ale také Wi-Fi kartám v noteboocích, telefonech a jiných zařízeních.

Frekvenční rozsahy kanálů ve 2,4GHz pásmu (2 401 až 2 483 MHz):
Pouze tři nepřesahující se 20MHz kanály (1, 6 a 11), celková šířka pásma jen 82 MHz

Frekvenční rozsahy kanálů v 5GHz pásmu (5 180 až 5 700 MHz):
Devatenáct nepřesahujících 20MHz kanálů, celková šířka pásma 520 MHz

Zatímco u pásma 2,4 GHz je frekvenční rozsah pouhých 82 MHz, u 5GHz činí vysokých 520 MHz (od 5,18 do 5,70 GHz). K dispozici je zde celkem devatenáct kanálů s šířkou 20 MHz, které se již navzájem nepřekrývají. Tento fakt je společně s minimálním rušením ostatními zařízeními má za následek skutečně vysokorychlostní přenos dat.

U 5GHz sítě však nastává problém s menším dosahem signálu, kterému dělají překážky větší problém než u 2,4GHz sítě. Při šířce kanálu 40 MHz může v 5GHz pásmu komunikovat souběžně devět zařízení, aniž by se navzájem rušily. Výsledkem jsou celkem čtyři při MIMO 2T2R (N300) nebo tři při MIMO 3T3R (N450). U nového standardu 802.11ac je však již šířka kanálu 80 MHz (fyzická rychlost 433 Mb/s pro jeden stream), takže u třech streamů (3T3R) obsadíte téměř polovinu 5GHz pásma. Vzájemně se nerušící Wi-Fi 802.11ac routery s fyzickou rychlostí 1 300 Mb/s tak mohou být vedle sebe jen dva. V budoucnu je tedy lze očekávat, že i 5GHz pásmo bude hodně obsazené. Zvyšují se totiž nejen požadavky na rychlost, ale také počet uživatelů, kteří Wi-Fi používají.

Jak rozšířit pokrytí

Metod, jak rozšířit pokrytí Wi-Fi sítě, je hned několik. Tím nejjednodušším je vložit do sítě tzv. Wi-Fi universal repeater (univerzální opakovač). Ten neudělá nic jiného, než že přijme Wi-Fi signál a na stejném kanálu jej pošle dál. Musí na stejném, jelikož nemá dvě rádiová rozhraní. Výsledkem je přibližně poloviční rychlost za tímto opakovačem, nehledě k tomu, že musíte opakovač umístit samozřejmě tam, kde je silný signál ze zdroje, jinak bude rychlost ještě mnohem nižší.

 
Pro pokrytí většího prostoru Wi-Fi routery v pásmu 2,4 GHz musíte střídat nejlépe tři nepřekrývající se kanály 1, 6 a 11 nebo pouze mírně se překrývající 1, 5, 9 a 13

Další možností je systém WDS (Wireless Distribution System). Po rozmístění Wi-Fi routerů je složitě bezdrátově propojíte, ovšem opět bude za každým průchozím routerem degradována rychlost na polovinu, vše se děje na stejném kanále. Jediným rozumným bezdrátovým řešením WDS je použít pro páteřní síť 5GHz pásmo, opět ale narážíte na problém, že musíte použít hodně síťových prvků (routery musí být v místech silného signálu těch předchozích). Stejně jako repeater se tak WDS hodí spíše na dokrytí prostoru.

Skutečným plnohodnotným Wi-Fi systémem, který pokryje i velkou budovu s více patry vysokorychlostní bezdrátovou sítí, je vzájemné propojení Wi-Fi AP či routerů kabelem nebo jiným typem sítě (např. powerline). V případě budování takové sítě si ale musíte dát pozor, aby se navzájem Wi-Fi routery nerušily a dát každý na jiný kanál – nejlépe střídat kanály 1, 6 a 11 u 2,4 GHz sítě a šíře kanálu 20 MHz. Pokud to prostředí neumožňuje, lze střídat kanály 1, 5, 9 a 13, jsou s minimálními přesahy.