Radiolära och Wi-Fi

Wi-Fi är radiobaserade trådlösa nätverk. Det kan kallas WLAN (Wireless LAN) eller Wi-Fi (Wireless Fidelity) eller lite mer slarvigt bara “trådlöst nätverk”.

Ett trådlöst LAN behöver en Accesspunkt som alla datorer och telefoner och andra saker kan koppla upp sig mot. I ett vanligt hemmanätverk så är det vanligast att det är hemmaroutern som har en Wi-Fi accesspunkt inbyggd i sig. Men det går också att köpa fristående accesspunkter som man kan koppla in i sitt nätverk.

Om vi applicerar radiolära på Wi-Fi nät så finns det några lärdomar man kan dra direkt.

  • Fri sikt mellan radiosändare och radiomottagare är alltid bäst. Ställ accesspunkten på en öppen plats, inte begravd, bakom eller under saker.
  • Accesspunkten och dess antenn är gjord för att stå i en viss riktning. Läs vad som gäller för din router eller accesspunkt och se till att den står på rätt sätt.
  • Wi-Fi är radiosignaler och fungerar likadant gällande kanaler som FM-radio. Två radiosändare som sänder på samma kanal stör varandra.

Gällande den sista punkten så ska vi snart gå igenom den lite ytterligare.

Wi-Fi använder radiosignaler på två frekvensområden:

  • 2,4GHz
  • 5GHz

Båda dessa är så kallade olicensierade frekvensområden, det vill säga att Post och Telestyrelsen i Sverige har bestämt att vem som helst får tillverka radiosändare och skicka radiosignaler på dessa frekvenser, utan att behöva något tillstånd. Därför används dom frekvensbanden till Wi-Fi nät, men också till en massa andra saker.

Några saker som använder dessa frekvensband är följande saker:

  • Trådlösa headsets
  • Trådlösa möss och tangentbord
  • Övervakningskameror
  • Allt som har med Bluetooth att göra
  • Vissa babyvakter
  • Många trådlösa telefoner
  • Trådlösa högtalare
  • Mikrovågsugnar
  • Ljusrör
  • Radar

Så det finns massor av saker som inte är Wi-Fi men som ändå använder samma radiofrekvenser och därför kan störa varandra. Det är inte ens säkert att man får en sämre signalstyrka på sitt Wi-Fi om man råkar ut för en störning från en annan sorts pryl. Man kanske fortfarande har full signalstyrka, men signalkvaliteten däremot kan samtidigt vara så dålig så att det trådlösa nätverket blir nästan oanvändbart.

Kanaler på Wi-Fi nät

Precis som FM-bandet är uppdelat i radiokanaler så är också Wi-Fi nät uppdelat i kanaler. Exakt vilka kanaler som finns är lite olika i olika länder, men i Sverige så gäller följande.

Kanaler på 2,4GHz bandet

På 2,4GHz bandet finns kanalerna 1-13 tillgängliga i Sverige. Men som du ser på bilden här nedanför så är varje kanal väldigt “bred” (bredden räknas i antal MHz som kanalen sträcker sig över), och väldigt många kanaler överlappar varandra.

2,4GHz Wi-Fi kanaler

Bild av Michael Gauthier, originalet återfinns på Wikipedia
  • Kanal 1 till exempel överlappar alla kanaler hela vägen upp till och med kanal 5.
  • Kanal 6 överlappar alla kanaler från kanal 2 upp till och med kanal 10
  • Kanal 11 överlappar alla kanaler från kanal 7 och upp till 13.

Om du har läst fördjupningsavsnittet om radiokommunikation så upprepade vi där flera gånger att man aldrig ska använda överlappande kanaler om dom är inom räckhåll för varandra. Eftersom många av dom 13 kanalerna överlappar varandra så har man alltså egentligen bara 3st kanaler kvar som går att använda. Det kallas för att det finns 3st icke överlappande kanaler.

Man skulle kunna använda kanal 1, 6 och 11 eftersom dom inte överlappar varandra. Man skulle också kunna använda exempelvis 1, 7, 12 eller 1, 7, 13 eller 1, 8, 13. Men det finns en anledning till att det är bäst att använda just 1, 6, 11. Det är att om två Wi-Fi enheter kör på exakt samma kanal så kan dom upptäcka varandra och förstå att det finns en risk för störning.

Så om du har en accesspunkt på kanal 1, och grannen samtidigt också har en accesspunkt på kanal 1, då kan era accesspunkter upptäcka varandra och se till att dom inte stör varandra för mycket.

Men om din accesspunkt kör på kanal 1 och grannen har en accesspunkt på kanal 2, då kommer dom inte märka av varandra men kommer fortfarande att störa varandra.

Därför är det bättre om alla helt enkelt håller sig till kanalerna 1, 6 och 11. För när man oundvikligen får störningar så kommer enheterna i alla fall märka av det och kan försöka underlätta en aning.

Men även om man använder kanalerna 1,6 och 11 så kan man få problem. Är man fler än 3 grannar eller om man ska sätta upp fler än 3 stycken accesspunkter så måste man börja planera ordentligt.

Wi-Fi 2,4GHz i hus med tre grannar

Så länge det bara är tre, och om alla väljer varsin icke överlappande kanal, då har man inga problem.

Men så fort en fjärde granne flyttar in som också behöver sätta upp ett trådlöst nätverk hemma så har man problemet att det helt enkelt inte längre finns några lediga icke överlappande kanaler. Så den fjärde grannen är helt enkelt tvungen att välja en kanal som redan används. Det kommer då att bli störningar, något som inte går att göra särskilt mycket åt annat än att man byter till 5GHz bandet.

Wi-Fi 2,4GHz i ett hus med 4 grannar

Observera i bilden ovan att det bara är grannarna som kör på kanal 6 som stör varandras signaler. Dom som kör på kanal 11 och kanal 1 är helt opåverkade. Signalerna överlappar dessutom nästan bara varandra i trapphuset där man ändå inte vistas särskilt mycket. Och dom krockande signaler som når hela vägen in i lägenheten kommer att vara så svaga att störningen blir relativt liten. Vid det laget har signalerna passerat genom ett antal väggar och är därför väldigt försvagade.

Kanaler på 5GHz bandet

På 5GHz bandet finns det många fler icke överlappande kanaler. I Sverige är det 19 stycken kanaler och alla kan användas samtidigt inom räckhåll för varandra eftersom deras frekvenser inte överlappar varandra.

Det kan vara en stor fördel när man bygger nätverk. Det finns ofta inte lika många saker hemma som använder 5GHz frekvenserna, så det finns inte lika många störningar. Det är också fler kanaler, så det finns mer plats. Så även om du har 10 stycken grannar så kommer det ändå finnas en 5GHz kanal som inte används av någon annan.

Moderna routrar väljer ofta själva vilken radiokanal som dom ska använda. Det gör dom genom att scanna av alla kanaler och titta efter vilka kanaler som är lediga och som det är minst störningar på. Det gör att man sällan behöver välja manuellt vilken kanal som en Wi-Fi router ska använda.

Många nyare Wi-Fi routrar och accesspunkter kan till och med köra på både 2,4GHz och 5GHz banden samtidigt, och då kan man få ut ännu bättre hastigheter i sitt nätverk. Det tar vi upp i lite mer detalj vi mer lite senare i avsnittet om trådlöst.

En sak till som är bra att känna till är att många trådlösa enheter har stöd för att öka hastigheten på det trådlösa nätverket genom att använda bredare kanaler när dom för över data. Ju bredare kanalen är, desto högre throughput kan man uppnå, förutsatt att klienten och accesspunkten har stöd för samma standarder och samma kanalbredder.  Även detta diskuteras i mer detalj i nästkommande avsnitt.

I ett lägenhetskomplex där många grannar har utrustning som stöder bredare kanaler så kan det bli extra svårt att försöka göra någon vettig radioplanering, eftersom det nästan garanterat kommer att finnas överlappande kanaler. Det bästa man kan göra i det fallet är att använda utrustning med stöd för 5GHz bandet där det är mycket mer gott om plats och försöka hitta en kanal där som inte utnyttjas alls, eller åtminstone inte lika mycket.

Eftersom radiofrekvenserna är olicensierade så har ingen enskild person större rätt till att utnyttja radiobanden än någon annan. Alla dina grannar har lika stor rätt att använda vilka kanaler dom vill för sina trådlösa nätverk, även om dom så att säga skulle göra “fel” val gällande vilka kanaler dom utnyttjar och hur dom gör det.

Hastigheter på Wi-Fi nät

I alla Wi-Fi nät och Wi-Fi standarder pratar man om olika teoretiska maximala överföringshastigheter. Men vad betyder egentligen det?

I ett fördjupningskapitel tar vi upp ”overhead”. Det är extradata som till exempel IP-adresser, MAC-adresser, portar och annat som behövs för att skicka paket över nätverket men som tar upp extra plats. Om man laddar hem en fil så måste datorn samtidigt skicka information om adresser och sådant, och det kan ta upp flera procent av bandbredden. Så man kan aldrig utnyttja hela bandbredden.

På trådlösa nät så är det här ännu mer märkbart. Trådlösa nät är väldigt utsatta för störningar. Därför måste trådlösa enheter skicka massor med extradata. Bland annat skickas kontrolltecken för att kontrollera om något har gått fel i överföringen.

Det skickas också med extra så kallad korrigeringsdata. Korrigeringsdatan är till för att om något går fel i överföringen så ska mottagaren kunna räkna ut vad det egentligen borde ha stått. Det tar också upp plats.

Korrigeringsdatan och kontrolltecknen fungerar litegrann som bokstaveringen som militären använder för att undvika misstag. I stället för att stava effektivt och enkelt R-O-U-T-E-R så använder man namn på varje bokstav “Rudolf-Olof-Urban-Tore-Erik-Rudolf”. Som du märker så blir det nästan omöjligt att missförstå, men varje bokstav tar upp mer plats och tar längre tid att säga.

Förutom overhead så sänker dessutom accesspunkten hastigheten ju sämre signalen blir. Om du pratar med någon och ni samtidigt går längre och längre bort från varandra så blir det enklare att höra vad den andra personen säger om man minskar talhastigheten och talar tydligare. På samma sätt gör Wi-Fi nät. För att du ska få den bästa tillgängliga hastigheten måste du vara inom ett ganska litet område runt accesspunkten så att du har perfekt täckning och signalstyrkan är alldeles perfekt.

Allt det här sammantaget gör att man sällan kan räkna med att få mer än hälften av den teoretiska hastigheten som utlovas i trådlösa standarder. Får du 25 Mbps på ett 54 Mbps nät så kan du alltså vara glad. Samma sak om du får 700 Mbps på ett 1300 Mbps nät.

Wi-Fi är (normalt sett) Halv Duplex

Wi-Fi är normalt sett Halv Duplex, precis som en hubb – bara en kan prata åt gången på samma radiokanal. Om två pratar samtidigt så stör signalerna varandra. Det gör att Wi-Fi nätverk beter sig som typiska Halv Duplex nät.

Om du över huvud taget ska komma upp i några högre hastigheter så krävs det alltså att du är mer eller mindre ensam om att ladda hem något. Det är helt okay om flera är uppkopplade samtidigt, för datorerna är normalt sett ganska tysta. Det viktiga är hur många datorer som pratar. Om två trådlösa datorer laddar hem stora filer på samma gång så får varje dator mindre än hälften av bandbredden var.

Ju fler datorer man kopplar upp på det trådlösa nätet desto sämre blir också bandbredden, och desto mer ökar risken för krockar och problem.

Det finns dock ett undantag, och det är om enheterna använder de absolut senaste 802.11ac standarderna med stöd för MU-MIMO, vilket är en teknik för att låta flera enheter prata samtidigt på samma radiokanal utan att de stör varandra. Läs mer om MIMO på nästa sida.

Föregående avsnitt:
Trådlöst

Nästa avsnitt:
MIMO och Kanalbredder