Il est de notoriété publique que plus vous vous éloignez d'un point de réseau Wi-Fi, plus le réseau sur Wi-Fi est lent. Mais pourquoi en serait-il ainsi? Les signaux radio se propagent essentiellement à la vitesse de la lumière et, par conséquent, à partir de la propagation du signal uniquement, la distance ne devrait pas être un facteur pour une portée raisonnable (milliers de km / miles).

Ma théorie est que chaque fois qu'un paquet réseau est envoyé, il y a une probabilité qu'il n'arrive pas à l'emplacement, arrivera avec des données corrompues ou arrivera dans le mauvais ordre, et cette probabilité augmente avec l'augmentation de la distance, forçant le TCP couche pour envoyer et renvoyer les paquets. Ce processus d' envoi et de réémission ne prendre une quantité quantifiable de temps. Il ne suffit pas qu'un seul paquet fournisse un retard notable, mais assez que si un paquet sur trois doit être renvoyé, puis que tous les paquets sont remis dans le bon ordre à l'autre extrémité, un délai supplémentaire sera pris. Mais c'est juste ma théorie. Quelle est la vraie réponse?

Explication

Donc, la vitesse de la lumière n'a (pratiquement) rien à voir avec ça, vous avez raison.

Le WiFi choisit un mode de transmission basé sur la qualité de la liaison entre deux stations. Plus le lien est mauvais, plus la transmission doit être robuste . Une façon d'aggraver est d'avoir une liaison plus longue, ce qui signifie que moins d'énergie du signal atteint l'extrémité de réception, ce qui signifie que le rapport entre le bruit inhérent au récepteur et le signal reçu s'aggrave; ceci est généralement mesuré comme SNR ( rapport signal / bruit). C'est ainsi que la distance entre directement en jeu.

Pour rendre une transmission plus robuste, le WiFi (IEEE802.11 a / g / n / ac…) fait différentes choses:

1. Utilisez une modulation moins fine. Si vous avez déjà traité des communications sans fil numériques, vous avez peut-être entendu dire que les informations sont transportées en modulant une onde porteuse avec l'un d'un ensemble de symboles, qui ne sont essentiellement que des nombres complexes. Plus cet ensemble de symboles est grand, plus vous pouvez transporter de bits avec chaque symbole que vous transmettez, mais aussi, plus ces symboles sont proches les uns des autres. Plus proche signifie que vous avez besoin de moins de bruit pour finir accidentellement dans un autre symbole. Donc, si votre vitesse doit être élevée, vous essayez généralement d'utiliser une constellation avec beaucoup de symboles, mais vous ne pouvez tolérer que très peu de bruit par rapport à votre puissance reçue, c'est-à-dire que vous avez besoin d'un SNR élevé.
2. Les liaisons sans fil (généralement, toutes les liaisons de données non triviales) utilisent ce que nous appelons le codage de canal , et en particulier la correction d'erreur directe: Il s'agit essentiellement d'ajouter de la redondance à vos données (par exemple sous la forme de répétition des mêmes données deux fois, ou en ajoutant une somme de contrôle, ou par beaucoup d'autres moyens). Si vous concevez intelligemment votre code de canal et votre décodeur, plus de redondance signifie que vous pouvez corriger beaucoup d'erreurs. Plus il y a de redondance, plus il y a de correction d'erreur. L'inconvénient de cela, bien sûr, c'est qu'au lieu de transporter des données plus «intéressantes», vous êtes obligé de transporter cette redondance. Donc, si vous utilisez un code de canal qui ajoute deux fois la quantité de données d'origine en tant que redondance pour pouvoir traiter un grand nombre d'erreurs (voir 1.), vous ne pouvez utiliser que 1/3 de votre débit physique pour la charge utile réelle morceaux.

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Commentaire avancé

Il est de notoriété publique que plus vous vous éloignez d'un point de réseau Wi-Fi, plus le réseau sur Wi-Fi est lent.

La connaissance commune, comme d'habitude, est une simplification grossière. La tendance générale est juste, plus on s'éloigne, moins il y a de puissance, comme expliqué plus haut.

Les canaux à trajets multiples signifient que les choses ne descendent pas de façon monotone avec la distance

Mais: le WiFi est généralement utilisé à l'intérieur. Dans ces paramètres, nous avons ce que nous appelons un scénario à trajets multiples fort. Cela signifie qu'en raison des réflexions sur les murs, les meubles, les choses qui se trouvent dans l'environnement général, vous pouvez obtenir différents types d'auto-interférence de signal. Et cela pourrait signifier que, bien que vous soyez relativement proche de l'émetteur, votre récepteur pourrait ne rien voir, car deux chemins se trouvent avoir une différence de chemin d'une demi-longueur d'onde et s'annulent.

Donc, pour les trajets multiples intérieurs typiques, vous ne pouvez généralement pas dire "plus loin, pire"; c'est généralement beaucoup moins facile. Nous appelons ce phénomène la décoloration (et dans ce cas, probablement la décoloration à petite échelle ).

Diversité des canaux pour des gains de robustesse

Ensuite: les normes WiFi les plus modernes prennent en charge MIMO (entrées multiples, sorties multiples), ce qui signifie essentiellement que vous avez plusieurs antennes à chaque extrémité d'une liaison. L'idée est que de l'antenne d'émission 1 à l'antenne de réception 1 (appelons cela 1-> 1) il y aura (avec une probabilité élevée) une réalisation de canal différente (les canaux sont aléatoires!) Que de l'antenne d'émission 2 à l'antenne de réception 1 ( 2-> 1), et 1-> 2, et 2-> 2, etc.

Ces canaux physiquement différents peuvent aider à résoudre le problème de décoloration mentionné ci-dessus. Bien que le canal multi-trajets 1-> 1 puisse, au hasard, être gravement blessé en s'annulant, 1-> 2 peut toujours être OK. Votre "probabilité de badness" moyenne diminue avec le nombre d'antennes. Agréable! Cela signifie que plus nos canaux ne sont pas corrélés (c'est-à-dire que moins une défaillance d'un canal signifie que les autres seront également mauvaises), meilleure est notre transmission.

Cela signifie également que "très proche" n'est pas intrinsèquement "très bon", car cela signifie également que, probablement, les différentes antennes voient à peu près la même réalisation de canal, de sorte que vous n'obtenez pas la "sécurité" de "nah, il est peu probable que toutes les chaînes soient mauvaises en même temps ".

Utiliser MIMO pour le plaisir et le profit (et des tarifs plus élevés)

$i$$j$$\mathbf h_{i,j}$$\mathbf H$

$\mathbf s$$\mathbf H$

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

Le problème est que nous aimerions probablement avoir beaucoup de canaux totalement indépendants entre l'émission et la réception, c'est-à-dire que ce que nous envoyons sur une antenne à une antenne n'a aucun effet sur toutes les autres paires d'antennes. Ensuite, nous pouvons envoyer plusieurs flux de données en parallèle . Cela nous donnera une augmentation sérieuse de la vitesse de transmission!

Malheureusement, cette équation ci-dessus dit que nous devons en quelque sorte peser et additionner tous les signaux d'émission pour obtenir le signal de réception de chaque antenne. Hm, triste.

$\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$$\min($$)$

Donc, l'algorithme devient assez simple:

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

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Tout cela ne fonctionne que si le SVD donne de bons résultats, et cela ne se produit que lorsque les canaux de paire d'antennes physiques sont suffisamment indépendants. Cela signifie que pour le MIMO, la proximité signifie que vous pouvez potentiellement transmettre encore moins que pour une distance moyenne, car la distance signifie qu'il y a plus de réflecteurs aléatoires différents sur le chemin. (Après une certaine distance, les effets de perte de trajectoire dominent et vous empirez toujours.)

Le problème n'est pas le temps qu'il faut pour passer de l'émetteur (routeur) au récepteur (votre ordinateur portable) qui comme vous le dites est négligeable à quelques mètres, mais la puissance qui arrive avec la distance.

Jetez un œil à la formule Friis .

Le débit du réseau est le taux de livraison réussie des messages sur un canal de communication. Avec moins d'énergie reçue, les chances qu'un message ne soit pas correctement reçu sont plus élevées.

Le bruit est quelque chose à prendre en compte ici.

La perte fondamentale avec la distance en fonction de la fréquence est principalement la taille de la zone d'ouverture du porteur f proportionnelle au carré de la longueur d'onde. Par conséquent, l'affaiblissement sur le trajet est moindre pour les fréquences inférieures, qui est le terme dominant dans l'affaiblissement Friis.

Le deuxième problème le plus courant est l'orientation à la fois de l'antenne et des pertes dans le diagramme de rayonnement, mais cela dépend moins de la fréquence que le diagramme torroïdal des résonateurs et dipôles 1/4 d'onde. Le signal minimal ou le motif nul regarde l'extrémité de l'antenne.

Les conducteurs et les diélectriques de certains matériaux de construction permettent aux signaux d'être réfléchis partout. Cependant, c'est également un problème pour les pertes de décoloration du riz dans les niveaux de signaux marginaux <-80dBm pour les signaux de classe B et commence à être un problème au-dessus de cela. La ligne de vue sans réflexion du sol par l'eau est le chemin de transmission optimal pour les micro-ondes. Cependant, pour les VHF et les niveaux inférieurs, une grande masse d'eau et l'ionosphère agissent comme des réflecteurs pour augmenter la portée d'un signal. Mais pour des fréquences plus élevées, les réflexions conduisent à des signaux plus déformés et provoquent des erreurs de fondu ricain.

Chaque bande a son propre seuil d'erreur et le WiFi haute vitesse à bande plus large utilisant 20 MHz ou 40 MHz a un seuil plus élevé en raison des lois de Shannon sur le SNR contre la bande passante du bruit contre le BER. Le meilleur seuil est généralement le débit de données le plus bas, mais dépend de la conception. Je verrouille toujours mes options de puce WiFi à 11 Mbps dans Windows pour obtenir un débit plus élevé dans les niveaux de signal marginaux que le mode automatique, car même le mouvement humain autour des chemins peut provoquer une perte de paquets et des tentatives cachées à des débits de données plus élevés comme 54 Mbps et plus. Encore une fois, les lois de Shannon s'appliquent ici à partir des effets de la décoloration ricéenne et des effets fondamentaux de la perte de Friis.

En mode automatique, une puce WiFi essaiera toujours de réduire automatiquement le débit de données par le modem mobile lorsque la perte de paquets est trop élevée. Tout d'abord, il peut essayer de recycler le récepteur pour l'égalisation du retard de groupe. Négociez ensuite un débit de données inférieur si le taux d'erreur est trop élevé. Cela découle de la loi de Shannon. Mais rappelez-vous que ces échos et la décoloration du riz affectent cette égalisation de retard de groupe et le déplacement des forces de l'antenne Wifi se recyclant là où il y a beaucoup d'échos dans un bâtiment à de faibles niveaux de signal. Le résultat des changements dans la force de l'écho de la porteuse est de fausser le motif de l'œil dans les signaux démodulés.

Mon expérience me dit que plus vos points de terminaison sont éloignés entre le routeur mobile et le routeur WiFi, plus il y a de chances de réflexions et plus de chances d'annulations de réflexions et plus d'abandons. C'est ce qu'on appelle la décoloration du riz et c'est la cause la plus courante de mes résultats de test pour la perte de paquets dans les niveaux de champ de frange inférieurs à -75 dBm.

Les signaux ci-dessous pour net et dlink-guest proviennent de mon PC à l'étage avec un dongle WiFi sur une tour et un routeur Dlink haute puissance en bas dans un tiroir. Le déplacement de l'antenne dans le routeur l'a fait changer de niveau de signal et changer de canal et du réseau à l'invité sans que l'utilisateur ne soit conscient de la perte momentanée de connectivité.