Wi-Fiが2.4 Gbit / sで実行できないのはなぜですか？

それで、Wi-Fiは2.4 GHz帯域で動作します（そして新しいものは5 GHz）？これは、Wi-Fiアンテナが毎秒24億の矩形波パルスを出力することを意味しますか？

だから私は、なぜすべてのパルスでデータを送信できず、2.4 Gbit / sでデータを送信できないのだろうと思っていましたか？その50％がデータエンコーディングであったとしても、1.2 Gbit / sのままです。

または、Wi-Fiが正しく動作しないという概念がありますか...？

と混同bandしていbandwidthます。

• バンド-キャリアの周波数。
• 帯域幅-信号の幅、通常はキャリアの周り。

したがって、典型的な802.11b信号は2.4GHzキャリアで動作する可能性があります-帯域-帯域の22MHzのみを占有します。

リンクのスループットを決定するのは帯域ではなく、帯域です。バンドは車線として最もよく考えられます。複数の人が同時に異なるレーンでデータを転送している場合があります。

一部のレーンはより大きく、より多くのデータを運ぶことができます。いくつかは小さいです。音声通信は通常、約12kHz以下です。新しいWiFi規格では、最大160MHzの帯域幅が許可されています。

送信される帯域幅とビットは本質的にリンクされていますが、そこにも変換があり、効率に関連していることに注意してください。最も効率的なプロトコルは、帯域幅のHzあたり10ビット以上を送信できます。Wifi a / gの効率はヘルツあたり2.7ビット/秒なので、20MHz帯域幅で最大54Mbpsを送信できます。新しいWiFi規格は、1 Hzあたり5 bpsを超えています。

つまり、毎秒2ギガビットが必要な場合、実際には2 GHzの帯域幅は必要なく、高いスペクトル効率が必要なだけであり、今日では非常に効率的な変調に加えてMIMOテクノロジーを使用することがよくあります。たとえば、最大3.2Gbpsの合計スループットを提供する802.11ac wifiルーターを購入できるようになりました（Netgear Nighthawk X6 AC3200）。

Wifi信号の帯域幅は2.4GHzのようなものではなく、20または40MHZです。

あなたが提案しているもの（ベースバンド2.4GHz）は、通信の単一チャネルのためにEMスペクトラム全体を2.4GHzまで使い果たします。

これからわか​​るように、それはすでに他のさまざまなことによく使われています：

基本的に、2.4GHzキャリアはデータを送信するために少し揺らされており、キーフォブリモコン、AM / FMラジオ、船舶や航空機のトランスポンダーなどの他のアプリケーションに十分なスペクトルを残しながら、多くのチャネルを同時に送信できます。など。

2.4 GHz Wi-Fi信号が900/1800 MHz携帯電話信号、100 MHz FM信号、およびその他のさまざまな信号の踏みつけを回避するために、信号の許容量には厳しい制限があります2.4 GHz正弦波とは異なります。それは「帯域幅」を理解する素人の方法です。

たとえば、1つの送信機を2412 MHzに、もう1つの送信機を2484 MHzに持つ点は、受信機が対象の信号以外のすべての信号をフィルターで除去できるということです。 。

さて、信号を取り、2422 MHzを超えるものと2402 MHzを下回るものをすべて除去すると、2412 MHzの正弦波からそれほど逸脱することのできないものが残ります。これが、周波数フィルタリングの仕組みです。

私は多少では、いくつかの画像を追加し、この答えに拡大してきたこの答え。

Wi-Fiで使用される搬送周波数は2.4 GHzですが、チャネル幅はこれよりはるかに小さくなっています。Wi-Fiは、20 MHzまたは40 MHzの広いチャネルと、これらのチャネル内のさまざまな変調方式を使用できます。

2.4 GHzの変調されていない正弦波は帯域幅をゼロで消費しますが、情報をゼロで送信します。搬送波を振幅と周波数で変調すると、データを送信できます。搬送波の変調速度が速いほど、より多くの帯域幅が消費されます。2.4 GHz正弦波を10 MHz信号でAM変調すると、結果は2.39 GHzから2.41 GHzの範囲の周波数で20 MHzの帯域幅を消費します（10 MHzと2.4 GHzの合計と差）。

現在、Wi-FiはAM変調を使用していません。802.11nは、実際には広範囲の異なる変調形式をサポートしています。変調形式の選択は、チャネルの品質（信号対雑音比など）に依存します。変調形式には、BPSK、QPSK、およびQAMが含まれます。BPSKおよびQPSKは、バイナリおよび直交位相シフトキーイングです。QAMは直交振幅変調です。BPSKとQPSKは、2.4 GHz搬送波の位相をシフトすることにより機能します。送信機が搬送波位相を変更できるレートは、チャネル帯域幅によって制限されます。BPSKとQPSKの違いは粒度です。BPSKには2つの異なる位相シフトがあり、QPSKには4つの位相シフトがあります。これらの異なる位相シフトは「シンボル」と呼ばれ、チャネル帯域幅は、1秒間に送信できるシンボルの数を制限しますが、シンボルの複雑さは制限しません。信号対雑音比が良好な場合（信号が多く、ノイズが少ない場合）、QPSKは同じシンボルレートでより多くのビットを移動するため、BPSKよりも優れたパフォーマンスを発揮します。ただし、SNRが悪い場合は、信号に含まれるノイズがレシーバーのミスを引き起こす可能性が低いため、BPSKの方が適しています。受信機は、2つの位相シフトがある場合よりも、4つの可能な位相シフトがある場合に特定のシンボルがどの位相シフトで送信されたかを把握するのが困難です。

QAMは、振幅変調を追加することでQPSKを拡張します。その結果、完全に余分な自由度が得られます-現在、送信信号はさまざまな位相シフトと振幅の変化を使用できます。ただし、自由度が高いほど、許容できるノイズが少なくなります。SNRが非常に良好な場合、802.11nは16-QAMおよび64-QAMを使用できます。16-QAMには16の異なる振幅と位相の組み合わせがあり、64-QAMには64があります。各位相シフト/振幅の組み合わせはシンボルと呼ばれます。BPSKでは、シンボルごとに1ビットが送信されます。QPSKでは、シンボルごとに2ビットが送信されます。16-QAMではシンボルごとに4ビットを送信できますが、64-QAMでは6ビットを送信できます。シンボルを送信できるレートは、チャネル帯域幅によって決まります。802.11nは、1秒あたり1300万または1440万のシンボルを送信できると思います。802.11nは、20 MHzの広い帯域幅と64 QAMで、72 Mbit /秒を転送できます。

複数のパラレルストリームに対してその上にMIMOを追加し、チャネル幅を40 MHzに増やすと、全体のレートは600 Mbit /秒に増加する可能性があります。

データレートを上げたい場合は、チャネル帯域幅またはSNRを増やすことができます。FCCと仕様は帯域幅と送信電力を制限します。指向性アンテナを使用して受信信号強度を改善することは可能ですが、ノイズフロアを下げることはできません。その方法を理解できれば、莫大なお金を稼ぐことができます。

第一に、空中でたくさんの方形波を行うことで、信号を取得して受信することはできません。データを変調するために、搬送波（特定の周波数で動作）を使用します。これは、同じ周波数の波を生成するレシーバーを使用してデータを復調できるという考え方です。変調により、生の搬送波周波数で明らかと思われるデータ量が削減されますが、何らかの搬送波がなければ、データをランダムノイズと区別することができないため、データを復元できません。このキャリア信号の帯域幅が実際の速度を定義するものであることに注意してください。帯域幅は、変調技術が実際の周波数を純粋な搬送周波数からどれだけ変化させるかです。ただし、完全な1：1の比率（上記で説明したとおりではない）を想定しても、低レベルのワイヤレスプロトコルのオーバーヘッドを考慮する必要があり、これにより有効な速度が低下します。第二に、それ自体にオーバーヘッドがある上位レベルのプロトコル（通常はTCP / IPスタック）のオーバーヘッドがあり、それによって有効な速度が低下します...より高いレベルのプロトコルによって）、データ帯域幅をさらに削減します。実際の理論的なデータ帯域幅が与えられたとしても、実際のデータ帯域幅が小さくなる可能性がある理由として、これらおよび他の多くの理由があります。その後、送信中に破損したデータを再送信する可能性があり（これも通常、より高いレベルのプロトコルで処理されます）、データ帯域幅をさらに削減します。実際の理論的なデータ帯域幅が与えられたとしても、実際のデータ帯域幅が小さくなる可能性がある理由として、これらおよび他の多くの理由があります。その後、送信中に破損したデータを再送信する可能性があり（これも通常、より高いレベルのプロトコルで処理されます）、データ帯域幅をさらに削減します。実際の理論的なデータ帯域幅が与えられたとしても、実際のデータ帯域幅が小さくなる可能性がある理由として、これらおよび他の多くの理由があります。

これは実に非常に複雑なトピックです。ただし、簡単な答えを1つ挙げると、それは、FCCがWi-Fi通信に使用できる帯域幅と送信機電力を管理するルールを備えているためです。これは、さまざまなタイプの無線通信（携帯電話、wifi、bluetooth、am / fmラジオ、テレビなど）にEMスペクトルを使用しようとしている他の多くの人々がいるためです。実際、キャリア周波数（2.4GHz）は、通信の帯域幅（または、達成できるデータレート）とはほとんど関係がありません。

前述したように、帯域と帯域幅は混乱しています。ただし、直観的な説明を提供する回答はありません。

直感的な説明は、スピーカーセットで行うことができます。1と0を示す高音と低音が鳴ります。高音と低音を交互に切り替えてデータを転送します。トーン自体の周波数は、高音と低音を交互にどれだけ速くするかに関係しません（以下を参照）。

Wi-Fi波は音波によく似ています。それらは搬送波であり、ブロック波信号を受け取り、それを高周波および低周波に変換します。唯一の違いは、高周波と低周波が非常に近く、2.4GHzを中心としていることです。

次に、上限が必要な部分について説明します。「ビープ」システムを使用する場合：1つの音波の間にビープ音のトーン周波数（バンド）を10回変更することはもちろんできません。そのため、変化の頻度が明確なビープ音として聞こえるとき、およびそれが単なる奇妙な歪んだビープ音であるときの下限があります。周波数を変更できるレートは帯域幅と呼ばれます。帯域幅が狭いほど、ビープ音がはっきりと聞こえるようになります（したがって、受信が悪い場合のリンク速度は遅くなります）。

$$C = Wlog_{2}(1+SNR)$$ ビット/秒単位の容量。ここで、容量とは、所定のWにわたる所望の情報レートがC未満である場合、所定のSNRでエラー確率情報転送を事実上ゼロにできる十分な複雑さのエラー訂正コードがあることを意味します。これは、キャリア周波数とは関係がなく、FCC規制に間接的にのみ関連しています。FCCは、どの帯域幅でどれだけの電力を送信できるかを決定します。SNRは希望する距離、電力、帯域幅に依存するため、設計者は伝送システムの複雑さとテクノロジーを決定し、ユーザーは最大情報レートを決定します。 FCCが許可します。システムがかなり静的なPSTNでは、4kHzの公称帯域幅で1024の波形を使用する変調形式があり、その結果、理論的な40kbit / secの情報レートになります！モバイルチャネルでその複雑さを達成できる場合、十分に高いSNRで〜10x20 = 200Mbit / secが得られる可能性があるため、十分に高いことに重点を置いています！搬送周波数が高いほど、伝搬損失は大きくなりますが、RF回路を十分に高いが先験的に与えられた帯域幅で動作させるのは簡単です。

実装方法にはさまざまなバリエーションがありますが、無線通信では一般に、送信する情報を含む低周波信号を取得し、変調と呼ばれる手法を使用してより高い周波数範囲に変換します。おそらく、さまざまな周波数の組み合わせを含む2つの信号が与えられた場合に、「ブラックボックス」の観点から考えるのが最も簡単です。オリジナルに存在する信号のすべての組み合わせに対して、和と差の周波数は、オリジナルの信号の強度。0〜10KHzの範囲の周波数と720,000Hzの正弦波[WGN-720シカゴで使用される搬送波]を含む音声信号を入力すると、ボックスから710,000Hz〜710,000Hzの範囲の周波数のみを含む信号を受信します。 730,000Hz。受信機がその信号を720,000Hzの正弦波とともに同様のボックスに送ると、そのボックスから0-10Khzの範囲の信号と、1,430,000Hzから1,450,000Hzの範囲の信号を受信します。0-10Khzの信号は元のものと一致します。1,430,000Hzから1,450,000Hzの範囲のものは無視できます。

WGNに加えて、他のステーションが放送している場合（WBBM-780など）、後者によって送信される770,000Hzから790,000Hzの範囲の信号は、受信機によって50,000Hzから70,000Hzの範囲の信号に変換されます（ 1,490,000Hzから1,510,000Hzまで）。ラジオ受信機は、目的のオーディオには10,000Hzを超える周波数が含まれないという前提で設計されているため、それより高い周波数はすべて無視できます。

WiFiデータは、送信前に2.4GHz付近の周波数に変換されますが、対象となる「実際の」周波数ははるかに低くなります。WiFi送信が他のブロードキャストと干渉するのを避けるために、WiFi送信は、受信する可能性のある不要な周波数コンテンツが探しているものとは十分に異なる他の送信で使用される周波数から十分に離れている必要があります拒否します。

無線設計への「ブラックボックス」ミキサーアプローチは、少し単純化されていることに注意してください。理論的には、無線受信機がフィルタ処理されていない信号で周波数結合回路を使用し、出力をローパスフィルタリングすることは可能ですが、一般に複数のフィルタリングと増幅のステージを使用する必要があります。さらに、さまざまな理由により、無線受信機は実際の対象搬送周波数ではなく、一定量だけ高いまたは低い調整可能な周波数と着信信号を混合することが容易です（「*ヘテロ*ダイン」という用語は「異なる」周波数の使用）、結果の信号をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を目的の最終周波数に変換します。それでも、

簡単な答えは、それができるということです。 希望する任意の信号で「任意の」搬送波を変調できます。

誰かがそれを行うことが許可されていると仮定すると、質問は、それがどれほど役立つかということです。この質問に答えるには、キャリアを変調するとどうなるかを理解する必要があります。1 MHz（1,000 KHz）で動作するキャリアを取り上げて、0から100 KHzまで変化する信号で変調します。信号の「混合」により、900〜1,100 KHzの範囲の信号が生成されます。同様に、0〜1,000 KHzを使用すると、生成される信号の範囲現在は0〜2,000 KHzになります。これらの信号をアンテナに適用すると、0〜2,000 KHzの範囲の信号が送信されます。2人以上の「近くの」人が同じことをすると、信号は互いに干渉し、受信機は情報を検出できなくなります。アンテナへの電力を制限すると、2人以上の個人が十分に離れていれば、ほとんど干渉することなく「動作」できます。

理論的には、1つの送信機はEMスペクトル全体を使用して動作できますが、他の人も使用したいので非現実的です。また、リソースが制限され、需要が供給を超える他の状況と同様に、リソースは「カット」する必要がありますアップ」、共有、制限、および制御されます。