Wi-Fiネットワークポイントから遠ざかるほど、Wi-Fiを介したネットワークの速度が低下することはよく知られています。しかし、なぜそうなるのでしょうか？無線信号は本質的に光の速度で伝搬するため、信号伝搬だけでは距離は妥当な範囲（数千km / mile）の要因にはなりません。

私の理論では、ネットワークパケットが送信されるたびに、その場所に到着しないか、破損したデータで到着するか、間違った順序で到着する可能性があり、この確率は距離の増加とともに増加し、TCPを強制しますパケットを送信して再送信するためのレイヤー。この送信および再送信プロセスには、定量化可能な時間がかかります。1つのパケットが顕著な遅延を提供するのに十分ではありませんが、3つのパケットのうち1つを再送する必要があり、すべてのパケットが反対側で正しい順序に戻される場合、余分な時間がかかります。しかし、それは私の理論です。本当の答えは何ですか？

説明

したがって、光の速度は（実際には）それとは関係ありません、あなたは正しいです。

WiFiは、2つのステーション間のリンクの品質に基づいて送信モードを選択します。リンクが悪いほど、より堅牢な伝送が必要になります。悪化する1つの方法は、リンクを長くすることです。これは、受信側に到達する信号エネルギーが少なくなることを意味します。つまり、受信機に固有のノイズと受信信号の比率が悪化します。これは通常、SNR（信号対雑音比）として測定されます。だから、それは距離がこれに直接入る方法です。

伝送をより堅牢にするために、WiFi（IEEE802.11 a / g / n / ac…）にはさまざまな機能があります。

1. あまり細かくない変調を使用します。以前にデジタルワイヤレス通信を扱ったことがある場合、基本的には単なる複素数であるシンボルセットの1つで搬送波を変調することで情報が転送されることを聞いたことがあるかもしれません。シンボルのセットが大きいほど、送信する各シンボルでより多くのビットを転送できますが、これらのシンボルは互いに近くなります。近いほど、誤って別のシンボルになってしまうために必要なノイズ電力が少なくなります。そのため、速度を上げる必要がある場合、通常は多くのシンボルを含むコンスタレーションを使用しようとしますが、受信電力と比較して非常に小さなノイズしか許容できません。つまり、高いSNRが必要です。
2. ワイヤレスリンク（通常、すべての重要なデータリンク）は、チャネルコーディングと呼ばれるものを使用し、特に前方誤り訂正：基本的には、データに冗長性を追加します（たとえば、同じデータを2回繰り返す、チェックサムを追加する、または他の多くの方法で）。チャンネルコードとデコーダーを巧みに設計している場合、冗長性が増すと、多くのエラーを修正できます。冗長性が高いほど、エラー修正が多くなります。それの欠点は、もちろん、より多くの「興味深い」データを転送する代わりに、その冗長性を転送することを余儀なくされることです。したがって、多くのエラーに対処するために冗長性として元のデータの2倍の量を追加するチャネルコードを使用する場合（1を参照）、実際のペイロードには物理ビットレートの1/3しか使用できませんビット。

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高度な解説

Wi-Fiネットワークポイントから遠ざかるほど、Wi-Fiを介したネットワークの速度が低下することはよく知られています。

常識は、いつものように、非常に単純化しすぎています。上で説明したように、一般的な傾向は正しいです。

マルチパスチャンネルは、物事が距離とともに単調に下り坂にならないことを意味します

しかし、WiFiは通常屋内で使用されます。これらの設定には、強力なマルチパスシナリオと呼ばれるものがあります。つまり、壁、家具、一般的な環境での反射により、さまざまな種類の信号の自己干渉が発生する可能性があります。そして、それは、トランスミッターに比較的近いにもかかわらず、レシーバーが何も見えないことを意味する可能性があります。なぜなら、2つのパスにはたまたま波長の半分の差があり、互いに打ち消し合うからです。

したがって、一般的な屋内マルチパスの場合、一般に「さらに遠くに」と言うことはできません。通常、それははるかに簡単ではありません。この現象をフェージングと呼びます（この場合、おそらく小規模なフェージングです）。

ロバストネスゲインのチャネルダイバーシティ

次に、最新のWiFi規格がMIMO（複数入力、複数出力）をサポートします。これは基本的に、リンクの両端に複数のアンテナがあることを意味します。アイデアは、送信アンテナ1から受信アンテナ1（1-> 1と呼びましょう）は、送信アンテナ2から受信アンテナ1（チャネルはランダムです！） 2-> 1）、1-> 2、2-> 2などのようになります。

これらの物理的に異なるチャネルは、上記のフェージングの問題に役立ちます。マルチパスチャネル1-> 1は、それ自体をキャンセルするとランダムにひどく傷つく可能性がありますが、1-> 2でも大丈夫かもしれません。平均的な「不良確率」は、アンテナの数とともに減少します。いいね！つまり、チャネルの無相関性が高いほど（つまり、1つのチャネルで障害が発生する可能性が低いほど、他のチャネルも不良であるということを意味します）、伝送が向上します。

それはまた、「非常に近い」は本質的に「非常に良い」ではないことを意味します。これは、おそらく、異なるアンテナがほぼ同じチャネル認識を見るため、「nah」の「セキュリティ」すべてのチャンネルが同時に悪いということはまずありません」。

楽しさと利益のためにMIMOを採用（およびより高いレート）

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

$\mathbf s$$\mathbf H$

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

問題は、おそらく送信と受信の間に多くの完全に独立したチャネルを持ちたいということです。つまり、1つのアンテナから1つのアンテナに送信しても、他のすべてのアンテナペアには影響しません。次に、データの複数のストリームを並行して送信できます。これにより、伝送速度が大幅に向上します！

悲しいことに、上記の式は、各アンテナの受信信号を取得するために、何らかの方法ですべての送信信号を重み付けして加算する必要があることを示しています。うーん、悲しい。

$\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$$\min($$)$

そのため、アルゴリズムは非常に簡単になります。

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

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これはすべて、SVDが良好な結果を与える場合にのみ機能し、物理アンテナペアチャネルが十分に独立している場合にのみ発生します。つまり、MIMOの場合、近接とは、実際には中距離よりもさらに短い距離で送信できる可能性があることを意味します。（ある程度の距離を置いてから、パス損失の影響が支配的になり、常に悪化します。）

問題は、エミッター（ルーター）からレシーバー（ラップトップ）に移動するのにかかる時間ではなく、数メートルで無視できることではなく、距離とともに到達する電力です。

Friisの式を見てください。

ネットワークスループットは、通信チャネルを介したメッセージ配信の成功率です。受信電力が少ないと、メッセージが正しく受信されない可能性が高くなります。

ここでは、ノイズを考慮する必要があります。

距離対周波数での基本損失は、主にキャリアの開口面積fであり、波長の2乗に比例します。したがって、パス損失は、Friis Lossの支配的な項である低周波数ほど小さくなります。

2番目の最も一般的な問題は、アンテナの方向と放射パターンの損失の両方ですが、これは周波数依存性は低くなりますが、1/4波共振器とダイポールのトロイダルパターンです。最小信号またはヌルパターンは、アンテナの端を見下ろしています。

一部の建築材料の導電性および誘電性により、信号が場所全体に反射されます。ただし、これは、クラスB信号の-80dBm未満のフリンジ信号レベルでのライスフェージング損失の問題でもあり、これを超えると問題になり始めます。水からの地面反射のない見通し線は、マイクロ波の最適な伝送経路です。ただし、VHF以下では、大きな水域と電離層が反射体として機能し、信号の範囲を拡大します。しかし、より高い周波数では、反射により信号の歪みが大きくなり、ライスフェージングエラーが発生します。

各帯域には独自のエラーしきい値があり、20MHzまたは40MHzを使用する広帯域高速WiFiは、SNR対ノイズ帯域幅対BERに関するシャノンの法則により、しきい値が高くなっています。通常、最適なしきい値は最低のデータレートですが、設計によって異なります。WindowsでWiFiチップオプションを常に11Mbpsにロックして、自動モードよりもフリンジ信号レベルで高いスループットを得るため、パスの周りの人間の動きでもパケット損失と54MBps以上の高いデータレートでの隠された再試行を引き起こす可能性があるためです。シャノンの法則は、ここでもライスのフェージング効果と基本的なフリース損失効果から適用されます。

自動モードでは、パケット損失が大きすぎる場合、WiFiチップは常にモバイルモデムによってデータレートを自動的に低下させようとします。最初に、グループ遅延イコライゼーションのためにレシーバを再トレーニングしようとする場合があります。次に、エラー率が高すぎる場合は、より低いデータレートをネゴシエートします。これはシャノンの法則によるものです。ただし、これらのエコーとライスフェージングは​​このグループ遅延イコライゼーションに影響し、Wifiアンテナを動かすと、低信号レベルの建物でエコーが多い場所で再トレーニングが強制されることに注意してください。キャリアエコー強度の変化の結果、復調信号のアイパターンが歪むことになります。

私の経験では、モバイルルーターとWiFiルーターの間のエンドポイントが遠いほど、反射の可能性が高くなり、反射がキャンセルされてドロップアウトが発生する可能性が高くなります。これはライスフェージングと呼ばれ、-75dBm未満のフリンジフィールドレベルでのパケット損失のテスト結果からの最も一般的な原因です。

以下のnetおよびdlink-guestの信号は、タワーにWiFiドングルがあり、階下に引き出しに置かれた高出力Dlinkルーターがある私の2階のPCからのものです。ルーターのアンテナを移動すると、接続の瞬間的な喪失をユーザーが意識することなく、信号レベルを変更し、チャネルを切り替え、ネットからゲストに切り替えました。