Pasmo 5GHz: jak dobrać częstotliwości i szerokość pasma.

Pasmo 5 GHz jest podstawą nowoczesnych sieci Wi-Fi: oferuje więcej kanałów niż 2,4 GHz i zwykle pozwala łatwiej zaplanować częstotliwości w środowiskach z wieloma punktami dostępowymi. Żeby jednak realnie wykorzystać ten potencjał, trzeba rozumieć dostępność kanałów w danym regionie, zasady DFS oraz wpływ szerokości kanału na pojemność i stabilność sieci.

Pasma radiowe, które potocznie nazywamy 5 GHz, są w rzeczywistości zbiorem kilku podzakresów. W europejskich wymaganiach technicznych dla urządzeń WAS/RLAN (czyli m.in. Wi-Fi) spotkasz podział na cztery podzakresy: 5 150–5 250 MHz (sub-band 1), 5 250–5 350 MHz (sub-band 2), 5 470–5 725 MHz (sub-band 3) oraz 5 725–5 850 MHz (sub-band 4).

Kanały Wi-Fi w 5 GHz są numerowane w sposób powiązany z częstotliwością środkową. W uproszczeniu: kolejne numery kanałów są oddalone o 5 MHz, natomiast podstawową jednostką pracy w nowoczesnych sieciach jest kanał o szerokości 20 MHz, czyli cztery takie kroki. Z perspektywy planowania jest to istotne, bo wszystkie szersze kanały są w praktyce zlepkiem kanałów 20 MHz.

Standardowo spotkasz cztery szerokości kanału:

• 20 MHz – fundament planowania w sieciach o większej liczbie punktów dostępowych i użytkowników a także wysokich zakłóceniach.
• 40 MHz – połączenie dwóch kanałów 20 MHz; bardzo często wybierana szerokość kanału ze względu na kompromis między przepustowością i a stabilnością.
• 80 MHz – połączenie czterech kanałów 20 MHz; popularne w małych i średnich biurach, gdy priorytetem jest wysoka przepustowość dla pojedynczego urządzenia.
• 160 MHz – połączenie ośmiu kanałów 20 MHz; daje bardzo wysokie prędkości w warunkach laboratoryjnych, ale w praktyce bywa trudne do utrzymania w środowisku biurowym.

Im szerszy kanał, tym większa teoretyczna przepływność pojedynczego klienta, ale równocześnie mniej kanałów pozostaje do dyspozycji dla innych punktów dostępowych. To prosta zależność, która w firmach często przesądza o wyborze 20 MHz w gęstych instalacjach, nawet jeśli test prędkości na jednym laptopie wygląda wtedy mniej efektownie.

Warto też pamiętać o ograniczeniach implementacyjnych: niektóre kanały skrajne mogą wymuszać pracę w 20 MHz. Przykładowo producenci często wskazują, że kanał 165 jest dostępny wyłącznie przy szerokości 20 MHz.

Dobór kanału w firmie to decyzja o tym, jak sieć będzie dzielić czas radiowy (airtime) między wielu użytkowników i wiele punktów dostępowych. W Wi-Fi większość problemów wydajnościowych wynika nie z braku sygnału, ale z kolizji i współdzielenia medium.

W praktyce spotkasz dwa mechanizmy pogarszające jakość pracy, gdy kanały są dobrane nieoptymalnie:

1. Współkanałowość (co-channel interference, CCI) – kilka punktów dostępowych pracuje na tym samym kanale. Urządzenia znajdują się w zasięgu wzajemnego odbioru i zgodnie z mechanizmem dostępu do medium muszą czekać na swoją kolej. W efekcie czego spada pojemność sieci, rosną opóźnienia, a obraz i dźwięk w telekonferencjach jest przerywany.
2. Zakłócenia sąsiednio-kanałowe (adjacent channel interference, ACI) – kanały nachodzą na siebie częściowo. To scenariusz bardziej dotkliwy niż CCI, bo urządzenia nie zawsze potrafią poprawnie ocenić, czy medium jest zajęte, a sygnały w części pasma wchodzą sobie w drogę.
3. Ukryty węzeł (hidden node) – sytuacja, w której dwa urządzenia klienckie nie odbierają swoich transmisji (bo dzieli je np. duży dystans, ściany), ale oba mają łączność z tym samym punktem dostępowym. Wtedy CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – protokół wielodostępu do łącza ze śledzeniem stanu nośnika i unikaniem kolizji) nie zapobiega jednoczesnemu nadawaniu i pojawiają się kolizje u odbiornika, a potem retransmisje. Skutkuje to spadkiem przepustowości, wzrostem opóźnień i brakiem stabilności. 
4. Zbyt szeroki kanał w zatłoczonym eterze – szerszy kanał podnosi maksymalną przepustowość warstwy radiowej, ale równocześnie zużywa większy fragment pasma i zmniejsza liczbę dostępnych kanałów. W środowiskach z wieloma sieciami lub wieloma punktami dostępowymi prowadzi to do częstszego współdzielenia tego samego kanału, większego ryzyka nakładania się kanałów, a także wzrostu liczby retransmisji ramek.

W 5 GHz ACI pojawia się najczęściej wtedy, gdy wymusisz szerokości 80/160 MHz i jednocześnie próbujesz umieścić wiele komórek radiowych w tej samej przestrzeni. Kanał 80 MHz zajmuje cztery kanały 20 MHz, więc w budynku z kilkunastoma punktami dostępowymi szybko kończą się możliwości sensownego ponownego użycia kanałów w sąsiednich skrzydłach.

Dobór szerokości kanału powinien wynikać z trzech czynników:

• Gęstość sieci i liczba punktów dostępowych. Im więcej AP na tej samej powierzchni, tym częściej węższy kanał będzie właściwym wyborem.
• Profil ruchu. Jeśli dominują krótkie transakcje (aplikacje biznesowe, telefonia, terminale), ważniejsza jest pojemność i niskie opóźnienia niż wysoki wynik testu prędkości na jednym urządzeniu.
• Możliwości klientów. Część urządzeń IoT oraz starsze laptopy nie wykorzysta 80/160 MHz, a mimo to będzie zajmować ten sam czas radiowy.

Z perspektywy planowania warto przyjąć następujący sposób myślenia:

szerokość kanału jest narzędziem do zarządzania kompromisem między przepustowością pojedynczego klienta a pojemnością całej sieci.

Jeśli w biurze pracuje 20 osób i są 2–3 punkty dostępowe, 80 MHz może mieć sens. Jeśli jest 200 osób, telefonia Wi-Fi i kilkanaście AP, 20 MHz zwykle wygrywa.

Znaczna część pasma 5 GHz jest współdzielona z systemami radarowymi, dlatego obowiązuje DFS (Dynamic Frequency Selection). Zanim punkt dostępowy zacznie nadawać na kanale DFS, wykonuje Channel Availability Check (CAC), czyli nasłuch pod kątem sygnałów radarowych. W ETSI minimalny czas CAC wynosi 60 s, natomiast dla kanałów, których szerokość kanału „zahacza” o zakres 5600–5650 MHz, CAC wynosi 10 minut. Jeśli w trakcie pracy zostanie wykryty radar, AP musi opuścić kanał, co może powodować krótką przerwę i zmianę częstotliwości dla klientów.

Plan kanałów w 5 GHz to przede wszystkim dobór szerokości i zakresu kanałów. Dla przykładu 80 MHz poprawia szybkość pojedynczych klientów, ale w gęstych sieciach zmniejsza liczbę dostępnych kanałów i zwiększa współdzielenie czasu antenowego. DFS może realnie zwiększyć pojemność, jednak wiąże się z CAC oraz ryzykiem wymuszonej zmiany kanału i czasową blokadą powrotu. W praktyce dobieraj szerokość do gęstości, DFS włączaj selektywnie i ogranicz kontrolerowi zakres kanałów oraz szerokości, na których może pracować.