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为什么房间的 Wi-Fi 信号这么差

来源:编程笔记 作者:猫哥_kaiye 时间:2016-08-24 TAG: 我要投稿

 最近把家里主卧整成了个小影院,由于之前房子装修时网线端口与电源插口布置太少,导致家庭网络架设变得麻烦起来,最后终于通过「无线中继」技术达到了全屋满格 Wi-Fi 的效果。

在 Wi-Fi 架设过程中,我遇到了不少信号优化的问题,同时也理清了 2.4GHz 与 5GHz 的区别,接下来就和大家分享一下。

一、为什么 Wi-Fi 容易被干扰

Wi-Fi 是由 Wi-Fi 联盟组织持有的商标名,现在通常用来指代 IEEE 802.11x 网络标准中的无线局域网技术。常见的 Wi-Fi 工作频率为 2.4GHz,非常容易与周围其他设备发生信号干扰的问题。

微波炉与 ISM 频段

2.4GHz 这个数值最早来源于「微波炉」的工作频率(参考这里)。

1945 年,美国雷神公司一位工程师在研究微波雷达的时候,无意中发现 2.4GHz 频段的电磁波会使得口袋中的巧克力融化,从而发现了微波的热效应,发明了微波炉。

大量实验测量表明,2.450GHz 频率电磁波能很好的使得水分子等极性分子跟随电磁波发生振荡,从而在宏观上表现为食物被加热。

之后 2.4GHz 逐渐成为了各国通用的「ISM频段」之一,大量的工业、科研、医学、家用无线设备的工作频率都在这一频段,包括我们常见的蓝牙设备(2.402GHz - 2.480GHz)。

由此可见:

  1. 在雨天等潮湿环境下,Wi-Fi 信号会因为被水分子吸收而变差;
  2. 很多无线设备在 2.4GHz 频段下工作,导致 Wi-Fi 信号很容易被干扰。

信道阻塞

IEEE 802.11b/g/n 标准规定 2.4GHz Wi-Fi 的工作频率为 2.412 至 2.484GHz 之间,共 14 个不同中心频率的信道。大部分国家(包括中国)允许 1 至 13 号信道的使用,从下图可以看到除了 1、6、11 号信道以外,其他信道的工作频率都可能会与相邻信道频率发生冲突。

2.4GHz Wi-Fi 信道划分

不同无线路由器之间通过「载波侦听多路访问/碰撞避免」(CSMA/CA)策略来解决信道冲突的问题,当发生信道冲突时,随机一段等待时间再进行重试。

大部分路由器都会提供「自动选择信道」功能,我们也可以通过软件分析周围 Wi-Fi 环境,再手动选择一个最合适的信道。如下图,可通过 WiFi Explorer 分析周围 Wi-Fi 信号强度与信道选择情况。

WiFi Explorer 可分析 Wi-Fi 信道与信号强度

二、Wi-Fi 如何传播

Wi-Fi 信号本质上和电台广播、可见光、x 射线一样,是一种电磁波。

波长计算

科学家们通过光速公式 c = λf 测量出了光速 c,约为 3 乘 10 的 8 次方米每秒,计为 c = 3e8 m/s。

光速公式从实验的角度证明了「光速不变原理」,在此原理基础上,爱因斯坦推导出了广义相对论,推翻了「绝对时间」的概念,从而使时空旅行和时光机器在理论上成为可能。

c = λf

已知公式中,Wi-Fi 信号在空气中的传播速度约等于光速 c ,2.4GHz Wi-Fi 的频率 f = 2.4 x 1000 x 1000 x 1000 Hz,计为 2.4e9 Hz,代入以上公式解得, λ = c/f = 3e8 / 2.4e9 = 0.125m,即 12.5 厘米。

Wi-Fi 的波长介于 1毫米至 1米之间,属于「微波」类型,日常生活中的大部分物品大小也属于这个范围。

电磁波谱的特征分布

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