بدايةً، يجب أن نوضح أن تقنية الجيل الخامس للاتصالات (5G) تختلف عن شبكة الواي فاي بتردد 5 جيجاهرتز التي سنتحدث عنها اليوم. تقنية الجيل الخامس للاتصالات هي اختصار لشبكات الجيل الخامس للهواتف المحمولة، والتي تشير أساسًا إلى تقنية الاتصالات الخلوية. أما تقنية الجيل الخامس التي نتحدث عنها هنا فتشير إلى تردد 5 جيجاهرتز في معيار الواي فاي، أي إشارة الواي فاي التي تستخدم نطاق تردد 5 جيجاهرتز لنقل البيانات.
تدعم معظم أجهزة الواي فاي المتوفرة في السوق حاليًا نطاق تردد 2.4 جيجاهرتز، بينما تدعم الأجهزة الأفضل كلا النطاقين، أي 2.4 جيجاهرتز و5 جيجاهرتز. وتُسمى هذه الموجهات اللاسلكية ذات النطاق العريض بموجهات لاسلكية ثنائية النطاق.
لنتحدث عن نطاقي 2.4 جيجاهرتز و 5 جيجاهرتز في شبكة الواي فاي أدناه.
يمتد تاريخ تطوير تقنية الواي فاي إلى 20 عامًا، بدءًا من الجيل الأول 802.11b إلى 802.11g و802.11a و802.11n، وصولًا إلى 802.11ax الحالي (WiFi6).
معيار واي فاي
الواي فاي هو اختصار فقط، وهو في الواقع جزء من معيار الشبكة المحلية اللاسلكية 802.11. منذ ظهوره عام 1997، تم تطوير أكثر من 35 إصدارًا بأحجام مختلفة. من بينها، تم تطوير ستة إصدارات أكثر نضجًا من معيار 802.11a/b/g/n/ac.
IEEE 802.11a
معيار IEEE 802.11a هو معيار مُنقّح من معيار 802.11 الأصلي، وقد تمت الموافقة عليه عام 1999. يستخدم معيار 802.11a نفس البروتوكول الأساسي للمعيار الأصلي. يعمل بتردد 5 جيجاهرتز، ويستخدم 52 ناقلة فرعية بتقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد، ويبلغ الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات الخام 54 ميجابت/ثانية، وهو ما يُلبي متطلبات معدل نقل البيانات المتوسط للشبكة الفعلية (20 ميجابت/ثانية).
نظراً للازدحام المتزايد في نطاق تردد 2.4 جيجاهرتز، يُعدّ استخدام نطاق تردد 5 جيجاهرتز تحسيناً هاماً لمعيار 802.11a. مع ذلك، يُثير هذا الاستخدام بعض المشاكل. فمدى الإرسال ليس بجودة معيار 802.11b/g؛ ومن الناحية النظرية، تُعدّ إشارات 5 جيجاهرتز أكثر عرضةً للحجب والامتصاص بواسطة الجدران، لذا فإن تغطية 802.11a ليست بجودة 802.11b. كما أن 802.11a عُرضة للتداخل، ولكن نظراً لقلة إشارات التداخل القريبة، فإن 802.11a عادةً ما يتمتع بمعدل نقل بيانات أفضل.
IEEE 802.11b
معيار IEEE 802.11b هو معيار للشبكات المحلية اللاسلكية. تردد الموجة الحاملة هو 2.4 جيجاهرتز، مما يوفر سرعات نقل متعددة تبلغ 1 و2 و5.5 و11 ميجابت/ثانية. يُشار إليه أحيانًا خطأً باسم Wi-Fi. في الواقع، Wi-Fi هي علامة تجارية مسجلة لتحالف Wi-Fi. تضمن هذه العلامة التجارية فقط إمكانية تعاون الأجهزة التي تستخدمها، ولا علاقة لها بالمعيار نفسه. في نطاق تردد ISM البالغ 2.4 جيجاهرتز، يوجد 11 قناة بعرض نطاق ترددي 22 ميجاهرتز، وهي 11 نطاق تردد متداخل. المعيار الذي خلف IEEE 802.11b هو IEEE 802.11g.
IEEE 802.11g
تم اعتماد معيار IEEE 802.11g في يوليو 2003. يبلغ تردد الموجة الحاملة فيه 2.4 جيجاهرتز (كما في معيار 802.11b)، ويتضمن 14 نطاقًا تردديًا، وتبلغ سرعة النقل الأصلية 54 ميجابت/ثانية، بينما تبلغ سرعة النقل الصافية حوالي 24.7 ميجابت/ثانية (كما في معيار 802.11a). وتتوافق أجهزة 802.11g مع الإصدارات السابقة من معيار 802.11b.
وفي وقت لاحق، قام بعض مصنعي أجهزة التوجيه اللاسلكية بتطوير معايير جديدة تستند إلى معيار IEEE 802.11g استجابة لاحتياجات السوق، وزادوا سرعة الإرسال النظرية إلى 108 ميجابت/ثانية أو 125 ميجابت/ثانية.
IEEE 802.11n
يُعدّ معيار IEEE 802.11n معيارًا تم تطويره استنادًا إلى معيار 802.11-2007 من قِبل فريق عمل جديد شكّله معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) في يناير 2004، وتمت الموافقة عليه رسميًا في سبتمبر 2009. يُضيف هذا المعيار دعمًا لتقنية MIMO، مما يسمح بعرض نطاق لاسلكي يبلغ 40 ميجاهرتز، وتصل سرعة الإرسال القصوى النظرية إلى 600 ميجابت/ثانية. في الوقت نفسه، وباستخدام رمز كتلة الفضاء الزمني الذي اقترحه علموتي، يُوسّع المعيار نطاق نقل البيانات.
IEEE 802.11ac
معيار IEEE 802.11ac هو معيار قيد التطوير للاتصالات اللاسلكية عبر شبكات الحاسوب، ويستخدم نطاق التردد 6 جيجاهرتز (المعروف أيضًا بنطاق التردد 5 جيجاهرتز) للاتصالات اللاسلكية المحلية (WLAN). نظريًا، يمكنه توفير عرض نطاق ترددي لا يقل عن 1 جيجابت في الثانية للاتصالات اللاسلكية المحلية متعددة المحطات، أو 500 ميجابت في الثانية على الأقل لعرض نطاق نقل البيانات لاتصال واحد.
تعتمد هذه التقنية مفهوم واجهة الهواء المشتق من معيار 802.11n وتوسعه، بما في ذلك: نطاق تردد لاسلكي أوسع (يصل إلى 160 ميجاهرتز)، وعدد أكبر من تدفقات MIMO المكانية (يصل إلى 8)، وتقنية MU-MIMO، وتقنية إزالة التضمين عالية الكثافة (التضمين، حتى 256QAM). وهي تُعدّ خليفة محتملة لمعيار IEEE 802.11n.
IEEE 802.11ax
في عام 2017، كانت شركة برودكوم رائدة في إطلاق شريحة 802.11ax اللاسلكية. ولأن معيار 802.11ad السابق كان يعمل بشكل أساسي على نطاق تردد 60 جيجاهرتز، ورغم زيادة سرعة الإرسال، إلا أن تغطيته كانت محدودة، ليصبح بذلك تقنية وظيفية مساعدة لمعيار 802.11ac. ووفقًا لمشروع IEEE الرسمي، فإن الجيل السادس من تقنية Wi-Fi الذي ورث معيار 802.11ac هو 802.11ax، وقد تم إطلاق جهاز مشاركة يدعم هذا المعيار منذ عام 2018.
الفرق بين 2.4 جيجاهرتز و 5 جيجاهرتز
ظهر الجيل الأول من معيار الإرسال اللاسلكي IEEE 802.11 في عام 1997، لذلك تستخدم العديد من الأجهزة الإلكترونية بشكل عام ترددًا لاسلكيًا يبلغ 2.4 جيجاهرتز، مثل أفران الميكروويف وأجهزة البلوتوث وما إلى ذلك، فإنها ستتداخل إلى حد ما مع شبكة Wi-Fi بتردد 2.4 جيجاهرتز، وبالتالي تتأثر الإشارة إلى حد ما، تمامًا مثل الطريق الذي تسير فيه العربات التي تجرها الخيول والدراجات والسيارات في نفس الوقت، وتتأثر سرعة السيارات بشكل طبيعي.
تستخدم شبكة الواي فاي بتردد 5 جيجاهرتز نطاق تردد أعلى لتقليل ازدحام القنوات. فهي تستخدم 22 قناة دون تداخل بينها. وبالمقارنة مع 3 قنوات في شبكة 2.4 جيجاهرتز، فإنها تقلل ازدحام الإشارة بشكل ملحوظ. لذا، فإن سرعة نقل البيانات في شبكة 5 جيجاهرتز أسرع بخمسة أضعاف من شبكة 2.4 جيجاهرتز.
يمكن لنطاق تردد Wi-Fi بتردد 5 جيجاهرتز باستخدام بروتوكول الجيل الخامس 802.11ac أن يصل إلى سرعة نقل تبلغ 433 ميجابت في الثانية ضمن نطاق ترددي 80 ميجاهرتز، وسرعة نقل تبلغ 866 ميجابت في الثانية ضمن نطاق ترددي 160 ميجاهرتز، مقارنةً بمعدل نقل 2.4 جيجاهرتز الذي يبلغ 300 ميجابت في الثانية، وقد تحسنت هذه السرعة بشكل كبير.
5 جيجاهرتز بدون عوائق
ومع ذلك، فإن شبكة الواي فاي بتردد 5 جيجاهرتز لها عيوبها أيضاً. تكمن عيوبها في مسافة الإرسال وقدرتها على تجاوز العوائق.
بما أن الواي فاي عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، فإن طريقة انتشارها الرئيسية هي الانتشار في خط مستقيم. وعندما تصطدم بعوائق، فإنها تُحدث اختراقًا وانعكاسًا وانعراجًا وغيرها من الظواهر. ومن بين هذه الظواهر، يُعد الاختراق هو الأهم، بينما يحدث جزء صغير من الإشارة نتيجة الانعكاس والانعراج. وتتمثل الخصائص الفيزيائية للموجات الراديوية في أنه كلما انخفض التردد، زاد طول الموجة، وقل الفقد أثناء الانتشار، واتسع نطاق التغطية، وأصبح تجاوز العوائق أسهل؛ وكلما ارتفع التردد، قل نطاق التغطية، وصعب تجاوز العوائق.
لذلك، فإن إشارة الجيل الخامس ذات التردد العالي والطول الموجي القصير لها منطقة تغطية صغيرة نسبيًا، وقدرتها على المرور عبر العوائق ليست جيدة مثل 2.4 جيجاهرتز.
من حيث مسافة الإرسال، تصل تغطية شبكة الواي فاي بتردد 2.4 جيجاهرتز إلى 70 مترًا كحد أقصى داخل المباني، و250 مترًا كحد أقصى في الأماكن المفتوحة. أما شبكة الواي فاي بتردد 5 جيجاهرتز، فلا تتجاوز تغطيتها 35 مترًا داخل المباني.
يوضح الشكل أدناه مقارنة لتغطية برنامج Ekahau Site Survey بين نطاقي التردد 2.4 جيجاهرتز و5 جيجاهرتز في المصمم الافتراضي. يمثل اللون الأخضر الداكن في المحاكاتين سرعة 150 ميجابت في الثانية. يشير اللون الأحمر في محاكاة 2.4 جيجاهرتز إلى سرعة 1 ميجابت في الثانية، بينما يشير اللون الأحمر في محاكاة 5 جيجاهرتز إلى سرعة 6 ميجابت في الثانية. كما تلاحظ، فإن تغطية نقاط الوصول بتردد 2.4 جيجاهرتز أكبر قليلاً، لكن السرعات على أطراف تغطية 5 جيجاهرتز أعلى.
5 جيجاهرتز و2.4 جيجاهرتز ترددات مختلفة، ولكل منها مزايا لشبكات الواي فاي، وقد تعتمد هذه المزايا على كيفية تنظيم الشبكة - خاصة عند مراعاة المدى والعوائق (الجدران، وما إلى ذلك) التي قد تحتاج الإشارة إلى تغطيتها. هل هذا كثير جدًا؟
إذا كنت بحاجة لتغطية مساحة أكبر أو اختراق أفضل للجدران، فإن تردد 2.4 جيجاهرتز هو الأنسب. أما في حال عدم وجود هذه القيود، فإن تردد 5 جيجاهرتز يُعد خيارًا أسرع. عند دمج مزايا وعيوب هذين النطاقين التردديين في نطاق واحد، باستخدام نقاط وصول ثنائية النطاق في الشبكات اللاسلكية، يُمكننا مضاعفة عرض النطاق الترددي اللاسلكي، وتقليل تأثير التداخل، والتمتع بشبكة واي فاي أفضل بشكل عام.
تاريخ النشر: 9 يونيو 2021