Innanzitutto, è importante chiarire che la comunicazione 5G non è la stessa cosa del Wi-Fi a 5 GHz di cui parleremo oggi. 5G è l'acronimo di reti mobili di quinta generazione, che si riferisce principalmente alla tecnologia di comunicazione mobile cellulare. Il 5G, invece, si riferisce ai 5 GHz dello standard Wi-Fi, ovvero al segnale Wi-Fi che utilizza la banda di frequenza a 5 GHz per trasmettere dati.
Quasi tutti i dispositivi Wi-Fi attualmente in commercio supportano la frequenza a 2,4 GHz, mentre i dispositivi più performanti supportano entrambe le frequenze, ovvero 2,4 GHz e 5 GHz. Questi router a banda larga sono chiamati router wireless dual-band.
Di seguito, analizzeremo le frequenze a 2,4 GHz e 5 GHz nella rete Wi-Fi.
Lo sviluppo della tecnologia Wi-Fi ha una storia di 20 anni, dalla prima generazione 802.11b alla 802.11g, 802.11a, 802.11n, fino all'attuale 802.11ax (Wi-Fi 6).
Standard Wi-Fi
Il termine WiFi è semplicemente un'abbreviazione. Si tratta in realtà di un sottoinsieme dello standard di rete locale wireless 802.11. Dalla sua nascita nel 1997, sono state sviluppate più di 35 versioni di diverse dimensioni. Tra queste, le sei versioni più mature sono 802.11a/b/g/n/ac.
IEEE 802.11a
Lo standard IEEE 802.11a è una versione rivista dello standard originale 802.11 ed è stato approvato nel 1999. Lo standard 802.11a utilizza lo stesso protocollo di base dello standard originale. La frequenza operativa è di 5 GHz, vengono utilizzate 52 sottoportanti a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) e la velocità massima di trasmissione dati grezzi è di 54 Mb/s, che soddisfa i requisiti di throughput medio della rete reale (20 Mb/s).
A causa della crescente congestione della banda di frequenza a 2,4 GHz, l'utilizzo della banda a 5 GHz rappresenta un importante miglioramento rispetto allo standard 802.11a. Tuttavia, comporta anche dei problemi. La distanza di trasmissione non è paragonabile a quella degli standard 802.11b/g; in teoria, i segnali 5G sono più facilmente bloccati e assorbiti dalle pareti, pertanto la copertura dello standard 802.11a non è altrettanto buona quanto quella dello standard 801.11b. Anche lo standard 802.11a può subire interferenze, ma poiché le fonti di interferenza nelle vicinanze sono scarse, in genere offre una velocità di trasmissione dati superiore.
IEEE 802.11b
Lo standard IEEE 802.11b è uno standard per le reti locali wireless. La frequenza portante è di 2,4 GHz e può fornire diverse velocità di trasmissione: 1, 2, 5,5 e 11 Mbit/s. A volte viene erroneamente chiamato Wi-Fi. In realtà, Wi-Fi è un marchio registrato della Wi-Fi Alliance. Questo marchio garantisce solo la compatibilità tra i prodotti che lo utilizzano e non ha nulla a che vedere con lo standard stesso. Nella banda di frequenza ISM a 2,4 GHz sono presenti un totale di 11 canali con una larghezza di banda di 22 MHz, ovvero 11 bande di frequenza sovrapposte. Il successore dell'IEEE 802.11b è l'IEEE 802.11g.
IEEE 802.11g
Lo standard IEEE 802.11g è stato approvato nel luglio 2003. La frequenza portante è di 2,4 GHz (la stessa dello standard 802.11b), con un totale di 14 bande di frequenza. La velocità di trasmissione originale è di 54 Mbit/s, mentre la velocità di trasmissione effettiva è di circa 24,7 Mbit/s (la stessa dello standard 802.11a). I dispositivi 802.11g sono retrocompatibili con lo standard 802.11b.
In seguito, alcuni produttori di router wireless hanno sviluppato nuovi standard basati sullo standard IEEE 802.11g in risposta alle esigenze del mercato, aumentando la velocità di trasmissione teorica a 108 Mbit/s o 125 Mbit/s.
IEEE 802.11n
Lo standard IEEE 802.11n è stato sviluppato sulla base dello standard 802.11-2007 da un nuovo gruppo di lavoro formato dall'IEEE nel gennaio 2004 e formalmente approvato nel settembre 2009. Lo standard aggiunge il supporto per il MIMO, consentendo una larghezza di banda wireless di 40 MHz, e la velocità di trasmissione massima teorica è di 600 Mbit/s. Allo stesso tempo, utilizzando il codice a blocchi spazio-temporale proposto da Alamouti, lo standard amplia il raggio di trasmissione dei dati.
IEEE 802.11ac
Lo standard IEEE 802.11ac è uno standard di comunicazione per reti wireless 802.11 in fase di sviluppo, che utilizza la banda di frequenza a 6 GHz (nota anche come banda di frequenza a 5 GHz) per le comunicazioni in reti locali wireless (WLAN). In teoria, può fornire una larghezza di banda di almeno 1 Gigabit al secondo per le comunicazioni in reti locali wireless (WLAN) multi-stazione, o almeno 500 Megabit al secondo (500 Mbit/s) per una singola connessione.
Adotta ed espande il concetto di interfaccia radio derivato dallo standard 802.11n, includendo: una larghezza di banda RF più ampia (fino a 160 MHz), un maggior numero di flussi spaziali MIMO (aumentati a 8), MU-MIMO e demodulazione ad alta densità (modulazione fino a 256QAM). È un potenziale successore dello standard IEEE 802.11n.
IEEE 802.11ax
Nel 2017, Broadcom ha assunto un ruolo di primo piano nel lancio del chip wireless 802.11ax. Poiché il precedente standard 802.11ad operava principalmente nella banda di frequenza a 60 GHz, pur avendo aumentato la velocità di trasmissione, la sua copertura era limitata, diventando così una tecnologia funzionale a supporto dello standard 802.11ac. Secondo il progetto ufficiale IEEE, la sesta generazione di Wi-Fi che eredita lo standard 802.11ac è l'802.11ax, e i dispositivi compatibili sono stati lanciati sul mercato a partire dal 2018.
La differenza tra 2,4 GHz e 5 GHz
La prima generazione dello standard di trasmissione wireless IEEE 802.11 è nata nel 1997, quindi molti dispositivi elettronici utilizzano generalmente la frequenza wireless a 2,4 GHz, come forni a microonde, dispositivi Bluetooth, ecc. Questi interferiscono più o meno con il Wi-Fi a 2,4 GHz, quindi il segnale viene influenzato in una certa misura, proprio come una strada con carrozze trainate da cavalli, biciclette e automobili che circolano contemporaneamente, e la velocità delle auto viene naturalmente influenzata.
Il Wi-Fi a 5 GHz utilizza una banda di frequenza più elevata per ridurre la congestione dei canali. Utilizza 22 canali che non interferiscono tra loro. Rispetto ai 3 canali della banda a 2,4 GHz, riduce significativamente la congestione del segnale. Pertanto, la velocità di trasmissione a 5 GHz è superiore di 5 GHz rispetto a quella a 2,4 GHz.
La banda di frequenza Wi-Fi a 5 GHz, utilizzando il protocollo 802.11ac di quinta generazione, può raggiungere una velocità di trasmissione di 433 Mbps con una larghezza di banda di 80 MHz e di 866 Mbps con una larghezza di banda di 160 MHz, risultando notevolmente migliorata rispetto alla velocità di trasmissione massima di 300 Mbps della banda a 2,4 GHz.
5 GHz senza ostacoli
Tuttavia, il Wi-Fi a 5 GHz presenta anche dei limiti. Questi limiti risiedono nella distanza di trasmissione e nella capacità di superare gli ostacoli.
Poiché il Wi-Fi è un'onda elettromagnetica, il suo principale metodo di propagazione è la propagazione in linea retta. Quando incontra degli ostacoli, si verificano fenomeni di penetrazione, riflessione, diffrazione e altri. Tra questi, la penetrazione è il principale, mentre una piccola parte del segnale viene riflessa e diffratta. Le caratteristiche fisiche delle onde radio sono che, minore è la frequenza e maggiore è la lunghezza d'onda, minore è la perdita durante la propagazione, più ampia è la copertura e più facile è aggirare gli ostacoli; maggiore è la frequenza, minore è la copertura e più difficile è aggirare gli ostacoli.
Pertanto, il segnale 5G, caratterizzato da alta frequenza e lunghezza d'onda corta, ha un'area di copertura relativamente ridotta e una capacità di attraversamento degli ostacoli inferiore rispetto al segnale a 2,4 GHz.
In termini di distanza di trasmissione, il Wi-Fi a 2,4 GHz può raggiungere una copertura massima di 70 metri in ambienti interni e una copertura massima di 250 metri in ambienti esterni. Il Wi-Fi a 5 GHz, invece, può raggiungere una copertura massima di soli 35 metri in ambienti interni.
La figura seguente mostra un confronto della copertura di Ekahau Site Survey tra le bande di frequenza a 2,4 GHz e 5 GHz per il progettista virtuale. Il verde più scuro delle due simulazioni rappresenta una velocità di 150 Mbps. Il rosso nella simulazione a 2,4 GHz indica una velocità di 1 Mbps, mentre il rosso nella simulazione a 5 GHz indica una velocità di 6 Mbps. Come si può notare, la copertura degli AP a 2,4 GHz è effettivamente leggermente maggiore, ma le velocità ai margini della copertura a 5 GHz sono superiori.
5 GHz e 2,4 GHz sono frequenze diverse, ognuna delle quali presenta vantaggi per le reti Wi-Fi, e questi vantaggi possono dipendere da come si configura la rete, soprattutto considerando la portata e gli ostacoli (muri, ecc.) che il segnale deve superare. È troppo?
Se è necessario coprire un'area più ampia o avere una maggiore penetrazione attraverso le pareti, la banda a 2,4 GHz è più indicata. Tuttavia, senza queste limitazioni, la banda a 5 GHz rappresenta un'opzione più veloce. Combinando i vantaggi e gli svantaggi di queste due bande di frequenza in un'unica banda, utilizzando access point dual-band nelle implementazioni wireless, è possibile raddoppiare la larghezza di banda, ridurre l'impatto delle interferenze e godere di una rete Wi-Fi complessivamente migliore.
Data di pubblicazione: 9 giugno 2021