Es ist allgemein bekannt, dass das Netzwerk über WLAN umso langsamer wird, je weiter Sie sich von einem Wi-Fi-Netzwerkpunkt entfernen. Aber warum sollte das so sein? Funksignale breiten sich im Wesentlichen mit Lichtgeschwindigkeit aus, und daher sollte die Entfernung von der Signalausbreitung allein kein Faktor für eine angemessene Reichweite sein (Tausende von km / Meilen).

Meine Theorie ist, dass jedes Mal, wenn ein Netzwerkpaket gesendet wird, die Wahrscheinlichkeit besteht, dass es entweder nicht am Ort ankommt, mit beschädigten Daten ankommt oder in der falschen Reihenfolge ankommt und diese Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Entfernung zunimmt, wodurch der TCP erzwungen wird Layer zum Senden und erneuten Senden von Paketen. Dieser Vorgang des Sendens und erneuten Sendens nimmt einen quantifizierbaren Zeitraum in Anspruch . Nicht genug, dass ein einzelnes Paket eine merkliche Verzögerung verursacht, aber genug, dass zusätzliche Zeit benötigt wird, wenn eines von drei Paketen erneut gesendet werden muss und alle Pakete am anderen Ende in der richtigen Reihenfolge zurückgeschickt werden. Aber das ist nur meine Theorie. Was ist die wahre Antwort?

Erläuterung

Also, die Lichtgeschwindigkeit hat (praktisch) nichts damit zu tun, du hast recht.

WiFi wählt einen Übertragungsmodus basierend auf der Qualität der Verbindung zwischen zwei Stationen. Je schlechter die Verbindung ist, desto robuster muss die Übertragung sein. Eine Möglichkeit, schlechter zu werden, besteht darin, eine längere Verbindung zu haben, was bedeutet, dass weniger Signalenergie das Empfangsende erreicht, was bedeutet, dass das Verhältnis zwischen dem dem Empfänger eigenen Rauschen und dem empfangenen Signal schlechter wird. Dies wird typischerweise als SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) gemessen . So kommt die Distanz direkt ins Spiel.

Um eine Übertragung robuster zu machen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die WiFi (IEEE802.11 a / g / n / ac ...) bietet:

1. Verwenden Sie eine weniger feine Modulation. Wenn Sie sich bereits zuvor mit digitaler drahtloser Kommunikation befasst haben, haben Sie möglicherweise gehört, dass Informationen durch Modulieren einer Trägerwelle mit einem aus einer Reihe von Symbolen, die im Grunde genommen nur komplexe Zahlen sind, übertragen werden. Je größer dieser Satz von Symbolen ist, desto mehr Bits können Sie mit jedem übertragenen Symbol transportieren, aber auch, je näher diese Symbole beieinander liegen. Näher bedeutet, dass Sie weniger Rauschleistung benötigen, um versehentlich in einem anderen Symbol zu landen. Wenn Ihre Geschwindigkeit hoch sein muss, würden Sie normalerweise versuchen, eine Konstellation mit vielen Symbolen zu verwenden, aber dann können Sie im Vergleich zu Ihrer empfangenen Leistung nur sehr wenig Rauschen tolerieren, dh Sie benötigen ein hohes SNR.
2. Drahtlose Verbindungen (im Allgemeinen alle nicht trivialen Datenverbindungen) verwenden eine sogenannte Kanalcodierung und insbesondere eine Vorwärtsfehlerkorrektur: Es fügt im Grunde eine Redundanz zu Ihren Daten hinzu (z. B. durch zweimaliges Wiederholen derselben Daten oder durch Hinzufügen einer Prüfsumme oder auf viele andere Arten). Wenn Sie Ihren Kanalcode und Ihren Decoder clever gestalten, können Sie durch mehr Redundanz viele Fehler korrigieren. Je mehr Redundanz, desto mehr Fehlerkorrektur. Der Nachteil dabei ist natürlich, dass Sie nicht mehr "interessante" Daten transportieren müssen, sondern diese Redundanz transportieren müssen. Wenn Sie also einen Kanalcode verwenden, der die doppelte Menge an Originaldaten als Redundanz hinzufügt, um mit vielen Fehlern umgehen zu können (siehe 1.), können Sie nur 1/3 Ihrer physischen Bitrate für die tatsächliche Nutzlast verwenden Bits.

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Erweiterter Kommentar

Es ist allgemein bekannt, dass das Netzwerk über WLAN umso langsamer wird, je weiter Sie sich von einem Wi-Fi-Netzwerkpunkt entfernen.

Allgemeines Wissen ist wie üblich eine grobe Vereinfachung. Die allgemeine Tendenz ist richtig, je weiter weg, desto weniger Kraft, wie oben erläutert.

Multipath-Kanäle bedeuten, dass die Dinge mit der Entfernung nicht monoton bergab gehen

Aber: WiFi wird normalerweise in Innenräumen verwendet. In diesen Einstellungen haben wir ein sogenanntes starkes Multipath-Szenario. Das bedeutet, dass Sie aufgrund von Reflexionen an Wänden, Möbeln und in der Umgebung befindlichen Objekten verschiedene Arten von Selbststörungen des Signals feststellen können. Und das könnte bedeuten, dass Ihr Empfänger, obwohl Sie sich relativ nahe am Sender befinden, möglicherweise nichts sieht, da zwei Pfade zufällig einen Wegunterschied von einer halben Wellenlänge aufweisen und sich gegenseitig aufheben.

Für den typischen Indoor-Multipfad kann man also im Allgemeinen nicht "je weiter, desto schlechter" sagen. es ist normalerweise weit weniger einfach. Wir nennen dieses Phänomen Fading (und in diesem Fall wahrscheinlich Fading im kleinen Maßstab ).

Channel Diversity für mehr Robustheit

Dann: Die moderneren WiFi-Standards unterstützen MIMO (Multiple Input, Multiple Output), was im Grunde bedeutet, dass Sie mehrere Antennen an jedem Ende einer Verbindung haben. Die Idee ist, dass von Sendeantenne 1 zu Empfangsantenne 1 (nennen wir 1-> 1) (mit hoher Wahrscheinlichkeit) eine andere Kanalrealisierung erfolgt (Kanäle sind zufällig!) Als von Sendeantenne 2 zu Empfangsantenne 1 ( 2-> 1) und 1-> 2 und 2-> 2 und so weiter.

Diese physikalisch unterschiedlichen Kanäle können bei dem oben erwähnten Überblendungsproblem helfen . Obwohl der Mehrwegekanal 1-> 1 zufällig schwer verletzt werden könnte, wenn er sich selbst aufhebt, könnte 1-> 2 immer noch in Ordnung sein. Ihre durchschnittliche "Badness-Wahrscheinlichkeit" sinkt mit der Anzahl der Antennen. Nett! Das heißt, je mehr unsere Kanäle nicht korreliert sind (dh je weniger wahrscheinlich ein Kanal ausfällt, desto schlechter werden auch die anderen Kanäle), desto besser kann unsere Übertragung sein.

Das bedeutet auch, dass "sehr nah" nicht von Natur aus "sehr gut" ist, da dies auch bedeutet, dass die verschiedenen Antennen wahrscheinlich fast die gleiche Kanalrealisierung sehen, sodass Sie nicht die "Sicherheit" von "nah" erhalten. es ist unwahrscheinlich, dass alle Kanäle gleichzeitig schlecht sind ".

Einsatz von MIMO für Spaß und Gewinn (und höhere Raten)

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

Um zu sehen, was wir auf unseren Empfangsantennen empfangen, wenn wir verschiedene Signale auf den verschiedenen Sendeantennen senden, multiplizieren wir einfach einen Zeilenvektor , der alle diese Signale enthält, mit der Kanalmatrix H :$\mathbf s$$\mathbf H$

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

Das Problem ist, dass wir wahrscheinlich viele völlig unabhängige Kanäle zwischen Senden und Empfangen haben möchten, dh, dass das, was wir von einer Antenne zu einer anderen Antenne senden, keine Auswirkungen auf alle anderen Antennenpaare hat. Dann können wir mehrere Datenströme parallel senden . Das erhöht die Übertragungsgeschwindigkeit erheblich!

Leider besagt die obige Gleichung, dass wir irgendwie alle Sendesignale abwägen und aufsummieren müssen, um das Empfangssignal jeder Antenne zu erhalten. Hm, traurig.

$\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$$\min($$)$

So wird der Algorithmus ziemlich einfach:

1. Messen Sie , dh die Kanalmatrix, die alle Kanäle aller Antennenteile enthält. Dies ist eigentlich der schwierigste Teil.$\mathbf H$
2. Führe die SVD auf und gib uns .$\mathbf H$$\mathbf{U\Lambda V^*}$
3. $\mathbf s$$\mathbf U$
4. $\mathbf r$$\mathbf V$

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Dies alles funktioniert nur, wenn die SVD gute Ergebnisse liefert. Dies geschieht nur, wenn die Kanäle des physischen Antennenpaars unabhängig genug sind. Für MIMO bedeutet dies, dass Sie aufgrund der räumlichen Nähe möglicherweise sogar noch weniger als für eine mittlere Entfernung senden können , da durch die Entfernung mehr zufällige Reflektoren auf dem Weg sind. (Nach einiger Entfernung dominieren die Pfadverlusteffekte, und Sie werden immer schlimmer.)

Das Problem ist nicht die Zeit, die benötigt wird, um vom Sender (Router) zum Empfänger (Laptop) zu gelangen, die, wie Sie sagen, mit ein paar Metern vernachlässigbar ist, sondern die Leistung, die mit der Entfernung ankommt.

Werfen Sie einen Blick in Friis Formel .

Der Netzwerkdurchsatz ist die Rate der erfolgreichen Nachrichtenübermittlung über einen Kommunikationskanal. Wenn weniger Strom empfangen wird, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass eine Nachricht nicht korrekt empfangen wird.

Lärm ist hier zu berücksichtigen.

Der Grundverlust mit Abstand gegen Frequenz ist hauptsächlich die Öffnungsflächengröße des Trägers f proportional zum Quadrat der Wellenlänge. Daher ist der Pfadverlust für niedrigere Frequenzen geringer, was der dominierende Begriff in Friis Loss ist.

Das zweithäufigste Problem ist die Ausrichtung sowohl der Antenne als auch der Strahlungsmusterverluste, dies ist jedoch weniger frequenzabhängig als das torroidale Muster von 1/4 Wellenresonatoren und Dipolen. Das minimale Signal- oder Nullmuster schaut auf das Ende der Antenne.

Durch die Leitfähigkeit und die Dielektrika in einigen Baumaterialien können Signale überall reflektiert werden. Dies ist jedoch auch ein Problem für Rice-Fading-Verluste in Streusignalpegeln <-80 dBm für Klasse-B-Signale und beginnt darüber hinaus ein Problem zu sein. Die Sichtlinie ohne Bodenreflexionen vom Wasser ist der optimale Übertragungsweg für die Mikrowelle. Bei UKW und niedriger wirken jedoch eine große Menge Wasser und die Ionosphäre als Reflektoren, um die Reichweite eines Signals zu erhöhen. Bei höheren Frequenzen führen die Reflexionen jedoch zu stärker verzerrten Signalen und verursachen Ricean-Fading-Fehler.

Jedes Band hat eine eigene Fehlerschwelle und Breitband-Hochgeschwindigkeits-WiFi mit 20 MHz oder 40 MHz hat eine höhere Schwelle aufgrund der Shannons Gesetze zu SNR vs. Rauschbandbreite vs. BER. Der beste Schwellenwert ist normalerweise die niedrigste Datenrate, hängt jedoch vom Design ab. Ich sperre meine WLAN-Chip-Optionen in Windows immer auf 11 Mbit / s, um einen höheren Durchsatz bei Nebenfrequenzsignalen als im Automatikmodus zu erzielen, da selbst menschliche Bewegungen auf den Pfaden bei höheren Datenraten wie 54 Mbit / s und mehr zu Paketverlust und versteckten Wiederholungsversuchen führen können. Auch hier gelten Shannons Gesetze aus Ricean-Fading-Effekten und grundlegenden Friis-Loss-Effekten.

Im Auto-Modus versucht ein WiFi-Chip immer, die Datenrate vom Mobilfunkmodem automatisch zu senken, wenn der Paketverlust zu hoch ist. Zunächst wird möglicherweise versucht, den Empfänger für den Gruppenverzögerungsausgleich neu zu trainieren. Verhandeln Sie dann eine niedrigere Datenrate aus, wenn die Fehlerrate zu hoch ist. Dies folgt aus Shannons Gesetz. Denken Sie jedoch daran, dass diese Echos und Rice Fading den Gruppenverzögerungsausgleich beeinflussen und das Bewegen der Wifi-Antennenkräfte zu einer Umschulung führen, wenn in einem Gebäude viele Echos bei niedrigen Signalpegeln auftreten. Das Ergebnis von Änderungen der Trägerechostärke ist die Verzerrung des Augenmusters in demodulierten Signalen.

Meine Erfahrung zeigt mir, dass je weiter Ihre Endpunkte zwischen dem Mobiltelefon und dem WLAN-Router liegen, desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass Reflexionen auftreten, und desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass Reflexionen abbrechen und mehr Ausfälle auftreten. Dies wird als Rice Fading bezeichnet und ist die häufigste Ursache meiner Testergebnisse für Paketverlust bei Randfeldpegeln unter -75 dBm.

Die folgenden Signale für net und dlink-guest stammen von meinem PC im Obergeschoss mit einem WiFi-Dongle auf einem Tower und einem Hochleistungs-Dlink-Router im Untergeschoss in einer Schublade. Durch das Bewegen der Antenne im Router wurde der Signalpegel geändert und der Kanal vom Netz zum Gast gewechselt, ohne dass der Benutzer den vorübergehenden Verbindungsverlust bemerkte.