2.4 GHz与5GHz：物联网设备连接问题背后的科学

来源：千家网发布时间：2023-08-24 11:16:02

(资料图)

WiFi自26年前诞生以来已经走过了漫长的道路。最初，它支持2.4GHz的2 Mbps。技术不断发展，今天，估计有180亿台WiFi设备在使用中，每年有超过40亿台新设备出货。增加了新的功能和频段，最新的是6 GHz频段，支持9.6Gbps的最大链路速度。这是1997年原始速度的48，000倍。

WiFi 频段

图源：Route This

越快越好，对吗？然而，2.4GHz仍然是当今最受欢迎的频段，大多数智能家居产品只支持2.4GHz。要了解原因，让我们来探索频段背后的科学。由于6GHz产品仍处于商用的初始阶段，我们将重点比较2.4 GHz和5GHz。

2.4 GHz与5 GHz频段

毫无疑问，5GHz频段承载了更多的无线流量。看上面的图就很明显了。速度对于安全摄像机视频馈送可能很重要，但对于远离路由器的智能车库门开启器来说，范围可能是决定性因素。2.4GHz的优势是范围更远，覆盖更好。范围和覆盖面原因是较低的无线频率比较高的频率更好地穿过墙壁和家具。例如，2.4GHz的信号在穿过干墙时会下降70%，而5GHz的信号会下降90%。对于砖墙，在2.4GHz时下降了63%，在5GHz时下降了83%。较低的频率也有较长的波长，这使得它们更容易弯曲物体。这意味着更少的WiFi盲点和更好的家庭覆盖。2.4GHz的另一个优势是它是原生频段。通过WiFi的连续迭代保持了向后兼容性，由于其悠久的历史和随之而来的规模经济，2.4GHz芯片组和模块比5GHz芯片组和模块更具成本效益。如果你是智能家居产品的产品经理，这通常是显而易见的。然而，2.4GHz 频段是一个拥挤的空间，不仅用于 WiFi，还用于蓝牙设备和微波炉。它经常遭受拥塞和干扰，导致智能家居产品出现连接问题，这可能会导致技术支持挑战和品牌认知度不佳。

2.4GHz 的干扰和拥塞

WiFi频段分为频道，类似于UHF/VHF频段的电视频道和AM/FM频段的广播电台。在美国和加拿大，WiFi信道1-11被广泛使用，12-13受到限制，14不被使用。2.4GHz WiFi 频道

干扰上图很重要的一点是2.4GHz通道相互重叠。工作在信道1上的网络使用与信道3上的网络相同的一些频率来发送和接收数据。它们会在某种程度上相互干扰。干扰会降低无线信号质量，从而降低网络的覆盖范围、带宽和性能。更糟糕的是，大多数路由器会默认使用信道1、6或11(上图中的蓝色)。这是因为它们不重叠，因此不会相互干扰。但是在一个大的公寓楼或公寓里，你很容易被十个或更多的WiFi网络覆盖。请记住，2.4GHz的覆盖范围更大，因此邻居的WiFi更有可能覆盖您的家。他们中的一些人会像你一样使用这个通道，因为只有三个不重叠的通道可以使用。相比之下，5GHz频段有21个不重叠的信道，因此干扰的几率要低得多。拥挤当你的信道上有大量的数据流量时，一切都变慢了，这就是所谓的拥塞。WiFi是一种共享媒介，这意味着当一台设备正在通话时，其他任何设备都无法通话。信道越忙，就越难获得通话时间，这导致质量差或视频停滞，甚至丢失数据。最重要的是，WiFi信号水平或质量较低的智能设备(如靠近网络覆盖或范围边缘的设备)比靠近路由器的设备通话速度慢，并有效地使用更多带宽。您的家庭网络可以将视频流式传输到靠近路由器的两台设备，但只能传输到位于覆盖范围边缘的一台设备。通常，网络上的设备和流量越多，拥塞就越严重。像灯泡和草坪洒水器这样的智能产品不会占用太多带宽，但在开关时会有延迟。流媒体产品受到的影响最大，尤其是当全家人都在家活动的时候。拥塞是一个间歇性问题，取决于总的网络使用情况以及WiFi路由器和中继器/扩展器的位置，并且可能是一个难以解决的问题。带状转向为了缓解2.4GHz的拥塞，今天许多路由器和网状WiFi系统试图引导设备连接到5GHz频段。对于只有2.4GHz的智能家居产品，这可能会有问题。频段控制不是WiFi标准的一部分，因此每个制造商的做法不同，这使得故障排除变得复杂。许多较新的网状系统呈现具有单一网络ID的合并网络，这使得不可能将其分成单独的2.4和5GHz网络。