Pasmo 2,4GHz – co tutaj hula prócz WiFi

2.4Ghz to nie tylko WiFi ale także innych protokoły komunikacyjnych działających w paśmie 2,4GHz – Bluetooth, IoT, Zigbee. W Europie komunikacja Bluetooth oraz coraz częściej wykorzystywana komunikacja IoT wykorzystuje pasmo 2,4GHz. W skrócie:

• Pasmo 2,4GHz prócz WiFi, to również Bluetooth, IoT, Zigbee, Thread i Matter.
• Komunikacja odbywa się w pełnym zakresie częstotliwości 2,4 GHz
• W BLE dostępnych jest 40 kanałów o szerokości 1MHz, w tym 37 kanały danych i 3 kanały reklamowe
• Pomiędzy kanałami są „puste” szczeliny o szerokości 1MHz
• Transmisja danych w BLE „skacze” po wszystkich kanałach.
• W 802.15.3 w paśmie 2,4GHz dostępnych jest 16 kanałów o szerokości do 2MHz, z przerwą 5MHz.

Standard Bluetooth / Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy (BTLE/BLE) to najnowszy standard Bluetooth IEEE 802.15.1 opublikowany przez Bluetooth SIG. Jego najnowsza wersja w momencie publikacji to 5.3. Urządzenia (inicjator, tj. master i reklamodawca, tj. slave) komunikują się w trybach punkt-punkt lub rozgłoszeniowym, wykorzystując „kanały reklamowe” i „kanały danych”.

BlueTooth wykorzystuje pasmo 2,4GHz nielicencjonowane pasma przemysłowe, naukowe i medyczne (ISM). Rozciąga się ono od 2400 do 2484 MHz. W komunikacji BTLE wykorzystywanych jest 40 kanałów. Lista kanałów składa się z dwóch typów kanałów: kanałów komunikacyjnych 00-36 (Data Channels) i kanałów reklamowe 37-39 (Advertising channels). Każdy kanał BLE ma do dyspozycji pasmo 1MHz. A pomiędzy poszczególnymi kanałami jest przerwa również 1 MHz.

Poniżej przedstawiłem zestawienie kanałów wykorzystywanych przez protokół BLE, wraz z wyszczególnieniem kanałów reklamowych oraz kanałów transmisji danych.

Wskazane częstotliwości odnoszą się do środka kanału. Na przykład dla kanału 10 (2426MHz) wykorzystuje zakres częstotliwości 2425,5-2426,5MHz. Przed kanałem 10 jest przerwa 1MHz (2424,5-2425,5MHz) oraz za kanałem 10 jest 1MHz pustej częstotliwości (2426,5-2427,5MHz).

Zastosowanie i funkcjonalności poszczególnych kanałów oraz ich częstotliwość:

Kanały reklamowe BLE

Kanały reklamowe BLE Advertising channels są to kanały, które zawierają dane transmisyjne dla aplikacji i pomagają wykrywać się urządzeniom przed nawiązaniem połączenia. Urządzenie BT używają dowolnego kanału reklamowego do transmisji/odbioru pakietów reklamowych różnych typów. Kanały reklamowe działają na kanałach 37-39 (2402MHz, 2426MHz i 2480MHz) i przenoszą one pakiety PDU (and. protocol data unit) kanału reklamowego.

Kanały danych BLE

Urządzenia mogą wysyłać do siebie dane dopiero po nawiązaniu połączenia między sobą. W każdym połączeniu wyróżniamy urządzenie nadrzędne i podrzędne. Wymiana pakietów PDU w kanale danych realizowana jest podczas zaplanowanych zdarzeń połączenia. Urządzenia master i slave mogą używać dowolnego z kanałów danych BLE do transmisji/odbioru pakietów.

Komunikacja IEEE 802.15.4

Specyfikacja IEEE 802.15.4 definiuje ilość mocy nadawczej wysyłanej z radia, zakres częstotliwości, przepustowość, szybkość transmisji danych i inne parametry. Na bazie tej specyfikacji opiera się protokół Zigbee, Thread oraz najnowszy protokół Metter.

Wszystko są to technologie łączności bezprzewodowej o niskim poborze mocy i niskiej szybkości transmisji danych. Wykorzystują nielicencjonowane pasma przemysłowe, naukowe i medyczne (ISM) w trzech zakresach: a) 868,00 – 868,6 MHz (kanał 1 – EU), b) 902,0 – 928,0 MHz (kanał 1-10 – USA) i c) 2400 – 2484 MHz (kanał 11-26 – WorldWide).

Zigbee wykorzystuje 16 kanałów w zakresie częstotliwości 2,4GHz. Na tych kanałach każde urządzenie Zigbee wykorzystuje szerokość pasma do 2 MHz. Pomiędzy dwoma dowolnymi kanały jest pasmo ochronne 5 MHz, aby zapobiec zakłóceniom powodowanym przez inne urządzenia Zigbee. Szybkość transmisji danych, jaką można osiągnąć w paśmie 2,4 GHz, wynosi 250 Kb/s na kanał. Jednak rzeczywista przepustowość, ze względu na różne czynniki, jest znacznie mniejsza niż określone wartości. Powodem jest narzut pakietów, opóźnienia przetwarzania i opóźnienia kanału.

Ponieważ Zigbee i WiFi wykorzystują pasmo 2,4GHz mogą występować interferencje pomiędzy nimi. Biorąc pod uwagę, iż WiFi zazwyczaj zajmuje kanały 1/6/11, wiele kanałów Zigbee jest wolnych od zakłóceń — w szczególności kanały 15, 20, 25, i 26.

Kanały WiFi, BLE i Zigbee

Poniżej przedstawiłem, jak pasmo 2,4GHz jest wykorzystywanych przez WiFi, BLE oraz Zigbee, wraz z uwzględnieniem podziału na poszczególne kanały.

---

Korzystam z urządzeń Bluetooth, IoT, Zigbee. Czy jest to dla mnie duży problem?

Jak widać w powyższej analizie coraz popularniejsze wykorzystanie urządzeń Bluetooth, IoT, Zigbee może powodować interferencje w sieciach bezprzewodowych. Każda dobrze skonfigurowana siec WiFi powinna loadbalance’ować użytkowników do sieci 5GHz, pozostawiając pasmo 2.4GHz dla bardzo starych urządzeń lub urządzeń tylko IoT.

Sama weryfikacja pasma 2.4GHz pod kątem jego utylizacji przez urządzenia Bluetoogh oraz IoT, powinna odbywać się za pomocą analizatora widma, który jest dostępny w urządzenia Ekahau Sidekick lub za pomocą Hardware’owych sond 7Signal.

Jeśli chcesz posiadać niezawodną i stabilną sieć bezprzewodową oferującą komunikację 802.11, 802.15.1 i 802.15.4 (WiFi, Bluetooth, Zigbee), skontaktuj się z nami naszym zespołem.