2.4 対 5GHz: IoT デバイスの接続問題の背後にある科学

WiFi は 26 年前の誕生以来、大きな進歩を遂げてきました。 当初は、2.4GHz でわずか 2 Mbps をサポートしていました。 テクノロジーは進化しており、現在では推定 180 億台の WiFi 対応デバイスが使用されており、年間 40 億台以上の新しいデバイスが出荷されています。

新しい機能と周波数帯域が追加され、最新のものは最大リンク速度 9.6Gbps をサポートする 6 GHz 帯域です。 これは 1997 年の当初の速度の 48,000 倍です。

速ければ速いほど良いですよね？ しかし、2.4 GHz は現在でも最も人気のある帯域であり、スマート ホーム製品の大部分は 2.4 GHz のみをサポートしています。 その理由を理解するために、バンドの背後にある科学を探ってみましょう。 6GHz 製品はまだ商用化の初期段階にあるため、2.4 GHz と 5GHz の比較に焦点を当てます。

確かに、5GHz 帯域ははるかに多くの無線トラフィックを伝送します。 それは上の図を見ただけでも明らかです。 セキュリティ カメラのビデオ フィードでは速度が重要になる可能性がありますが、ルーターから遠く離れた場所にあるスマート ガレージ ドア オープナーの場合は範囲​​が決定要因になる可能性があります。 2.4GHz の利点は、通信範囲が長く、カバー範囲が広いことです。

その理由は、無線周波数が低いと、高い周波数よりも壁や家具をよく通過するためです。 たとえば、2.4GHz 信号は乾式壁を通過すると 70% 低下しますが、5GHz では 90% 低下します。 レンガの壁の場合、2.4GHz では 63%、5GHz では 83% の低下になります。

周波数が低いほど波長も長くなり、物体の周囲で曲がりやすくなります。 これは、WiFi のデッドスポットが減り、家庭内での通信範囲が向上することを意味します。

2.4GHz のもう 1 つの利点は、独自の帯域であることです。 WiFi の継続的な反復を通じて下位互換性が維持されており、その長い歴史とその後の規模の経済により、2.4 GHz のチップセットとモジュールは 5 GHz のチップセットとモジュールよりもコスト効率が高くなります。 あなたがスマート ホーム製品のプロダクト マネージャーであれば、多くの場合、それは簡単なことです。

ただし、2.4GHz 帯域は、WiFi だけでなく、Bluetooth デバイスや電子レンジでも使用され、混雑した空間です。 混雑や干渉に悩まされることが多く、その結果、スマート ホーム製品の接続に問題が発生し、技術サポートの問題やブランド認知の低下につながる可能性があります。

WiFi 周波数帯域は、UHF/VHF 帯域のテレビ チャンネルや AM/FM 帯域のラジオ局と同様に、複数のチャンネルに分割されます。 米国とカナダでは、WiFi チャネル 1 ～ 11 が広く使用されており、12 ～ 13 は制限されており、14 は使用されていません。

上図の重要な点は、2.4GHz チャネルが互いにオーバーラップしていることです。 チャネル 1 で動作するネットワークは、チャネル 3 のネットワークと同じ周波数の一部を使用してデータを送受信します。

それらはある程度相互に干渉します。 干渉によりワイヤレス信号の品質が低下し、ネットワークの範囲、帯域幅、パフォーマンスが低下します。

さらに悪いことに、ほとんどのルーターはデフォルトでチャネル 1、6、または 11 (上の図では青色) を使用します。 これは、これらが重なり合わず、相互に干渉しないためです。 しかし、大規模なアパートやマンションでは、簡単に 10 以上の WiFi ネットワークがカバーされる可能性があります。

2.4GHz は通信範囲が長いため、近所の WiFi があなたの家をカバーする可能性が高くなります。 重複しないチャネルは 3 つしかないため、そのうちの何人かはあなたと同じチャネルを使用します。

比較すると、5GHz 帯域には重複しないチャネルが 21 個あるため、干渉の可能性ははるかに低くなります。

チャネル上に大量のデータ トラフィックがあり、すべての速度が低下する場合、それは混雑と呼ばれます。 WiFi は共有メディアです。つまり、1 つのデバイスが通話しているときは、他のデバイスは通話できません。 チャンネルが混雑すると、トーク スロットを取得することが難しくなり、その結果、ビデオの品質が低下したり、ビデオが停止したり、さらにはデータが失われることもあります。

さらに、WiFi 信号レベルや品質が低いスマート デバイス (ネットワーク カバレッジや範囲の端に近いスマート デバイスなど) は、ルーターに近いデバイスよりも通信速度が遅く、より多くの帯域幅を効果的に使用します。 ホーム ネットワークでは、ルーターの近くにある 2 台のデバイスにビデオをストリーミングできても、カバレッジの端にある 1 台のデバイスにしかストリーミングできない可能性があります。