Wat is WiFi en hoe verbeter je het signaal

Onderwerpen

  1. In het kort: wat is WiFi
  2. De 2.4GHz geeft problemen
  3. De oplossing
  4. WiFi meetgereedschappen
  5. De WiFi meetgereedschappen lezen (basics)
    1. RSSI / dBm
  6. WiFi signaal demping – materialen
  7.  Wetenschappelijk onderzoek naar WiFi signaalsterkte

1. In het kort: wat is WiFi

WiFi is een product dat met behulp van radiogolven een computernetwerk creëert. Net als muziek dat via FM en DAB+ radio door de lucht wordt uitgezonden werkt ook WiFi met radiogolven.

Muziekzenders zijn op vastgestelde frequenties te vinden en daarom kun je een frequentie als kanaal zien, een afgebakend stuk radiogolven. De sterkte van de radiogolven worden ook wel eens een WiFi signaal genoemd. Vergelijk het met het radio signaal van een radio amateur of muziekzender.

Een zendamateur zender dat net als WiFi kanalen gebruikt om te kunnen communiceren.
Een zendamateur zender dat net als WiFi kanalen gebruikt om te kunnen communiceren.

Radio die je via FM beluistert wordt uitgedrukt in MHz (megahertz) om een zender te vinden en WiFi, dat op een hogere frequentie zit, wordt uitgedrukt in GHz (gigahertz). – De getallen in Hertz herken je waarschijnlijk ook van geluid, een radiosignaal zit echter in het elektromagnetisch spectrum.

In de afbeelding hieronder worden alle radiobanden in een lijn naast elkaar gezet. Daarin zie je waar radiostations als 3FM, Radio 538, Skyradio, etc. te vinden zijn, maar ook op welke plek vliegtuigen communiceren of GSM (en providers) en andere apparatuur zoals WiFi.

Frequentiebanden dat loopt van 1Hz tm 10THz met daarover de aanduidingen van EU NATO US ECM, de IEEE en ITU (VHF, UHF, etc.).

2. De 2.4 GHz geeft problemen

Deze techniek stamt uit 1997 waar breedband internet icm wifi niet bestond. In die tijd was WiFi gericht op industrie, waar zeer kleine hoeveelheden data (meestal tekst) werd verstuurd.




Een overzicht van kanalen, het radiospectrum dat rond kanaal 6 het drukst is en alle accesspoints die op elk WiFi kanaal aanwezig is. Dit zorgt voor de grote verstoringen op de 2.4 GHz WiFi radioband.

Het was toen ook geen probleem dat de 13 kanalen (Europa) elkaar overlappen, want de volledige bandbreedte van een kanaal werd niet gehaald. Het is een gebrek aan vooruitzien gebleken. Nu met breedband internet waar we Netflix in HD (of 4K) bekijken wordt de bandbreedte wel gebruikt en zitten deze overlappende kanalen elkaar in de weg.

Een WiFi apparaat kan alleen het signaal op het afgesproken kanaal herkennen. De naburige en overlappende kanalen worden niet als een WiFi signaal herkend, maar als verstoring. Het is alsof 13 mensen tegelijkertijd aan het praten zijn en elkaar proberen te overstemmen. Op de afbeelding hierboven, gemaakt in het centrum van Utrecht, is er met name in de piekuren geen goede WiFi verbinding.

Hoe ernstig is die overlapping precies. Kanaal 1 overlapt de kanalen 2, 3, 4 en 5. Kanaal 2 kanaal 1, 3, 4, 5 en 6, etc. In de afbeelding hieronder zie je hoe dit gaat.

Welke kanalen zijn op dit moment nog goed bruikbaar? Kanalen 1 t/m 13 van links naar rechts met de aanduiding hoever de overlap van kanaal 1, 6 en 11 is op 22MHz ten opzichte van de tussenliggende kanalen.

3. De oplossingen

Er zijn twee mogelijkheden. De eerste mogelijkheid is op 2.4 GHz het kanaal gebruik terugbrengen van 13 naar 3 kanalen. In de afbeelding hierboven kun je dat een beetje zien. Een specialist in zenders zal hier mits- en en maar-en toevoegen, maar men is het er over eens dat het gebruik van uitsluitend kanaal 1, 6 of 11 sterk aan te bevelen is.

Concreet: gebruik voor de 2.4 GHz uitsluitend kanalen 1, 6 of 11 en als de router / accesspoint de keuze geeft niet hoger dan 20 MHz (zie plaatje hierboven). Kies een kanaal dat het minst in de buurt gebruikt wordt (zie hieronder “De WiFi meettools”).

Als het zendvermogen is in te stellen, houd deze dan op 100 milliwatt (0.1 watt), dit is wat in Nederland maximaal is toegestaan. Het verhogen van zendvermogen op het AP (accesspoint) is een beter signaal voor de ontvanger (telefoon, computer, etc.), echter is de ontvanger niet in te stellen op hoger zendvermogen waardoor de ontvanger geen verbetering in de verbinding merkt.

Hetzelfde kanaal gebruiken als de buren is niet direct een probleem. WiFi werkt met een mechanisme dat rekening houdt met iedereen op hetzelfde kanaal (een kanaal er naast kan geen rekening mee worden gehouden).

De tweede mogelijkheid is om een accesspoint te gebruiken die zowel 2.4 GHz als 5 GHz tegelijkertijd werkt. Dual band dus. De kanalen op 5 GHz overlappen elkaar niet. Er is wel een nadeel, een signaal op 5 GHz draagt minder ver dan 2.4 GHz met hetzelfde zendvermogen. Uit eigen ervaring blijkt dat het 5 GHz signaal 22 tot 25 procent minder ver draagt waardoor meer wifi accesspoints nodig zijn dan bij de 2.4 GHz. Dat kan ook als voordeel gezien worden, WiFi van de buren aan de overkant zie je niet meer.

3.1. Volgende stap

Nu je een overview hebt gelezen is het waarschijnlijk eenvoudiger om de WiFi tools te kunnen interpreteren. Daarna volgt uitleg waar je rekening mee dient te houden bij het opzetten van nieuwe WiFi.

4. WiFi meet gereedschappen

Om inzicht te krijgen in WiFi in de omgeving heb je software nodig. Je zult gaan meten hoe het wifi radio signaal bij jou is en hoe je dit kunt verbeteren. Daarvoor zijn een paar belangrijke tools. Cadra gebruikt voornamelijk Metageekhard- en software.

  • Android: Gratis: WiFi Analyzer, betaald: Network Analyzer Pro van Jiri Techet (prijs: €3,99)
  • iOS: iOS staat (zover bekend nog) niet toe dat apps metingen op de antenne uitvoert. Er zijn wel apps die met snelheidstest en, door de kamer heen te lopen, weergeven welke plek de hoogste snelheid is en dus het beste signaal oplevert.
  • Windows: Gratis: Acrylic Home, betaald: Acrilyc Professional – (Pro werkt icm de gratis Wireshark – voor de professional dus)
  • Mac OS X: Betaald: WiFi Scanner (prijs $14.99)
  • Linux: vanaf de commandline:
    • sudo iwlist wlan0 scan | grep \(Channel
    • ==> Kijk welk kanaal het minst gebruikt (genoemd) wordt.

5. De WiFi meetgereedschappen lezen (basics)

Interessant al die tellertjes en WiFi netwerknamen toch? Een paar van die telletertjes zijn voor nu interessant. Dat zijn de RSSI / dBm, oftewel signaalsterkte en de kanalen.

Cadra snel zicht op signaalsterkte. -30dBm is Fantastisch, -67dBM is Goed, -70dBm is instabiel en met -80dBm is het onwerkbaar.

5.1. RSSI / dBm

WiFi meettools geven o.a. een RSSI waarde weer, uitgedrukt in dBm. Het geeft aan hoe sterk het signaal is tussen het WiFi accesspoint en een ermee verbonden apparaat. 

Een aantal opmerkingen:

  • in deze afbeelding zie de dBm en gebruikerservaring
  • -90 dBm is lager dan -60 dBm
  • een lage dBm kan worden veroorzaakt door:
    • grote afstand computer/WiFi accesspoint
    • materiaal tussen computer en WiFi (AP)
    • bijv. houten muren, gips, spiegels, beton
  • houdt -67 dBm aan als uiterste grens (kantelpunt)
  • WiFi signaalsterkte op een telefoon valt lager uit dan laptops vanwege batterijbesparende onderdelen



6. WiFi signaal demping – materialen

Een radiosignaal dat door materie gaat wordt er door gedempt. Het ene materiaal dempt meer dan het andere. Bij hout is er een lagere demping dan bij een draagmuur van gewapend beton.

Er zijn verschillende rekenmodellen en tabellen met uiteenlopende resultaten. De mensen die zelf getest hebben met nagenoeg dezelfde resultaten zijn in het tabel beschreven met bronvermelding er onder.

In het tabel staan gegevens die uit hands-on onderzoeken naar voren zijn gekomen. Onder het tabel vind je de bronnen.

Wifi demping tabel voor 2.4GHz en 5GHz. Het zijn 3 kolommen met links het materiaal, in het midden het signaal van  2.4GHz en 5GHz (in brackets) met de absorptie uitgedrukt in db en rechts voorbeelden van voorwerpen met dit materiaal.

Lucht: geen, 0 / [0] db - Open ruimte, tuin, camping (zorg dat de WiFi hoger dan 5 meter is geplaatst).

Hout: laag, 4 / [7] db - Deur, vloer (oud huis), etc.

Enkel glas: laag 3 / [8] db - Enkel glas zonder coating

Water: medium, 4 / [14] db - Aquarium of fontein

Getint dubbel glas: hoog 13 / [30] db - 

Raam voorzien van zonwerende coating

Kogelwerend glas: Hoog, 10 / [20] db

Baksteen, beton: zeer hoog, 18 / 30 db - muur van baksteen of betonblokken voor niet dragende muren

Metaal: zeer hoog, 19 / [32] db - gewapend beton (draagmuren, vloer, dragende pilaren, etc.), spiegels, metalen kasten, liftkooi (los van de betonnen liftschacht).
WiFi signaal demping in een kantoor opzet. Links 3 kantoorkamers met in bij de deur van middelste kamer een WiFi accesspoint. De lift in het midden van het gebouw dempt veel van het signaal. Daarom aan weerskanten van de lift een accesspoint.

7. Wetenschappelijk onderzoek WiFi naar signaalsterkte

Deze publicatie van Glyndŵr University ondersteunt dit artikel van Cadra.