WiFi连接中5G频率与2.4G频率穿墙能力差异如此大？

eefocus_3923837

使用WiFi连接时，我们可能会发现5G频率与2.4G频率之间存在着明显的穿墙能力差异。为什么5G频率的WiFi信号在穿透障碍物时表现较差？本文将深入探讨这一问题的原因与解释。

当前的家用千兆WiFi路由器大多都是双频，工作在2.4GHz和工作在5GHz，因为选择5G频点能够得到更快的连接速度，大家都会优先选用5GHz。但有时会发现，WiFi的连接在某些位置，例如在厕所内，选用2.4GHz的时候，比选用5GHz的连接更好，说明2.4G的穿墙能力强。

对于为何WiFi连接中5G频率比2.4G穿墙能力差这么多的问题，主要原因其实就是电磁波的特性决定的。

波长问题：

电磁波是电场和磁场相互交替向前传播能量，我们的通信信号就是调制在电磁波中，电磁波的波长就是一个周期内电磁波向前传到的距离。

理想环境下电磁波与光速一致，也就是每秒接近30万公里。

计算一下波长：

2.4G的波长大约为0.125米属于分米波

5G的波长为0.06米，属于厘米波

     在理想传播模型中，当发射端的发射功率固定时，接收端的接收功率与波长的平方、发射天线增益和接收天线增益成正比，与发射天线和接收天线之间的距离的平方成反比。

     可以计算得出5G频点比2.4G频点的衰耗要快4.34倍。同样发射功率为10mw，低频率的波长能够传播的更远。

电磁波的特性像光似波

电磁波既有光的直射、反射、透射的特性，也有波绕射和衍射等特性，所以电磁波在空间的传播时是一个十分复杂的过程。而频率越高的电磁波其特性像光就更多一些；频率越低电磁波就更加像波的特性。所以低频率的电磁信号更加容易远距离传播，而且穿透、绕射能力更强，所以家庭内距离WIFI路由器比较远且被墙体阻挡的区域的信号比较弱，2.4G更加容易有信号，能够通信。同时这也是2.4G为什么会信道比较拥挤和冲突的原因，周边的邻居的2.4G信号都会干扰到某些人。

再说5G的情况：

    5GHz在厘米波段，无线电波的波长是6厘米。而2.4G使用的无线电波是分米波。由于接收功率与波长的平方成正比，5G的信号衰减非常严重，导致接收天线接收到的信号功率显著减少。怎么办呢？

我们不可能随意增加发射功率，因为国家对天线功率有上限限制；我们不可能改变发射天线和接收天线之间的距离，因为移动用户随时可能改变位置；我们也不可能无限提高发射天线和接收天线的增益，因为这受制于材料和物理规律。

唯一可行的解决方案是：增加发射天线和接收天线的数量，即设计一个多天线阵列。这样在WIFI5和WiFi6中引入了MIMO技术，特别是WiFi6技术的提升让无线可以实现千兆级别的连接速率。

正因为不同的需要大家可以看到2.4G的WiFi一般采用圆形天线，而支持WIFI6功能的路由器的天线大多都是扁的，能够增加天线数量，实现多入多出的通信通道。

总结一下：

1、频率越高（波长越短）的电磁波的传播特性更加像光的传播特性。

2、空间电磁波的能量衰耗与波长的平方相关，波长越短衰耗越大。

两个特性决定了传播距离、绕射能力方面2.4G要优于5G，所以5G的穿墙能力比2.4G差4倍左右。

通过对5G频率与2.4G频率穿墙能力差异的探讨，我们了解到物理特性是主要原因之一。虽然5G频率在提供更大带宽和速度方面有优势，但其较高的频率导致信号衰减程度更高，穿透障碍物的能力相对较弱。然而，我们也要意识到技术的不断进步可能会缓解这个问题，例如通过增加基站密度、采用更先进的天线技术等。期待未来的科技创新能够进一步提高5G频率在穿墙能力方面的表现，为我们提供更稳定、快速的无线连接体验。

阅读全文