Como Funciona a Velocidade no Wi-Fi?
Como funciona a velocidade no Wi-Fi? Talvez essa seja a dúvida mais comum dos usuários de uma rede Wi-Fi e na maioria das vezes essa dúvida aparece implicitamente em forma de reclamação, por exemplo:
“Por que meu celular não consegue mais do que 50M no Wi-Fi se a minha conexão com a Internet é de 200M? No cabo eu consigo 200M…”
Responder essa pergunta não é exatamente algo direto que possa ser feito em poucas palavras, pelo menos não se o objetivo for realmente entender como funciona a velocidade no Wi-Fi, o que motivou a escrita desse artigo.
Observação: De maneira geral os termos velocidade e largura de banda são utilizados como sinônimos porque existe uma relação entre eles, mas na realidade a taxa de transmissão em bits por segundo (bps) é uma métrica de capacidade, conforme explicado neste artigo. Para os objetivos específicos deste artigo faremos referência ao termo velocidade para dizer respeito à taxa de transmissão negociada entre um dispositivo cliente Wi-Fi e um AP.
Sempre que me fazem essa pergunta, a primeira resposta necessariamente começa com uma série de outras perguntas.
- Quais as capacidades Wi-Fi do dispositivo cliente?
É N (Wi-Fi 4) ou AC (Wi-Fi 5)?
Possui quantas antenas? É 1x1 ou 2x2? - Já foi feita uma varredura do espectro no local?
Qual a ocupação dos canais?
Há muita interferência? - O cliente está conectado em 2,4 GHz ou 5 GHz?
Qual a largura do canal? 20 MHz, 40 MHz ou 80 MHz?
Com as respostas de todas essas perguntas é possível elaborar outra resposta que seja efetivamente precisa em relação à dúvida do cliente. Humm, parece complexo, não é? Então vamos entender melhor tudo isso…
Muitos pensam que a simples aquisição de um AP corporativo mais robusto do que roteadores residenciais é suficiente para conseguir melhores velocidades no Wi-Fi, mas esse é um erro primário (e recorrente) porque o desempenho depende em grande parte das capacidades do dispositivo cliente.
Técnica de Modulação (MCS)
A velocidade no Wi-Fi depende de vários fatores além da capacidade do AP, por exemplo de fatores técnicos (configuráveis no AP) e ambientais. A taxa de transmissão é consequência do índice de modulação (MCS) utilizado na comunicação entre AP e cliente, além das capacidades do dispositivo cliente.
Continuamente ocorre uma negociação automática da taxa de transmissão que será utilizada na comunicação entre um dispositivo cliente e um AP. Essa taxa negociada está diretamente relacionada à tecnologia Wi-Fi suportada pelo AP e cliente, além da distância entre eles!
Quanto mais recente for a tecnologia Wi-Fi suportada por AMBOS o cliente e o AP, então quer dizer que eles são capazes de utilizar uma linguagem mais complexa que implica em maiores taxas de transmissão. Na prática essa linguagem mais complexa é o que chamamos de índice de modulação/codificação (ou apenas MCS).
Observação: A antiga tecnologia Wi-Fi 4 (padrão N) suporta 8 índices MCS, enquanto que o atual padrão Wi-Fi 5 (padrão AC) suporta 10 índices e o Wi-Fi 6 de próxima geração suporta 12. Quanto melhor o sinal recebido, maior será o índice utilizado.
Essa capacidade dos dispositivos clientes e do AP, somada a outros fatores técnicos, como por exemplo a quantidade de antenas, será determinante na taxa de transmissão. Atualmente a gente pode afirmar com boa margem de segurança que 50% dos dispositivos móveis no mercado nacional possuem uma única antena de transmissão (1x1) e a outra metade possui duas (2x2).
Tão importante quanto essa capacidade técnica do hardware, é a distância entre AP e cliente. O sinal de radiofrequência enfraquece/atenua bastante no espaço livre, independente da presença de obstáculos que atenuam muito mais. Na prática isso quer dizer que quanto mais distante o cliente estiver do AP, mais fraco será o sinal recebido e será necessário utilizar uma linguagem menos complexa para que seja possível compreender (demodular) o sinal recebido, ou seja, será necessário utilizar um MCS pior (menos denso).
A figura abaixo ilustra esse processo:
Observação: Reparem que quanto mais afastado o cliente estiver do AP, menor será a relação sinal/ruído (SNR), algo natural porque o sinal será mais fraco. Por sua vez, quanto menor for o SNR, menor será a taxa de transmissão.
A título de exemplo usando a imagem acima, suponhamos um cliente Wi-Fi 4 (802.11n) que tenha 2 antenas de transmissão/recepção (2x2). Esse cliente suporta 8 índices MCS por ser Wi-Fi 4, representados pelas oito cores do gradiente na figura. As cores quentes representam os sinais mais fortes quando o cliente está próximo do AP, ou seja, os melhores índices MCS. Seguindo a mesma lógica, as cores frias representam os sinais mais fracos quando o cliente está afastado do AP, ou seja, os piores índices MCS.
Esse cliente N 2x2 consegue atingir no máximo a taxa de 144M utilizando canais de 20 MHz e até 300M com canais de 40 MHz. Na prática a taxa nominal deve ser reduzida pela metade (aproximadamente) por causa do overhead do tráfego de controle e mecanismos de proteção necessários para que a tecnologia Wi-Fi possa funcionar “magicamente”. Por isso a velocidade real (throughput) é aproximadamente 70M com canais de 20 MHz e cerca de 150M com canais de 40 MHz, ou seja, 50% do valor nominal. Somando possíveis interferências tão comuns à banda de 2.4 GHz, isso explica porque dificilmente se consegue mais do que 50M nessa banda, mesmo utilizando excelentes dispositivos clientes.
Considerando outro exemplo de um cliente com uma única antena (1x1) que esteja bem próximo do AP, a velocidade máxima com canal de 20 MHz seria de 65M a 72M, lembrando que na prática teremos por volta de 50–60% disso, ou seja 30M. Usando um canal de 40 MHz em 2.4 GHz (não recomendado), a velocidade máxima nominal modulando em 64-QAM seria de 135M a 150M em clientes 1x1, então é possível nesses casos conseguir até 100M nos dispositivos clientes. Só é possível conseguir maiores velocidades do que isso estando conectado em 5G e próximo do AP.
Outro detalhe que muitas vezes passa despercebido é que mesmo um cliente AC vai modular “apenas” em N (64-QAM) quando estiver conectado em 2.4 GHz porque as modulações mais altas do padrão AC (256-QAM) se aplicam apenas em 5 GHz, diferente do padrão Wi-Fi 6 de próxima geração que vai empregar as novas modulações em ambas as bandas 2G/5G.
Observação: Os valores utilizados nesses exemplos podem ser consultados no link abaixo que traz uma tabela atualizada com todos os índices MCS possíveis nos diferentes padrões de Wi-Fi em função do hardware dos dispositivos:
Impacto da Interferência (SNR)
A figura acima também deixa evidente que o MCS depende do SNR que é a relação entre o nível de sinal e o ruído percebido no local. A comunicação em Wi-Fi ocorre através de um meio de transmissão compartilhado (meio aéreo) que é disputado por todos os dispositivos, de forma que cada um deles utiliza uma fatia do tempo aéreo (airtime). Esse meio está sujeito à interferência de vários outros sinais Wi-Fi concorrentes e também de sinais não-WiFi que são usados pelos mais diversos dispositivos eletrônicos, como por exemplo brinquedos eletrônicos, fornos de microondas, telefones sem fio, headsets e caixas de som Bluetooth, babás eletrônicas, câmeras wireless, etc…
Observação: O conceito de airtime diz respeito ao percentual de tempo que cada estação (cliente) consome na rede Wi-Fi. Como o meio aéreo é um recurso compartilhado e as estações concorrem pelo seu uso, o airtime total é agregado entre todos os clientes, ou seja, depende do desempenho individual de cada cliente. O tempo que uma única estação consome do airtime pode ser maior ou menor conforme a necessidade de tráfego do cliente e das taxas de modulação empregadas na transmissão. Quanto maior o índice de modulação utilizado para transmissão, menor será a quantidade de tempo aéreo necessário para transmitir o mesmo volume de dados que seria necessário com menores modulações.
A presença de vários outros sinais concorrentes vai criar um ambiente similar a uma sala de aula em que todos falam ao mesmo tempo sem respeitar uma ordem. Essa situação torna mais difícil a compreensão dos sinais e força os dispositivos a utilizarem uma linguagem menos complexa, inclusive causando maior incidência de repetição de dados. Na prática o efeito dessa linguagem menos complexa é o uso de técnicas mais simples de modulação.
Observação: Recomendamos a leitura deste artigo que explica os procedimentos de realização de um Site Survey no ambiente para identificar a presença de outras fontes de interferência.
O desempenho vai depender do SNR no ambiente que, por sua vez, depende do nível de sinal recebido no cliente e da presença de ruído. Se existir uma única parede entre o AP e o dispositivo cliente, já não será possível atingir a modulação máxima.
Largura do Canal
Um detalhe curioso que também gera dúvida é que muitas vezes um roteador Wi-Fi residencial com desempenho inferior pode apresentar taxas de transmissão maiores do que um AP corporativo (bastante superior). Isso ocorre porque é comum equipamentos residenciais serem pré-configurados para usar canais mais largos (40 MHz em 2.4 GHz e 80 MHz em 5 GHz) com o intuito do usuário enxergar mais velocidade nos testes. Apesar de parecer algo bom, essa é uma prática muito ruim. Por isso equipamentos corporativos são pré-configurados com canais menores, seguindo as boas práticas quanto ao uso de canais de 20 MHz (2G) e 40 MHz (5G).
Quanto maior a largura de canal utilizada, pior o desempenho final no que diz respeito à escuta de mais interferência (e ruído térmico) e menor alcance, principalmente no contexto de uma empresa em que o esperado é que haja múltiplos APs. Além disso, operar com canais tão largos não traz nenhum benefício real na prática porque um único cliente raramente precisa de mais do que 100M. Mesmo que você esteja “vendo” mais velocidade em testes, é possível que a latência esteja maior decorrente de retransmissões.
Estando ciente disso, a modulação máxima possível de ser alcançada com canais e 80MHz em 5 GHz com um dispositivo 2x2 próximo do AP, se não houver interferência, algo improvável com essa largura, seria de 700M-860M, sendo que na prática você pode esperar em torno de 60% disso, ou seja, +/- 500M. Um cliente 3x3, por exemplo o MacBook Pro utilizado no exemplo da figura abaixo em conjunto com um AP UniFi nanoHD (4x4 MU-MIMO), pode atingir 1G nominal e na prática é possível chegar em 600M.
Observação: Há vários modelos de APs Wi-Fi disponíveis no amplo portfólio UniFi. Para obter informações detalhadas sobre cada um dos modelos, recomendamos a leitura deste artigo.
Fica claro que Wi-Fi não é assim tão simples como muitos pensam num primeiro momento, não é mesmo? Há vários fatores técnicos (configuráveis) e ambientais que impactam diretamente no resultado final que será obtido em uma célula Wi-Fi, inclusive em relação à capacidade de hardware do dispositivo cliente, algo que nem sempre está sob nosso controle!
Loja Oficial Ubiquiti BR
br.store.ui.comGrupo UniFi Facebook
fb.com/groups/ubnt.unifi.brGrupo UniFi LinkedIN
linkedin.com/groups/12135007Fórum Oficial Ubiquiti
forum-pt.ui.com
Samuel Henrique Bucke Brito
samuel.brito@ui.com
Ubiquiti Inc.
