2,4 vs 5 GHz: a ciência por trás dos problemas de conectividade em dispositivos IoT

O WiFi percorreu um longo caminho desde o seu nascimento, há 26 anos. Inicialmente, ele suportava insignificantes 2 Mbps a 2,4 GHz. A tecnologia evolui e hoje existem cerca de 18 mil milhões de dispositivos com WiFi em uso e mais de 4 mil milhões de novos dispositivos vendidos anualmente.

Novos recursos e bandas de frequência foram adicionados, sendo a mais recente a banda de 6 GHz que suporta uma velocidade máxima de link de 9,6 Gbps. Isso é 48 mil vezes a velocidade original em 1997.

Quanto mais rápido melhor, certo? No entanto, 2,4 GHz continua sendo a banda mais popular atualmente, e a maioria dos produtos domésticos inteligentes suporta apenas 2,4 GHz. Para entender o porquê, vamos explorar a ciência por trás das bandas. Como os produtos de 6 GHz ainda estão nos estágios iniciais de disponibilidade comercial, vamos nos concentrar na comparação de 2,4 com 5 GHz.

Sem dúvida, a banda de 5 GHz transporta muito mais tráfego sem fio. Isso fica aparente apenas olhando o gráfico acima. A velocidade pode ser importante para a transmissão de vídeo de uma câmera de segurança, mas o alcance pode ser o fator decisivo para um controle inteligente de porta de garagem localizado longe do roteador. A vantagem de 2,4 GHz é que ele tem maior alcance e melhor cobertura.

A razão é que as frequências sem fio mais baixas passam melhor pelas paredes e móveis do que as mais altas. Por exemplo, um sinal de 2,4 GHz cai 70% ao passar por drywall, em comparação com 90% para 5 GHz. Para uma parede de tijolos, é uma queda de 63% em 2,4 GHz e 83% em 5 GHz.

Frequências mais baixas também têm comprimentos de onda mais longos, o que lhes permite dobrar objetos com mais facilidade. Isso significa menos pontos mortos de WiFi e melhor cobertura em casa.

Outra vantagem de 2,4 GHz é que é a banda original. A compatibilidade com versões anteriores foi mantida por meio de iterações sucessivas de WiFi e, devido à sua longa história e às consequentes economias de escala, os chipsets e módulos de 2,4 GHz são mais econômicos do que os de 5 GHz. Se você é o gerente de produto de um produto doméstico inteligente, muitas vezes isso é óbvio.

No entanto, a banda de 2,4 GHz é um espaço lotado, usado não apenas por WiFi, mas também por dispositivos Bluetooth e fornos de micro-ondas. Muitas vezes sofre de congestionamento e interferência, resultando em problemas de conectividade para produtos domésticos inteligentes – o que pode levar a desafios de suporte técnico e má percepção da marca.

Uma banda de frequência WiFi é dividida em canais, semelhantes aos canais de TV na banda UHF/VHF e estações de rádio nas bandas AM/FM. Nos EUA e no Canadá, os canais WiFi 1 a 11 são amplamente utilizados, 12 a 13 são restritos e 14 não são usados.

Um ponto importante da figura acima é que os canais de 2,4 GHz se sobrepõem. Uma rede operando no canal 1 envia e recebe dados usando algumas das mesmas frequências que uma rede no canal 3.

Eles interferirão um no outro até certo ponto. A interferência reduz a qualidade do sinal sem fio, o que reduz o alcance, a largura de banda e o desempenho da rede.

Pior ainda, a maioria dos roteadores usará como padrão os canais 1, 6 ou 11 (de cor azul na figura acima). Isso ocorre porque eles não se sobrepõem e, portanto, não interferem entre si. Mas em um grande prédio de apartamentos ou condomínio, você poderia facilmente ser coberto por dez ou mais redes WiFi.

Lembre-se de que 2,4 GHz tem um alcance maior, então é mais provável que o WiFi de um vizinho cubra sua casa. Alguns deles usarão o canal como você, já que existem apenas três canais não sobrepostos disponíveis.

Em comparação, a banda de 5 GHz possui 21 canais não sobrepostos, portanto a chance de interferência é muito menor.

Quando há muito tráfego de dados no seu canal e tudo fica mais lento, isso é chamado de congestionamento. WiFi é um meio compartilhado, o que significa que quando um dispositivo está falando, ninguém mais pode. Quanto mais ocupado o canal, mais difícil será conseguir um slot de conversação, o que resulta em baixa qualidade ou travamento de vídeo e até perda de dados.

Além disso, os dispositivos inteligentes com um nível ou qualidade de sinal WiFi mais baixo – como aqueles próximos ao limite da cobertura ou alcance da rede – falam mais lentamente do que os dispositivos próximos ao roteador e usam efetivamente mais largura de banda. É possível que sua rede doméstica possa transmitir vídeo para dois dispositivos localizados próximos ao roteador, mas apenas para um dispositivo localizado no limite da cobertura.