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technique:frequences_et_spectre_radio

Fréquences et spectre radio

Rhizome opère sans licence particulière, dans les bandes ISM (Industrielle, scientifique et médicale). L'usage en est cependant réglementé par l'ARCEP. Pour ce qui nous concerne, 2 plages de fréquences nous intéressent : 2.4GHz et 5GHz

Termes…

La puissance d'émission réglementée est la PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente). Elle est donnée en Watts (échelle linéaire) ou en dBm (échelle logarithmique).

Tous les 3 db, on double la puissance en W :

Watts dBm
100mW 20dBm
200mW 23dBm
500mW 27dBm
1W 30dBm

Antennes et gain

Lorsqu'on ajoute une antenne, avec un gain en dB, on augmente donc d'autant la PIRE. Il convient donc de diminuer la puissance d'émission de la carte wifi pour rester dans les clous légalement.

Quel intérêt alors de rajouter une antenne à haut gain si on doit baisser la puissance d'émission ?

Le signal d'un lien va dépendre à la fois du gain en émission et du gain en réception (sensibilité). Ajouter une antenne de X dB va augmenter le gain en réception et celui en émission. On baisse ensuite manuellement le gain en émission pour éviter d'émettre trop fort mais celui en réception reste meilleur.

Bandes de fréquences et réglementation

Plage ~2.4Ghz

Les fréquences autorisées et libres d'usages sont les suivantes : 

Fréquence Puissance maximale (PIRE)
2400-2454MHz 100mW
2483,5 MHz 10mW

Ces fréquences correspondent au wifi 802.11b/g/n1). C'est à dire le wifi qui doit être utilisé dans 99% des box et équipements sans-fil informatiques. C'est donc une bande très bruitée. En immeuble, il n'est pas rare de voir une vingtaine de réseaux qui se « battent » pour l'utilisation de cette étroite plage de fréquences.

Le graphe ci-dessous montre les irrégularités du temps de réponse sur la bande des 2.4GHz, ce test a été réalisé pour les besoins de la TX agrégation de liens dans un immeuble ou un PC détectait une vingtaine de réseaux sans-fil sur la bande des 2.4GHz.

Instabilité du ping sur la bande des 2.4GHz

Cette bande n'est pas conseillée pour la réalisation de liens sans-fil requérant une certaine stabilité, donc peu envisageable pour construire une épine dorsale de réseau (backbone) dans l'environnement bruité d'une ville.

En revanche, c'est la seule solution pour se relier à des ordinateurs/smartphones… etc estampillés wifi. La plupart ne sachant parler que dans cette bande de fréquences. → C'est donc la bande de fréquences retenue par Rhizome pour les "box" qui sont prêtée aux abonnés afin qu'ils puissent relier leurs équipements à l'intérieur d'un logement.

Plage ~5Ghz

C'est la plage de fréquence du wifi 802.11a/n2) Elle est largement moins utilisée que celle des 2.4GHz. Sa fréquence plus haute fait qu'elle est plus sensible aux obstacles et à la diffraction. Pour compenser cette lacune, l'ARCEP autorise une émission plus puissante sur cette bande :

 Découpage des fréquences en 5GHz, source : hypercable.fr

Fréquences Puissance maximale (PIRE) Environnement
5470-5725 MHz 1W avec TPC 500mw sans TPC intérieur ou extérieur
5150-5250 MHz 200 mW avec ou sans TPC intérieur seulement
5250-5350 MHz 200 mW avec TPC, 100mW sans intérieur seulement
  • TPC : Transmit Power Control : facultatif : gestion dynamique de la puissance d'émission radio. Le but étant d'éviter d'émettre à fond en permanence alors que ça n'est pas nécessaire.
  • DFS : Dynamic Frequency Selection : obligatoire : 2 parties :
    • Scanne au démarrage les fréquences, exclut celles ou des radars en opération sont détectés puis en choisit une aléatoirement parmi les restantes
    • Change de fréquence pendant le fonctionnement si on détecte une activité radar sur l'actuelle (cette fréquence ne doit plus être utilisée pendant 30 minutes).

La mesure de variation du ping ci-dessous est à comparer à la mesure équivalente dans les mêmes conditions pour le 2.4Ghz, le signal à 5GHz est plus stable. Notons que cela est du au fait que cette bande soit essentiellement vierge :

Pour la construction d'une épine dorsale (backbone) radio (ex: le réseau Rhizome à travers la ville), la première ligne du tableau 5470-5725 est intéressante : utilisable en extérieur et d'une puissance assez élevée.

→ Ce sont les fréquences opérées par Rhizome pour son réseau radio d'extérieur.

Cohabitation avec les radars météorologiques

Les équipements sur cette bande de fréquence doivent implémenter une sélection de fréquence dynamique. Notamment pour ne pas brouiller les radars météorologiques qui opèrent entre 5600 et 5650MHz comme on peut le voir sur cette carte des radars.

Sur le matériel ubiquiti cette détection de radar se fait via l'option DFS (onglet Wireless).

  • Au démarrage de l'AP, un scan est réalisé, si des radars sont détectés, leurs fréquences sont supprimées des fréquences utilisables. Puis une fréquence est sélectionnés, parmi les restantes.
  • Au cours du fonctionnement de l'AP, si jamais celui-ci détecte qu'un radar émet sur la fréquence sur laquelle il opère, l'AP change immédiatement de fréquence (désassociant toutes les stations qui doivent se ré-associer).
L'implémentation de DFS dynamique (détection des radars en fonctionnement) dans le matériel ubiquiti est un peu buguée et remonte des faux positifs. 3)

Sources réglementaires

Collocalisation et fréquences qui bavent

Selon des tests de tetaneutral.net, on peut considérer que les fréquences “bavent” autour de la fréquence centrale :

  • 20 Mhz en channel width de 5MHz
  • 60MHz en channel width de 10MHz
  • 100MHz en channel width de 20MHz
  • 120MHz en chan width de 40MHz

C'est important à garder en tête lorsque notamment on construit des points fixes avec plusieurs antennes.

Ressources

1) , 2)
le 802.11n spécifie également l'usage de la bande des 5GHz mais dans la pratique le matériel grand public n'implémente généralement que la bande des 2.4GHz
3)
Cela était censé s'arranger avec la version 5.5 du firmware… Pour notre cas, ça n'a rien arrangé, au contraire → + de déconnexions
technique/frequences_et_spectre_radio.txt · Dernière modification: 2016/05/23 11:10 (modification externe)