استخدام الراديو بتردد 2.4 جيجاهرتز

تُستخدم نطاقات التردد اللاسلكي ISM  بتردد 2.4 جيجاهرتز في العديد من التطبيقات . وقد يحدث تداخل بين الأجهزة العاملة على هذا التردد . تتناول هذه المقالة بالتفصيل مختلف مستخدمي نطاق 2.4 جيجاهرتز، وكيفية تسببهم في تداخل مع المستخدمين الآخرين، ومدى تعرضهم للتداخل من قِبل المستخدمين الآخرين. 

تستخدم العديد من الهواتف اللاسلكية وأجهزة مراقبة الأطفال في الولايات المتحدة وكندا تردد 2.4 جيجاهرتز، ^{[ 1 ]} وهو نفس التردد الذي تعمل عليه معايير الواي فاي 802.11b و 802.11g و 802.11n و 802.11ax . قد يؤدي ذلك إلى انخفاض ملحوظ في السرعة، أو في بعض الأحيان إلى انقطاع إشارة الواي فاي تمامًا أثناء إجراء مكالمة هاتفية. ^{[ 2 ]} 

تعمل أجهزة البلوتوث المُخصصة للاستخدام في الشبكات الشخصية قصيرة المدى ضمن نطاق ترددي يتراوح بين 2.4 و2.4835  جيجاهرتز. وللحد من التداخل مع البروتوكولات الأخرى التي تستخدم  نطاق 2.45 جيجاهرتز، يقسم بروتوكول البلوتوث هذا النطاق إلى 80 قناة (مرقمة من 0 إلى 79،  عرض كل منها 1 ميجاهرتز. ويحتوي بلوتوث منخفض الطاقة على نصف عدد القنوات، حيث يبلغ عرض كل قناة ضعف عرض قناة بلوتوث الكلاسيكي)، ويُغير القنوات حتى 1600 مرة في الثانية. كما يتميز البلوتوث بتقنية القفز الترددي التكيفي التي تحاول اكتشاف الإشارات الموجودة في نطاق ISM ، مثل قنوات Wi-Fi ، وتجنبها من خلال التفاوض على خريطة قنوات بين أجهزة البلوتوث المتصلة.

لقد ثبت أن معيار كابل الكمبيوتر USB 3.0 يولد كميات كبيرة من التداخل الكهرومغناطيسي الذي يمكن أن يتداخل مع أي أجهزة بلوتوث متصلة بنفس الكمبيوتر. ^{[ 3 ]}

تقنية الواي فاي هي تقنية لربط الأجهزة لاسلكيًا عبر الشبكات المحلية، وتعتمد على معايير IEEE 802.11 . و " واي فاي" علامة تجارية مسجلة لتحالف الواي فاي ، الذي يقصر استخدام مصطلح " معتمد من الواي فاي" على المنتجات التي تجتاز بنجاح اختبارات شهادة التوافق التشغيلي . ^{[ 4 ]}

تشمل الأجهزة التي تدعم تقنية الواي فاي أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة ، وأجهزة ألعاب الفيديو ، والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ، وأجهزة التلفاز الذكية ، ومشغلات الصوت الرقمية، والسيارات، والطابعات الحديثة. ويمكن للأجهزة المتوافقة مع الواي فاي الاتصال بالإنترنت عبر شبكة محلية لاسلكية (WLAN) ونقطة وصول لاسلكية . يبلغ مدى نقطة الوصول هذه (أو نقطة الاتصال الساخنة ) حوالي 20 مترًا (66 قدمًا) داخل المباني، ومدى أوسع في الهواء الطلق. ويمكن أن تكون تغطية نقطة الاتصال الساخنة صغيرة جدًا، بحجم غرفة واحدة ذات جدران تحجب موجات الراديو، أو واسعة جدًا، تصل إلى عدة كيلومترات مربعة، وذلك باستخدام نقاط وصول متعددة متداخلة.

توجد إصدارات مختلفة من تقنية الواي فاي، تختلف في نطاقاتها وتردداتها وسرعاتها. تستخدم تقنية الواي فاي عادةً نطاقي الترددات الراديوية ISM بتردد 2.4 جيجاهرتز (12 سم) UHF و 5.8 جيجاهرتز (5 سم SHF ) ، حيث يُقسّم كل نطاق إلى قنوات متعددة. ويمكن لعدة شبكات مشاركة كل قناة. تعمل هذه الأطوال الموجية بكفاءة عالية في حالة وجود خط رؤية مباشر . تمتص العديد من المواد الشائعة هذه الموجات أو تعكسها، مما يحدّ من نطاق التغطية، ولكنه قد يُساعد في تقليل التداخل بين الشبكات المختلفة في البيئات المزدحمة. عند المسافات القريبة، يمكن لبعض إصدارات الواي فاي، التي تعمل على أجهزة مناسبة، أن تصل إلى سرعات تتجاوز 1 جيجابت/ثانية .  

يمكن لأي شخص ضمن نطاق الشبكة اللاسلكية، باستخدام وحدة تحكم واجهة الشبكة اللاسلكية ، محاولة الوصول إلى الشبكة؛ ولهذا السبب، تُعدّ شبكات الواي فاي أكثر عرضةً للهجمات (المعروفة بالتنصت ) من الشبكات السلكية. وتُعدّ تقنية الوصول المحمي للواي فاي (WPA) مجموعة من التقنيات المصممة لحماية المعلومات المتداولة عبر شبكات الواي فاي، وتشمل حلولًا للشبكات الشخصية وشبكات المؤسسات. وقد شهدت ميزات الأمان في WPA تطورًا ملحوظًا، حيث تم تعزيز الحماية وتطوير ممارسات أمنية جديدة لمواكبة التغيرات في مجال الأمن السيبراني.

لضمان عدم حدوث أي تداخل تحت أي ظرف، يتطلب بروتوكول الواي فاي  فصلًا بين القنوات بمقدار 16.25 ميجاهرتز (11g/n) أو 22 ميجاهرتز (11b) (كما هو موضح أدناه). تُستخدم أي فجوة متبقية كنطاق حماية لتوفير توهين كافٍ على طول القنوات الطرفية. يُستخدم نطاق الحماية هذا بشكل أساسي لاستيعاب أجهزة التوجيه القديمة المزودة بشرائح مودم معرضة لامتلاء القنوات بالكامل، حيث أن معظم مودمات الواي فاي الحديثة لا تعاني من امتلاء القنوات المفرط.

على الرغم من إمكانية ضبط الترددات المتداخلة، والتي عادةً ما تعمل، إلا أنها قد تُسبب تداخلاً يؤدي إلى تباطؤ في الأداء، قد يكون شديداً أحياناً، خاصةً عند الاستخدام المكثف. ويمكن استخدام مجموعات فرعية معينة من الترددات في وقت واحد في أي موقع دون تداخل (انظر المخططات للاطلاع على التوزيعات النموذجية).

ومع ذلك، فإن المسافة الدقيقة المطلوبة عندما لا تكون أجهزة الإرسال متجاورة تعتمد على البروتوكول ومعدل نقل البيانات المحدد والمسافات والبيئة الكهرومغناطيسية التي يتم فيها استخدام المعدات. ^{[ 5 ]}

يُضاف التوهين الناتج عن القناة النسبية إلى التوهين الناتج عن المسافة وتأثيرات العوائق. ووفقًا للمعايير، يجب على أجهزة الإرسال على نفس القناة أن تتناوب في الإرسال إذا كان بإمكانها اكتشاف بعضها البعض بمقدار 3  ديسيبل فوق مستوى الضوضاء (يبلغ مستوى الضوضاء الحرارية حوالي -101 ديسيبل ميلي واط لقنوات 20 ميجاهرتز). ^{[ 7 ]} من ناحية أخرى، تتجاهل أجهزة الإرسال أجهزة الإرسال على قنوات أخرى إذا كانت قوة الإشارة الموهنة منها أقل من عتبة Pth، _والتي تتراوح بين -76 و-80 ديسيبل ميلي واط لأنظمة غير Wi-Fi 6. ^{[ 5 ]} على الرغم من إمكانية حدوث تداخل (أخطاء في البتات) عند جهاز الاستقبال، إلا أن هذا التداخل يكون عادةً ضئيلاً إذا كانت الإشارة المستقبلة أعلى بأكثر من 20 ديسيبل من قوة الإشارة الموهنة من أجهزة الإرسال على القنوات الأخرى. ^{[ 5 ]}    

والنتيجة الإجمالية هي أنه في حال وجود تداخل كبير بين أجهزة إرسال القنوات المتجاورة، فإنها غالباً ما تتداخل مع بعضها البعض. وبشكل عام، فإن استخدام قناة واحدة من كل أربع أو خمس قنوات، مع ترك ثلاث أو أربع قنوات فارغة بين القنوات المستخدمة، يُقلل التداخل بشكل كبير مقارنةً بمشاركة القنوات، كما يُمكن استخدام مسافات أضيق عند المسافات البعيدة. ^{[ 8 ] [ 5 ]}

• 
  تصميم شبكة بسيط في الولايات المتحدة، يوفر تغطية لمنطقة باستخدام ثلاث قنوات
• 
  يُتيح توفر قنوات الواي فاي الأوروبية أنماط إعادة استخدام التردد المربع

تعمل العديد من شبكات البيانات اللاسلكية القائمة على معيار Zigbee / IEEE 802.15.4 في نطاق التردد 2.4 - 2.4835  جيجاهرتز، وبالتالي فهي عرضة للتداخل من الأجهزة الأخرى العاملة في نفس النطاق. يُعرّف هذا النطاق بأنه 16 قناة مرقمة من 11 إلى 26،  بعرض 2 ميجاهرتز لكل منها، وبفاصل 5  ميجاهرتز بينها. تم ضبط تردد F0 _للقناة 11 على 2.405  جيجاهرتز. يُستخدم نظام DSSS لتوسيع نطاق التردد (بمعدل بيانات 250 كيلوبت/ثانية) وتقليل التداخل. ^{[ 6 ]}

لتجنب التداخل من شبكات IEEE 802.11 ، يمكن تهيئة شبكة IEEE 802.15.4 لاستخدام القنوات 15 و20 و25 و26 فقط، مع تجنب الترددات المستخدمة من قبل قنوات IEEE 802.11 الشائعة الاستخدام (1 و6 و11). يعتمد اختيار القناة المناسبة على قناة 802.11 الشائعة محليًا. على سبيل المثال، في مكان يستخدم القنوات 1 و7 و13، يُفضل استخدام القنوات 15 و16 و21 و22. يمكن تحقيق التعايش بين القنوات بشرط وجود مسافة 8 أمتار على الأقل بين نقطة الوصول 802.11 وجهاز 802.15.4. ^{[ 6 ]}

تستخدم بعض الأجهزة الطرفية اللاسلكية مثل لوحات المفاتيح والفأرات  نطاق 2.4 جيجاهرتز مع بروتوكول خاص.

يُسمح لهواة اللاسلكي  في الولايات المتحدة بالعمل ضمن نطاق الترددات من 2300 إلى 2450 ميجاهرتز، باستثناء النطاق من 2310 إلى 2390 ميجاهرتز. وتُخصص  الترددات بين 2400 و2410 ميجاهرتز في الولايات المتحدة لاتصالات الأقمار الصناعية للهواة، بينما تُخصص الترددات من 2410 إلى 2450 ميجاهرتز لأنشطة النطاق العريض. ويُسمح لهواة اللاسلكي باستخدام طاقة تصل إلى 1500 واط وعرض نطاق ترددي يصل إلى 22 ميجاهرتز في نطاق 2400 ميجاهرتز. وتتوفر أجزاء مختلفة من نطاق 2400 ميجاهرتز لهواة اللاسلكي في العديد من الدول الأخرى . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}     

تعمل معظم أفران الميكروويف المنزلية عن طريق بث إشارة عالية الطاقة في  نطاق 2.4 جيجاهرتز. تتميز الأجهزة القديمة بحماية ضعيفة، ^{[ 12 ]} وغالبًا ما تبث إشارة "غير واضحة" للغاية عبر  نطاق 2.4 جيجاهرتز بأكمله. ^{[ أ ]}

يمكن أن يتسبب هذا في صعوبات كبيرة في نقل شبكة الواي فاي والفيديو ^{[ 14 ]} ، مما يؤدي إلى تقليل المدى أو الحجب الكامل للإشارة.

أجرت لجنة IEEE 802.11، التي وضعت مواصفات Wi-Fi، دراسةً مستفيضةً حول احتمالية تداخل أفران الميكروويف. يستخدم فرن الميكروويف النموذجي أنبوب طاقة مفرغًا ذاتي التذبذب يُسمى المغنطرون، ومصدر طاقة عالي الجهد مزود بمقوم نصف موجة (غالبًا مع مضاعفة الجهد )، دون ترشيح للتيار المستمر . ينتج عن ذلك سلسلة نبضات تردد لاسلكي بدورة تشغيل أقل من 50%، حيث يكون الأنبوب مطفأً تمامًا لنصف دورة التيار المتردد : 8.33 مللي ثانية في الدول ذات تردد 60 هرتز، و10 مللي ثانية في الدول ذات تردد 50 هرتز.    

أدت هذه الخاصية إلى ظهور وضع مقاومة التداخل في فرن الميكروويف بتقنية الواي فاي، والذي يقوم بتقسيم إطارات البيانات الأكبر إلى أجزاء، كل منها صغير بما يكفي ليتناسب مع فترات إيقاف تشغيل الفرن.

وجدت لجنة 802.11 أيضًا أنه على الرغم من أن التردد اللحظي لمغنطرون فرن الميكروويف يتغير بشكل كبير خلال كل نصف دورة تيار متردد مع تغير جهد التغذية اللحظي، إلا أنه في أي لحظة يكون متماسكًا نسبيًا ، أي أنه يشغل نطاقًا تردديًا ضيقًا فقط. ^{[ 15 ]} تتميز إشارة 802.11a/g بمقاومتها المتأصلة لهذا النوع من التداخل لأنها تستخدم تقنية OFDM مع معلومات تصحيح الأخطاء المتداخلة عبر الموجات الحاملة؛ وطالما أن عددًا قليلًا فقط من الموجات الحاملة يتأثر بتداخل قوي ضيق النطاق، فإنه يمكن إعادة توليد المعلومات الموجودة فيها بواسطة رمز تصحيح الأخطاء من الموجات الحاملة التي تصل.

تستخدم بعض شركات تصنيع السيارات تردد 2.4  جيجاهرتز لأجهزة استشعار الحركة الداخلية لأنظمة إنذار السيارات . تبث هذه الأجهزة على تردد 2.45  جيجاهرتز (بين القناتين 8 و9) بقوة 500  ميلي واط. ونظرًا لتداخل القنوات، يُسبب ذلك مشاكل للقناتين 6 و11، وهما قناتان افتراضيتان شائعتان لاتصالات الواي فاي. ولأن الإشارة تُبث كنغمة متواصلة، فإنها تُسبب مشاكل خاصة لحركة بيانات الواي فاي، وهو ما يتضح جليًا باستخدام محللات الطيف. وبسبب مداها القصير وقوتها العالية، فإن هذه الأجهزة عادةً لا تتأثر بالتداخل من الأجهزة الأخرى على  نطاق تردد 2.4 جيجاهرتز.

تستخدم بعض أجهزة الرادار نطاق التردد 2.4  جيجاهرتز.

قد تتسبب أجهزة وكابلات USB 3.0  ، إذا لم تكن محمية بشكل صحيح، في إدخال تشويش إلى نطاق 2.4 جيجاهرتز. ^{[ 20 ]}

• التداخل الكهرومغناطيسي
• قائمة قنوات الشبكة اللاسلكية المحلية (WLAN)