【詳解】WiFi 與電磁波!2.4GHz 與 5GHz WiFi 的速度有多快?

生活在大城市,我們都會使用 WiFi。現在的 WiFi 路由器均支援 2.4GHz 與 5GHz 頻率,兩種不同的頻率有什麼差別,在使用上對我們有什麼影響?我們在選擇路由器時又需要知道什麼?今天我們來探討一下這個話題。

WiFi 是電磁波的一小部份

WiFi 屬於電磁波的一種,電磁波屬於「幅射」的一種,「幅射」又分成「游離幅射」與「非游離幅射」,而我們用到的 WiFi 便屬於後者「非游離幅射」的一小部份。雖然有「幅射」二字,但大家不用擔心,因為經歷了這麼多年,仍然沒有證據證明這些「非游離幅射」即「電磁波」會破壞生物細胞分子,對人體有害。

電磁波並不是只有一種形式出現在我們生活當中。從無線電,到電視訊號塔,4G / 5G 手機,WiFi Router,微波爐,紅外線,人造衞星的訊號,桌面枱電的燈光等全部都是電磁波。

Frequency 頻率 / Wavelength 波長

電磁波分兩個主要的名詞:Frequency 頻率,Wavelength 波長。要理解 Frequency 與 Wavelenght ,我們將它簡化成玩戰繩,當你細細力動一下,戰繩向上、向下再向上,兩個向上的距離就是「波長」Wavelength。若你將戰繩快速上下,那頻率就會愈高,而計算頻率我們會使用「Hz」這個單位。

電磁波的有一個特性,頻率愈高,波長愈短;波長愈長,頻率愈慢。頻率高低,影響有關的能量,頻率高能量大,可以傳輸的數據就更多,頻率低能量小,可以傳輸的數據就相對少了。

如果你要仔細分類的話,電磁波可以分為 ELF、SLF、ULF、VLF、LF、MF、HF、VHF、UHF、SHF 及 EHF、THF。它們按訊號強度與距離劃分。我們接下來討論的 WiFi 就屬於 UHF(Ultra High Frequency) 與 SHF(Super High Frequency)裡的一部份。

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頻率少,距離遠;頻率高,距離短

我們日常使用的 WiFi 分兩種,一種是 2.4GHz,另一種是 5GHz。聽到 GHz,大家相信都明白 GHz 代表的是頻率,1GHz = 1,000,000,000Hz,2.4GHz 代表的便是 2,400,000,000Hz,5GHz 代表的便是 5,000,000,000Hz。

剛剛有講到,頻率(Hz)愈少,數據愈少,傳送距離則較長;相反,頻率(Hz)愈大,強度愈高,傳送距離則較短。因此,2.4GHz WiFi 的特性便是傳送距離較遠,數據量較低,即上網速度較慢,而 5GHz WiFi 則是傳送距離較短,數據量高,上網速度較快。

初代 WiFi 802.11 只有 2Mbps

那麼 2.4GHz 與 5Ghz 又分別多快呢?這就要看 WiFi 聯盟相關的 WiFi 標準。初代的 WiFi 在香港回歸的 1997 年出現,叫 802.11,採用 2.4GHz,頻寛只有 20MHz,速度僅僅是 2Mbps。兩年後,澳門回歸的 1999年,802.11a 與 802.11b 出現,2.4GHz 速度上升至 11Mbps,5GHz 也首次出現,速度為 54Mbps。


初代 iPhone / Android 手機支援 54Mbps

隨著 WiFi 的普及,沙士那年的 2003年 WiFi 聯盟推出 802.11g 標準,把 2.4GHz 的速度也提升至 54Mbps。雖然是 2003 年推出的標準,但標準訂立至發展有一段距離。2007 年 Apple 推出了第一部 iPhone,2008 年 Google 聯合 HTC 推出了的第 1 部 Android 手機 HTC Dream。兩款手機當時支援的 WiFi 標準就是 802.11g。無論你使用的是 2.4GHz 或 5GHz 都可以達到 54Mbps,而當時很多裝置在標示 WiFi 時都會寫支援 802.11a/b/g。

802.11n 令 2.4GHz 最快達 600Mbps

2009 年,香港主辦東亞運動會,當年 WiFi 聯盟推出全新的 802.11n 標準,開始與 CPU 設計相同的思路。一顆處理器無法加快速度,那就兩顆處理器。一條 WiFi 頻寛 20MHz 增加的速度有限,那就用兩條,把頻寛從 20MHz 增加至 40MHz,並採用雙頻技術,令頻寛 20MHz 本來已提昇至 72.2Mbps 的前題下,令 WiFi 的速度最高達 600Mbps。

WiFi 5 的 2.4GHz 與 5GHz 理論最高速度

802.11ac 令 5GHz 最快達 1.73Gbps

2013 年,WiFi 聯盟推出 802.11ac 分 Wave 1 與 Wave 2,它們直接把速度最高至 1.73Gbps,頻寛進一步增加 4 倍至最多 160MHz。不過,由於 802.11ac 是升級 5GHz 速度,並沒有提昇 2.4GHz 的速度,所以在 2.4GHz 頻率上仍然依靠 802.11n 標準提供,所以速度最多最多也只能達到600Mbps。


如果你已經多年沒有更換家中的 WiFi Router,那麼你家裡的應該是 802.11ac 即現在更名為 WiFi 5 的 WiFi Router。無論你家中使用的寛頻是 100Mbps、200Mbps、500Mbps 還是 1000Mbps。如果連接 2.4GHz WiFi,那麼你的上網速度最快也不過是 600Mbps。若你連接的是 5GHz,最高速度則是 1.73Gbps。

理論速度與現實速度差別

看到這裡,你或許有一個疑問。數字上這麼快,但我的手機連接 WiFi,從來都沒有看到達到這麼快的速度,為什麼呢?原因很簡單,因為你的 WiFi Router 雖然頻寛支援 160Mhz,但你的手機並不支援呀!

iPhone 12 WiFi 5 連接最快才 866Mbps

我簡單的查了一下 Apple iPhone 11 與 iPhone 12 的 Wi-Fi 規格。雖然它們都標示支援 WiFi 5 或更新的 WiFi 6,但無論是 iPhone 11 或 iPhone 12 最大頻寛也只是 80MHz,在 WiFi 5 環境下,連接 2.4GHz 速度只能用到 20MHz,最高速度只有 195Mbps。

即使連接的是 5GHz,頻寛最大也只有 80MHz,最高速度只有 866Mbps,若使用的頻寛只有 40MHz,速度更只會有 300Mbps。這也是為什麼你在手機上使用 WiFi 並不會感受到 WiFi Router 標示的最高速度原因之一。

現實環境速度限制

除了這個原因,你在實際環境使用時沒法用到 WiFi Router 標示最高速度的原因還有以下幾個:

1. 其他 WiFi Router

除非你是一個人住在深山,否則,你的 WiFi Router 附近肯定會有別的 WiFi Router,那麼你在使用的頻寛,除了你,還會有其他人在使用。當大家都在使用相同的頻寛,頻寛就會塞車,那麼你的速度當然被影響。

2. 其他使用者

除了其他 WiFi Router 外,你自己的 WiFi Router 也不是你自己在使用吧!你的家人也會有手機,他們也會連接 WiFi,他們也在使用相同的頻寛,所以若有人大量下載,你的上網速度當然也會被影響。

3. 其他電器

手機外,其他的裝置例如電腦、平板、智能手錶,如果他們有打開 WiFi,就算你沒有使用,他們也會不時與 WiFi Router 溝通,同樣會佔用頻寛,也會影響你的上網速度。若你有使用智能家居產品,例如 Philips Hue 智能燈,Google Home,Apple HomePod 等等,他們也會影響你的 WiFi 速度。

4. 物質阻隔

除了頻寛爭奪外,電磁波無論是 2.4GHz 或 5GHz 都會被不同物質阻隔、吸收,所以你的家裡 WiFi Router 的位置,與你的位置都有影響。例如你人在廳,但隔了一幅厚厚的主力牆後先係尾房,那麼電磁波就會被主力牆與其他房的門隔等阻隔,訊號強弱與速度就會被影響。

因為以上的各項原因,你買了一個標示 AC1900 的路由器,配合你家中的 1,000Mbps 寛頻,並不代表你的手機 WiFi 連接可以達到 1.9Gbps 速度,你大概只能享受到 210Mbps – 1Gbps 的 WiFi 速度。

聽起來雖然有蠻大落差,但你別忘了!你的 WiFi 不僅僅是你在用,你的家人與其他電子產品都在使用,所以家裡的 WiFi 上網速度不夠快,除了可能因為 WiFi Router 太舊需要更換外,也跟你周邊的環境與連接數量有關。

WiFi 6 與 WiFi 6E 留待下期

如果你眼利的話,應該會發現,以上談論的 WiFi 標準,僅僅談到 WiFi 5,最新的 WiFi 6 與 2021 年開始出現的 WiFi 6E 並沒有說明。這些內容將會在下一回跟大家再分享。


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