Propagacja troposferyczna na paśmie Wi-Fi 5 GHz

W ciągu ostatnich tygodni przez Polskę przewinęła się wiadomość o nowym rekordzie połączenia Wi-Fi na odległość 250 km. Warunek “widoczności radiowej” był jednak spełniony, ponieważ lokalizacje to szczyty górskie. Taki link musiał się mniej lub lepiej udać. Co zatem z łącznościami DX-owymi, bez jakiejkolwiek widoczności?

Przez ostatnie 10 lat wielokrotnie obserwowałem podwyższoną propagację na paśmie 2,4 GHz wywołaną głównie inwersją radiacyjną. Podczas wyżowej pogody w lato, po gorących dniach, często przychodzą bezwietrzne noce. Takie warunki umożliwiają tworzenie silnej inwersji w niskich warstwach troposfery ze względu na wypromieniowywanie ciepła z powierzchni gruntu. Pomimo niskiego zawieszenia anteny, podczas moich obserwacji względnie często wykrywałem różne sieci Wi-Fi, których nazwy wskazywały na odległości rzędu 50, 70 km, a sporadycznie nawet 100 i więcej kilometrów.

Jednak przez tak długi czas wiele się zmieniło. Obecnie ze względu na zakłócenia i ograniczone pasmo 2,4 GHz (tylko trzy niezachodzące na siebie kanały), dostawcy internetu używają wyższego i znacznie szerszego pasma 5 GHz. Sieci są budowane przy użyciu zewnętrznych anten, często na wysokich obiektach, np. kominach, czy konstrukcjach kratownicowych.

Ostatnio zakupiłem uzywaną antenę siatkową (grid) o zysku ok. 30 dBi na pasmo Wi-Fi 5 GHz. Zachęcony warunkami wskazującymi na możliwość dalekiego odbioru postanowiłem obserwować eter w oczekiwaniu na mikrofalowy dukt troposferyczny. W zależności od kierunku normalny odbiór sieci jest ograniczony przez pobliskie drzewa, zabudowania, a także ukształtowanie terenu. Antena zawieszona jest w okolicach Płocka na wysokości 8 m n.p.t. Bez podwyższonych warunków maksymalny zasięg wynosi do 20 km i to tylko z bardzo wąskiego południowego kierunku za Wisłą.

Wszystkie urządzenia Wi-Fi pracujące w trybie AP (ang. access point) przesyłają ramki rozgłoszeniowe (ang. beacon) standardowo ok. 10 razy na sekundę. Standard 802.11a specyfikuje najniższą szybkość 6 Mbps jako binarną modulację fazy BPSK z korekcją błędów FEC 1/2 na kanale OFDM o szerokości 20 MHz (efektywnie 16,25 MHz dla 52 podnośnych). Wraz z rozwojem technologii pojawiły się nowe standardy Wi-Fi – 802.11n, a także 802.11ac korzystające z modulacji wysokiego rzędu 256-QAM i wielu niezależnych strumieni danych. Jednak ze względu na kompatybilność wsteczną pakiety rozgłoszeniowe są nadal przesyłane najniższą modulacją BPSK. Moc nadajników Wi-Fi w paśmie 5 GHz w praktyce nie przekracza kilkuset miliwatów, a najmocniejsze urządzenia dostępne na rynku to okloło 30 dBm (1000 mW). W ujęciu dalekich łączności nie są to zbyt optymistyczne informacje. Duża szerokość widma użytego do transmisji, zwiększając przepustowość, znacznie ogranicza czułość odbiorników do wartości tylko nieco lepszych niż -90 dBm.

4/5 lipca 2015 r. – pierwsze nasłuchy tropo na paśmie Wi-Fi 5 GHz:

Moje pierwsze letnie nasłuchy pasma 5 GHz w okoliach Płocka umożliwiły obserwacje podniesionych warunków propagacyjnych. Dzień 4 lipca przyniósł upały przekraczające ponad 30°C w cieniu. Wieczorne skanowanie częstotliwości 5 GHz nie przyniosło żadnych rezultatów, jednak tuż przed północą tropo wygięło pierwsze sygnały. Na pierwszy rzut pojawiła się sieć PR_Rebow_S3 z Rębowa koło Gostynina (ok. 36 km), którą zauważyłem już wcześniej, w nocy tuż po montażu nowej anteny. Mniej więcej 30 minut po północy pojawiła się kolejna, lecz bliższa sieć PR_solec_emilianow z Solca koło Gostynina (ok. 30 km) z sygnałem -90 dBm. Rębów był w tej chwili już z poziomem -82 dBm.

Tuż przed drugą w nocy pojawiła się nieznajoma sieć KOL-NET_316E. Po krótkich poszukiwaniach odnalazłem firmę, która jest dostawcą internetu w Kole i okolicach. Kilka minut później zameldował się już cały komplet nowych sieci przedstawionych na poniższym zrzucie ekranu. COELwirelessTKM6 to firma z Konina i okolic, NET-SYSTEM-O3 to Turek, a sieci Xtreme16 i Xtreme170 to okolice Kłodawy.

Wyżej wspomniane sieci pojawiły się tylko na 15 minut i zanikły. Około 2:15 złapałem kolejną sieć LubienES_5_3 z Lubienia Kujawskiego. Było już wyraźnie widać, że struktura duktu ulega rozpadowi. Lubień zanikł w ciągu ok. minuty, a poziomy sygnału bliższych sieci zaczęły gwałtownie rosnąć. W szczycie Rębów osiągnął -74 dBm bez jakiejkolwiek widoczności optycznej.

Po godzinie 2:30 sygnały osłabły, ale pozostały przez przynajmniej godzinę na poziomie około -90 dBm. No cóż… nie spodziewałem się takich wrażeń przy pierwszej próbie DX 5 GHz! Gdy kładłem się spać po czwartej nad ranem ujrzałem na horyzoncie piękny widok tuż przed wschód słońca…

Krótkie podsumowanie (przybliżone lokalizacje zostały zaktualizowane wg geolokalizacji Google):

Freq	BSSID	SSID	Radio Name	Sygnał	Lokalizacja	Odległość
5680	4C5E0C7C04BE	NET-SYSTEM-O3	NET-SYSTEM	-88 dBm	Turek	108 km
5280	0027228E30D9	COELwirelessTKM6	sektor_TKM6	-88 dBm	Turek	108 km
5660	00156D9A42D9	Xtreme16		-88 dBm	okolice Kłodawy	73 km
5540	0027222EDA4C	Xtreme170		-89 dBm	okolice Kłodawy	73 km
5500	24A43C9EE339	KOL-NET_316D	KOL-NET_316D_R	-90 dBm	Kłodawa	68 km
5400	24A43C9EE2E7	KOL-NET_316E	KOL-NET_316E_R	-90 dBm	Kłodawa	68 km
5500	D4CA6D42F15B	LubienES_5_3	LubienES_5_3	-89 dBm	Lubień Kujawski	45 km
5700	000C42D94908	PR_Rebow_S3	PR_Rebow_S3	-74 dBm	Rębów, Gostynin	36 km
5180	0027222C90BC	PR_solec_emilianow	solec_emilian	-86 dBm	Solec, Gostynin	31 km

5/6 lipca 2015 r. – odległości 100-150 km:

Kolejnego dnia różne pobliskie sieci zaczęły się pojawiać już przed wieczorem (ok. 30 km), jednak naprawdę ciekawie zaczęło się robić nieco później. Około pierwszej w nocy z 5 na 6 lipca pojawiły się dwa dziwne SSID-y z nazwami miejscowości: Stawiszyn i Zbiersk. Po sprawdzeniu na mapach okazało się, że mam nowy rekord na 5 GHz, ponad 130 km, który został jeszcze nieco później poprawiony. Niestety, w nocy szalały komary i utrudniały mi kręceniem masztem, ale mimo wszystko spędziłem ponad godzinę na zewnątrz. :)

Na ostatnim zrzucie ekranu sieć netcom_Kuchary-M40-1 to okolice Kalisza w odległości ok. 150 km przy sygnale -87 dBm. Kuchary zanikły jako ostatnie nad ranem, około 4:30. Tropo trwało w sumie kilka godzin.

Podsumowanie niezidentyfikowanych sieci i wstępnie zlokalizowanych powyżej 30 km (przybliżone lokalizacje zostały częściowo zaktualizowane wg geolokalizacji Google i Wigle):

Freq	BSSID	SSID	Radio Name	Sig	Przybliżona lokalizacja [km]
5700	002722400918	Baza_5G_Bledow_S2	Baza Bledow	-82	Błędów, Łowicz	46
5500	DC9FDB84DDAF	Baza_5G_Kazimierczaka_S2	Baza Kazimierc	-88	Łowicz	56
5500	002722C45671	Baza_5GKrepa_L1	Baza Krepa	-90	Krępa, Łowicz	63
5180	001BB1057D87	BAZA J23 PION	001BB1057D87	-87	Ozorków (okolice)?	~60-70
5600	0027225E0FE9	Chr-Urz_INTERNAWI	Chrus_U	-77	Chruślin, Bielawy	~50-60
5280	0027228E30D9	COELwirelessTKM6	sektor_TKM6	-81	Turek	107
5220	00156D1E088B	COELwirelessZOZ1	szpital_zoz1	-88	Turek	107
5765	4C5E0C2EB637	DOBRANET 106	4C5E0C2EB637	-88	Dobra (okolice)	103
5825	4C5E0C5657EE	DOBRANET 107	4C5E0C5657EE	-89	Dobra (okolice)	103
5180	000C42B971BD	DOBRANET 98	000C42B971BD	-88	Dobra (okolice?)	~100
5640	0418D6941C85	ELN_S2_Wiesl	ELNET_S2_WIESL	-77	Więsławice, Kowal?	~40
5280	4C5E0CE1428B	ESNET_KRA_NAR	ESNET_KRA_NAR	-87	Lubień Kujawski	45
5220	4C5E0C846573	ESNET_RZE1	ESNET_RZE1	-88	Lubień Kuj., okolice?	~40-50
5500	D4CA6D626A61	G5		-89
5560	0027222C97E3	INEA-5333	Galew INEA 53	-84	Galew, Turek	100
5700	002722444FF2	INM_kiernozia_barcik	kiernozia_bar	-83	Kiernozia	36
5200	24A43CF457C7	KOL-NET_14B	KOL-NET_14B_RO	-88	Babiak (okolice)	82
5500	24A43C9EE339	KOL-NET_316D	KOL-NET_316D_R	-90	Kłodawa	68
5280	24A43CF40EBC	KOMINDPS6	KOMINDPS6	-91	Sochaczew	50
5520	002722340E99	link-blok-kutnowska	link_kutnowska	-88	Piątek	60
5180	0027226E701E	LinkIneaBocian2	LinkBocian2	-90	Turek	108
5500	D4CA6D42F15B	LubienES_5_3	LubienES_5_3	-84	Lubień Kujawski	45
5700	4C5E0C879027	LubienES_5_9	LubienES_5_9	-86	Lubień Kujawski	45
5240	24A43C427133	MPCNET-KOMIN-4	Rocket M5-komi	-92	Kutno	46
5500	4C5E0CEABDD3	MR-K		-83	Turek (okolice)	108
5680	4C5E0C7C04BE	NET-SYSTEM-O3	NET-SYSTEM	-80	Turek	108
5600	4C5E0C882C75	netcom_Blizanow-M2	4C5E0C882C75	-88	Blizanów, Kalisz?	~140
5540	000C426F33E6	netcom_Kuchary-M40-1	000C426F33E6	-87	Kuchary, Kalisz?	~150
5520	D4CA6D1508EB	netcom_Stawiszyn-M2	D4CA6D1508EB	-83	Stawiszyn, Kalisz?	~130
5600	4C5E0C882E3B	netcom_Zbiersk-M2	4C5E0C882E3B	-85	Zbiersk, Kalisz?	~130
5580	4C5E0C88146B	netcom_Zbiersk-M3	4C5E0C88146B	-90	Zbiersk, Kalisz?	~130
5660	687251001C0F	NETFALA_BNPG_3	tr12-37 sektor	-90	Bramki, Błonie	67
5520	4C5E0C8F0D7F	NETFALA_BRAMKI04	4C5E0C8F0D7F	-89	Bramki, Błonie	67
5180	4C5E0C615CB0	Neutralna_CHX-komin04	4C5E0C615CB0	-90	Sochaczew	50
5600	0027224CB816	Open_Way_70_5GHz		-89	Wyszyna, Konin	106
5660	002722C4FCBD	Open_Way_82_5GHz		-91	Wyszyna, Konin	106
5220	24A43C968204	Par-net Pradzew s1	Pradzew sektor	-87	Prądzew, Łęczyca?	~60
5600	D4CA6D13C6EA	Popow_M	D4CA6D13C6EA	-86	Popów, Głowno	66
5700	000C42D94908	PR_Rebow_S3	PR_Rebow_S3	-80	Rębów, Gostynin	36
5180	0027222C90BC	PR_solec_emilianow	solec_emilian	-87	Solec, Gostynin	31
5200	00156D8E559D	RBM KM<->PS	RBM-KACZ<->PSA	-86	okolice Turka	109
5520	000E8E0FD0C7	RBM-GALEW2		-85	Galew, Turek	100
5240	D4CA6DAC9101	RBM-GALEW4		-85	Galew, Turek	100
5600	4C5E0C6DF2FD	RBM-KACZKOWSKIEGO1		-89	Turek	106
5680	D4CA6DAC5645	RBM-KOWALE2	RBM-KOWALE2	-92	Kowale, Turek	107
5180	DC9FDB763E79	RBM-TG-CHL	NanoBridge M5	-87	Turkowice, Turek	107
5700	D4CA6D9EF2F9	RBM-TURKOWICE-1		-84	Turkowice, Turek	107
5240	0027226E6327	RBM-TURKOWICE6	UBNT	-90	Turkowice, Turek	107
5620	D4CA6D12270E	RLINK5_IZB01	D4CA6D12270E	-87	Izbica Kujawska	70
5540	4C5E0C11B848	SATFILM_IZB01	4C5E0C11B848	-84	Izbica Kujawska	70
5660	00156DC5B676	SkyLan 44 H	UBNT	-86	Ozorków	77
5300	24A43C728F2B	SkyLan N42	M5	-87	Ozorków	77
5700	002722E0DB58	SkyLan P_M	NanoStation Lo	-89	Ozorków	77
5200	000E8E2844A9	stoper	000E8E2844A9	-88	Ozorków	77
5560	00272226797A	STORMmedia_PL_POLNOC_SZ	ST45_RC_POLNOC	-89	Poddębice (okolice)	94
5260	000C423168E2	timplus_na_sl	000C423168E2	-89	Skierniewice?	~70
5180	0418D6EC388B	TPTELEKOM_B1	TPTELEKOM_B1	-90	Ozorków	80
5680	24A43C6EAF75	ubnt	NanoBridge M5	-80	Łowicz	56
5260	000B6B3C2BAA	wlan		-89	Ozorków	77
5500	DC9FDB064528	WORLD-SKRZESZEWY	Sektor World-	-88	Żychlin	39
5200	DC9FDB0E8702		Link Pradzew	-83	Łęczyca	70
5620	000C42CD1125		000C42CD1125	-89	Żychlin	39

Ciekawostka – radary meteorologiczne IMGW używają pasma 5 GHz do pomiaru opadu atmosferycznego (częstotliwość ok. 5650 MHz, polaryzacja pozioma). Tej nocy można było zaobserwować różne interferencje m.in. w okolicy Płocka.

Kontynuacja…

• 2015 – przekroczenie granicy 300 km – Ekstremalny dukt tropo 5 GHz Wi-Fi 300+ km
• 2016 – namierzanie sygnału najdalszej sieci – Analiza odbioru sieci Wi-Fi 5 GHz – 346 km
• 2017 – rekord odbioru i połączenia – 5 GHz Wi-Fi DX 360+ km record via tropospheric ducting
• 2018 – nowy rekord odbioru z Wolina – 370 km – Wiosna 2018: nowe rekordy Wi-Fi DX 5 GHz
• 2018 – Ukraina w odległości… 464 km – October 2018: Wi-Fi DX record at 460+ km (UKR/LTU)
• …