W0.1 Onde Elettromagnetiche: il mezzo invisibile
Quando parli al telefono senza fili, guardi un video in streaming sul Wi-Fi o apri il cancello del garage con il telecomando, stai usando onde elettromagnetiche (EM). Sono perturbazioni dei campi elettrico e magnetico che si propagano nello spazio alla velocità della luce, senza bisogno di un mezzo fisico.
Frequenza (f) — quante oscillazioni al secondo, misurata in Hertz (Hz). Il Wi-Fi usa GHz (miliardi di oscillazioni/sec).
Lunghezza d’onda (λ) — distanza tra due creste consecutive. λ = c / f (dove c = velocità della luce).
Ampiezza — “altezza” dell’onda, legata alla potenza del segnale.
Frequenza e lunghezza d’onda sono inversamente proporzionali: più alta è la frequenza, più corta è la lunghezza d’onda. A 2.4 GHz, λ ≈ 12.5 cm. A 5 GHz, λ ≈ 6 cm. A 60 GHz, λ ≈ 5 mm. Questo ha conseguenze pratiche enormi sulla propagazione: le onde corte penetrano meno attraverso i muri ma possono trasportare più dati.
Immagina di agitare la mano nell’acqua di una piscina. Le onde si propagano in cerchi concentrici e si indeboliscono con la distanza. Se agiti la mano velocemente (alta frequenza), le onde sono ravvicinate (corta lunghezza d’onda) ma si smorzano in fretta. Se la agiti lentamente, le onde sono ampie e viaggiano più lontano. Il Wi-Fi funziona in modo analogo: il 2.4 GHz (frequenza più bassa) copre più distanza; il 5 GHz (più alto) è più veloce ma copre meno.
W0.2 Lo Spettro Elettromagnetico e le Bande ISM
Lo spettro EM è l’insieme di tutte le possibili frequenze, dalle onde radio alle microonde, dall’infrarosso alla luce visibile, fino ai raggi X e gamma. Le comunicazioni wireless usano una fetta specifica: le onde radio e le microonde.
La maggior parte dello spettro è regolamentata: servono licenze costose per trasmettere (pensa alle frequenze TV, radio FM, telefonia mobile). Ma esistono bande libere, chiamate ISM (Industrial, Scientific, Medical), che chiunque può usare senza licenza — a patto di rispettare limiti di potenza.
Le 3 bande del Wi-Fi
| Banda | Frequenza | Canali | Penetrazione muri | Copertura | Velocità | Congestione |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2.4 GHz | 2.400 – 2.4835 GHz | 14 (solo 3 non sovrapposti) | Buona | Ampia (~50m indoor) | Più bassa | Molto alta |
| 5 GHz | 5.150 – 5.825 GHz | 25+ non sovrapposti | Media | Media (~30m indoor) | Alta | Media |
| 6 GHz | 5.925 – 7.125 GHz | 59 (Wi-Fi 6E/7) | Bassa | Limitata (~20m indoor) | Molto alta | Bassissima (nuova) |
Perché tutto lo usa: Wi-Fi, Bluetooth, microonde (il forno!), baby monitor, telecomandi, Zigbee, droni. In più, ha solo 3 canali non sovrapposti (1, 6, 11 in Europa): in un condominio con 20 router, tutti competono per gli stessi 3 canali. Il 5 GHz offre 25+ canali liberi e meno dispositivi interferenti. Il 6 GHz (Wi-Fi 6E/7) è ancora più pulito perché è nuovo.
W0.3 Canali: come si divide la banda
Ogni banda di frequenza è suddivisa in canali, ciascuno largo 20 MHz (base). Un canale è come una corsia in autostrada: più corsie hai, più traffico può scorrere in parallelo.
Canali a 2.4 GHz
La banda 2.4 GHz ha 13 canali (14 in Giappone), ciascuno largo 22 MHz. Ma i canali si sovrappongono: il canale 1 occupa parte dello spettro del canale 2, 3, 4. Gli unici canali completamente separati sono 1, 6 e 11.
Molte persone impostano il proprio router sul canale 3 o 9 pensando di “evitare la folla”. In realtà, stanno interferendo parzialmente con i canali 1 e 6 (o 6 e 11), peggiorando la situazione per tutti. La regola è semplice: usa solo 1, 6 o 11. L’interferenza parziale (co-canale adiacente) è peggiore dell’interferenza totale (co-canale), perché i dispositivi non possono coordinarsi.
Canali a 5 GHz
La banda 5 GHz ha 25+ canali da 20 MHz non sovrapposti. Inoltre, i canali possono essere aggregati:
| Larghezza canale | Canali 20 MHz usati | Throughput relativo | Canali disponibili (5 GHz) |
|---|---|---|---|
20 MHz | 1 | 1× | 25 |
40 MHz | 2 | ~2× | 12 |
80 MHz | 4 | ~4× | 6 |
160 MHz | 8 | ~8× | 2-3 |
Aggregare canali (channel bonding) aumenta la velocità ma riduce il numero di canali disponibili. Con canali da 160 MHz hai solo 2-3 canali nella banda 5 GHz: in un ambiente denso (ufficio, scuola) è spesso meglio usare canali da 20 o 40 MHz per avere meno interferenza co-canale. La banda 6 GHz (Wi-Fi 6E/7) risolve il problema offrendo 59 canali da 20 MHz, o 7 canali da 160 MHz.
W0.4 Fenomeni di Propagazione
Nel mondo reale, le onde radio non viaggiano in linea retta dal punto A al punto B senza ostacoli. Incontrano muri, persone, mobili, metallo — e subiscono una serie di fenomeni che ne degradano il segnale.
Il segnale si indebolisce naturalmente con la distanza, anche in spazio libero. In ambiente indoor, ogni ostacolo aggiunge ulteriore perdita:
- Muro in cartongesso: 3-5 dB di perdita
- Muro in mattoni: 6-10 dB
- Muro in cemento armato: 10-15 dB
- Pavimento/soffitto: 12-18 dB
- Vetro (no Low-E): 2-4 dB
- Vetro Low-E (termico): 20-30 dB!
Le onde rimbalzano su superfici metalliche, muri, pavimenti. Il ricevitore riceve più copie dello stesso segnale con ritardi diversi (multipath). Questo può causare:
- Interferenza costruttiva: le copie si sommano (segnale più forte)
- Interferenza distruttiva: le copie si annullano (dead spot)
- MIMO sfrutta il multipath: usa più antenne per ricevere le diverse copie e ricostruire il segnale — trasforma un problema in un vantaggio!
Le onde “si piegano” attorno agli ostacoli quando incontrano un bordo. A 2.4 GHz (λ ≈ 12 cm) la diffrazione è significativa: il segnale può “aggirare” parzialmente un muro. A 5 GHz (λ ≈ 6 cm) è molto minore, e a 60 GHz quasi inesistente.
Ecco perché il 2.4 GHz “passa meglio” attraverso gli ostacoli.
Segnali indesiderati sulla stessa frequenza (o adiacente) che degradano la comunicazione:
- Co-canale: due AP sullo stesso canale
- Canale adiacente: AP su canali vicini sovrapposti
- Non Wi-Fi: forni a microonde, Bluetooth, baby monitor, radar
W0.5 Potenza, dB e dBm
La potenza del segnale wireless si misura in dBm (decibel-milliwatt). La scala dei decibel è logaritmica: questo significa che ogni 3 dB il valore raddoppia (o dimezza).
+3 dB = potenza doppia (da 10 mW a 20 mW)
−3 dB = potenza dimezzata (da 20 mW a 10 mW)
+10 dB = potenza 10× maggiore (da 10 mW a 100 mW)
| dBm | Potenza (mW) | Contesto |
|---|---|---|
+30 dBm | 1000 mW (1 W) | Potenza massima AP professionale (raro, limite legale) |
+20 dBm | 100 mW | Potenza tipica AP indoor / router domestico |
+15 dBm | 32 mW | Smartphone tipico |
0 dBm | 1 mW | Riferimento (0 dBm = 1 milliwatt) |
−30 dBm | 0.001 mW | Segnale eccellente ricevuto |
−67 dBm | ~0.0000002 mW | Minimo per VoIP e video affidabile |
−70 dBm | ~0.0000001 mW | Minimo per navigazione web/email |
−80 dBm | ~0.00000001 mW | Segnale molto debole, connessione instabile |
−90 dBm | ~0.000000001 mW | Quasi inutilizzabile |
W0.6 SNR — Signal-to-Noise Ratio
Non basta che il segnale sia forte: deve essere più forte del rumore di fondo. L’SNR (rapporto segnale/rumore) misura questa differenza ed è il vero indicatore della qualità della connessione.
SNR (dB) = Segnale (dBm) − Rumore (dBm)
Esempio: segnale = −60 dBm, rumore = −90 dBm → SNR = 30 dB. Eccellente!
| SNR | Qualità | Cosa puoi fare |
|---|---|---|
40+ dB | Eccellente | Streaming 4K, VoIP HD, videoconferenze, tutto |
25-40 dB | Buono | Web, email, VoIP, streaming HD |
15-25 dB | Sufficiente | Web base, email — VoIP con problemi |
10-15 dB | Scarso | Connessione lenta, disconnessioni |
< 10 dB | Inutilizzabile | Associazione impossibile o costante drop |
Puoi avere un segnale a −50 dBm (forte!) ma se il rumore è a −55 dBm, l’SNR è solo 5 dB — connessione inutilizzabile. Al contrario, un segnale a −75 dBm (debole) con rumore a −95 dBm dà un SNR di 20 dB — più che sufficiente per navigare. Non guardare solo le “tacche” del Wi-Fi: misura l’SNR!
W0.7 Cenni sulle Antenne
L’antenna è il componente che converte il segnale elettrico in onda EM (e viceversa). Il tipo di antenna influenza la copertura e la portata.
Irradia in tutte le direzioni orizzontali (come una ciambella). Usata negli AP indoor per coprire uniformemente una stanza.
Guadagno: 2-5 dBi
Concentra il segnale in una direzione. Copre una zona ristretta ma a distanza maggiore. Usata per link punto-punto o copertura corridoi.
Guadagno: 8-18 dBi
Altamente direzionale, massimo guadagno. Usata per link punto-punto a lunga distanza (bridge wireless tra edifici, fino a km).
Guadagno: 20-30+ dBi
Il guadagno si misura in dBi (decibel rispetto a un’antenna isotropica ideale). Un’antenna non “crea” energia: concentra il segnale in una direzione a scapito delle altre. Un’antenna da 6 dBi non trasmette di più, ma focalizza il segnale — come passare da una lampadina (omnidirezionale) a una torcia (direzionale).
EIRP = potenza trasmettitore (dBm) + guadagno antenna (dBi). Esempio: trasmettitore a 20 dBm + antenna 6 dBi = 26 dBm EIRP. La normativa europea limita l’EIRP a 20 dBm (100 mW) per il Wi-Fi a 2.4 GHz e 23 dBm (200 mW) per il 5 GHz indoor. Superare questi limiti è illegale.