Що значить wi fi 802.11 n. Всі існуючі стандарти Wi-Fi-мереж. Підтримка потокових даних

Про новий стандарт бездротового зв'язку IEEE 802.11n говорять вже не перший рік. Воно й зрозуміло, адже один з головних недоліків існуючих стандартів бездротового зв'язку IEEE 802.11a / b / g - занадто низька швидкість передачі даних. Дійсно, теоретична пропускна здатність протоколів IEEE 802.11a / g становить усього 54 Мбіт / с, а реальна швидкість передачі даних не перевищує 25 Мбіт / с. Новий же стандарт бездротового зв'язку IEEE 802.11n повинен забезпечити швидкість передачі до 300 Мбіт / с, що на тлі 54 Мбіт / с виглядає досить привабливо. Звичайно ж, реальна швидкість передачі даних в стандарті IEEE 802.11n, як показують результати тестування, не перевищує 100 Мбіт / с, проте навіть в цьому випадку реальна швидкість передачі даних виявляється вчетверо вище, ніж в стандарті IEEE 802.11g. Стандарт IEEE 802.11n ще остаточно не прийнятий (це має статися до кінця 2007 року), однак уже зараз практично всі виробники бездротового обладнання приступили до випуску пристроїв, сумісних з попередньою (Draft) версією стандарту IEEE 802.11n.
У цій статті ми розглянемо базові положення нового стандарту IEEE 802.11n і основні його відмінності від стандартів 802.11a / b / g.

Про стандарти бездротового зв'язку 802.11a / b / g ми вже досить докладно розповідали на сторінках нашого журналу. Тому в даній статті ми не будемо в усіх деталях описувати їх, однак, щоб основні відмінності нового стандарту від його попередників були очевидні, доведеться зробити дайджест раніше опублікованих статей по цій темі.

Розглядаючи історію стандартів бездротового зв'язку, що використовуються для створення бездротових локальних мереж (Wireless Local Area Network, WLAN), напевно, варто згадати про стандарт IEEE 802.11, який хоча вже й не зустрічається в чистому вигляді, але є прабатьком всіх інших стандартів бездротового зв'язку для мереж WLAN.

Стандарт IEEE 802.11

У стандарті 802.11 передбачено використання частотного діапазону від 2400 до 2483,5 МГц, тобто діапазону шириною 83,5 МГц, розбитого на кілька частотних подканалов.

В основі стандарту 802.11 лежить технологія розширення спектра (Spread Spectrum, SS), яка має на увазі, що спочатку вузькосмуговий (в сенсі ширини спектра) корисний інформаційний сигнал при передачі перетворюється таким чином, що його спектр виявляється значно ширше, ніж спектр початкового сигналу. Одночасно з розширенням спектра сигналу відбувається і перерозподіл спектральної енергетичної щільності сигналу - енергія сигналу також «розмазується» по спектру.

У протоколі 802.11 застосовується технологія розширення спектра методом прямої послідовності (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Суть її полягає в тому, що для розширення спектра спочатку вузькосмугового сигналу в кожен рухаючись інформаційний біт вбудовується чиповая послідовність, яка представляє собою послідовність прямокутних імпульсів. Якщо тривалість одного чіпового імпульсу в n разів менше тривалості інформаційного біта, то і ширина спектра перетвореного сигналу буде в n раз більше ширини спектра початкового сигналу. При цьому амплітуда сигналу, що передається зменшиться в n раз.

Чіпові послідовності, що вбудовуються в інформаційні біти, називають шумоподібним кодами (PN-послідовностями), що підкреслює ту обставину, що результуючий сигнал стає шумоподібним і його важко відрізнити від природного шуму.

Як розширені спектр сигналу і зробити його не відрізнятись від природного шуму - зрозуміло. Для цього, в принципі, можна скористатися довільної (випадкової) чиповой послідовністю. Однак виникає питання, як такий сигнал приймати. Адже якщо він стає шумоподібним, то виділити з нього корисний інформаційний сигнал не так-то просто, якщо взагалі можливо. Проте зробити це можна, але для цього потрібно відповідним чином підібрати чиповую послідовність. Використовувані для розширення спектра сигналу чіпові послідовності повинні відповідати певним вимогам автокорреляции. Під автокореляцією в математиці мають на увазі ступінь подібності функції самої себе в різні моменти часу. Якщо підібрати таку чиповую послідовність, для якої функція автокореляції матиме різко виражений пік лише для одного моменту часу, то такий інформаційний сигнал можна буде виділити на рівні шуму. Для цього в приймачі отриманий сигнал множиться на чиповую послідовність, тобто обчислюється автокореляційна функція сигналу. В результаті сигнал знову стає вузькосмуговим, тому його фільтрують у вузькій смузі частот, яка дорівнює подвоєною швидкості передачі. Будь-яка перешкода, яка потрапляє в смугу вихідного широкосмугового сигналу, після множення на чиповую послідовність, навпаки, стає широкосмугового і обрізається фільтрами, а в вузьку інформаційну смугу потрапляє лише частина перешкоди, по потужності значно менша, ніж перешкода, яка діє на вході приймача.

Чіпових послідовностей, що відповідають зазначеним вимогам автокорреляции, існує досить багато, але для нас особливий інтерес представляють так звані коди Баркера, оскільки саме вони використовуються в протоколі 802.11. Коди Баркера мають найкращі серед відомих псевдовипадкових послідовностей властивостями шумоподобного, що і зумовило їх широке застосування. У протоколах сімейства 802.11 використовується код Баркера завдовжки в 11 чіпів.

Для того щоб передати сигнал, інформаційна послідовність біт в приймальнику складається по модулю 2 (mod 2) c 11-чіпових кодом Баркера з використанням логічного елемента XOR (виключає АБО). Таким чином, логічна одиниця передається прямий послідовністю Баркера, а логічний нуль - инверсной послідовністю.

У стандарті 802.11 передбачено два швидкісних режиму - 1 і 2 Мбіт / с.

При інформаційної швидкості 1 Мбіт / с швидкість проходження окремих чіпів послідовності Баркера становить 11x106 чіпів в секунду, а ширина спектра такого сигналу - 22 МГц.

З огляду на, що ширина частотного діапазону дорівнює 83,5 МГц, отримуємо, що всього в даному частотному діапазоні можна вмістити три неперекривающіхся частотних каналу. Весь частотний діапазон, однак, прийнято ділити на 11 частотних перекриваються каналів по 22 МГц, віддалених один від одного на 5 МГц. Наприклад, перший канал займає частотний діапазон від 2400 до 2423 МГц і центрирован щодо частоти 2412 МГц. Другий канал центрирован щодо частоти 2417 МГц, а останній, 11-й канал - щодо частоти 2462 МГц. При такому розгляді 1, 6 і 11-й канали не перекриваються один з одним і мають 3-мегагерцевий зазор один щодо одного. Саме ці три канали можуть застосовуватися незалежно один від одного.

Для модуляції синусоїдальної несучого сигналу при інформаційній швидкості 1 Мбіт / с використовується відносна двоичная фазова модуляція (Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK).

При цьому кодування інформації відбувається за рахунок зсуву фази синусоїдального сигналу по відношенню до попереднього стану сигналу. Двійкова фазова модуляція передбачає два можливих значення зсуву фази - 0 і p. Тоді логічний нуль може передаватися синфазним сигналом (зсув по фазі дорівнює 0), а одиниця - сигналом, який зрушать по фазі на p.

Інформаційна швидкість 1 Мбіт / с є обов'язковою в стандарті IEEE 802.11 (Basic Access Rate), але опціонально можлива і швидкість в 2 Мбіт / с (Enhanced Access Rate). Для передачі даних на такій швидкості використовується та ж технологія DSSS з 11-чіповими кодами Баркера, але для модуляції несучого коливання застосовується відносна квадратурная фазова модуляція (Differential Quadrature Phase Shift Key).

На закінчення розгляду фізичного рівня протоколу 802.11 відзначимо, що при інформаційній швидкості 2 Мбіт / с швидкість проходження окремих чіпів послідовності Баркера залишається колишньою, тобто 11x106 чіпів в секунду, а отже, не змінюється і ширина спектру сигналу.

Стандарт IEEE 802.11b

На зміну стандарту IEEE 802.11 прийшов стандарт IEEE 802.11b, який був прийнятий в липні 1999 року. Даний стандарт є свого роду розширенням базового протоколу 802.11 і, крім швидкостей 1 і 2 Мбіт / с, передбачає швидкості 5,5 і 11 Мбіт / с, для роботи на яких використовуються так звані комплементарні коди (Complementary Code Keying, CCK).

Комплементарні коди, або CCK-послідовності, володіють тим властивістю, що сума їх автокореляційних функцій для будь-якого циклічного зсуву, відмінного від нуля, завжди дорівнює нулю, тому вони, як і коди Баркера, можуть використовуватися для розпізнавання сигналу на тлі шуму.

Основна відмінність CCK-послідовностей від розглянутих раніше кодів Баркера полягає в тому, що існує не строго задана послідовність, за допомогою якої можна кодувати або логічний нуль, або одиницю, а цілий набір послідовностей. Ця обставина дозволяє кодувати в одному переданому символі кілька інформаційних біт і тим самим підвищує інформаційну швидкість передачі.

У стандарті IEEE 802.11b мова йде про комплексні комплементарних 8-чіпових послідовності, визначених на безлічі комплексних елементів, які приймають значення (1, -1, + J, -j}.

Комплексне уявлення сигналу - це зручний математичний апарат для подання модульованого за фазою сигналу. Так, значення послідовності рівне 1 відповідає сигналу, синфазному до сигналу генератора, а значення послідовності рівне -1 - протифазні сигналу; значення послідовності рівне j - сигналу, зрушеному по фазі на p / 2, а значення рівне - j, - сигналу, зрушеному по фазі на -p / 2.

Кожен елемент CCK-послідовності являє собою комплексне число, значення якого визначається за досить складного алгоритму. Всього існує 64 набору можливих CCK-послідовностей, причому вибір кожної з них визначається послідовністю вхідних біт. Для однозначного вибору однієї CCK-послідовності потрібно знати шість вхідних біт. Таким чином, в протоколі IEEE 802.11b при кодуванні кожного символу використовується одна з 64 можливих восьмирозрядних CKK-послідовностей.

При швидкості 5,5 Мбіт / с в одному символі одночасно кодується 4, а при швидкості 11 Мбіт / с - 8 бітів даних. При цьому в обох випадках символьна швидкість передачі становить 1,385x106 символів в секунду (11/8 \u003d 5,5 / 4 \u003d 1,385), а з огляду на, що кожен символ задається 8-чиповой послідовністю, отримуємо, що в обох випадках швидкість проходження окремих чіпів становить 11x106 чіпів в секунду. Відповідно ширина спектра сигналу при швидкості як 11, так і 5,5 Мбіт / с становить 22 МГц.

Стандарт IEEE 802.11g

Стандарт IEEE 802.11g, прийнятий в 2003 році, є логічним розвитком стандарту 802.11b і передбачає передачу даних в тому ж частотному діапазоні, але з більш високими швидкостями. Крім того, стандарт 802.11g повністю сумісний з 802.11b, тобто будь-який пристрій 802.11g має підтримувати роботу з пристроями 802.11b. Максимальна швидкість передачі даних в стандарті 802.11g становить 54 Мбіт / с.

При розробці стандарту 802.11g розглядалися дві конкуруючі технології: метод ортогонального частотного поділу OFDM, запозичений зі стандарту 802.11a і запропонований до розгляду компанією Intersil, і метод двійкового пакетного сверточного кодування PBCC, запропонований компанією Texas Instruments. В результаті стандарт 802.11g містить компромісне рішення: в якості базових застосовуються технології OFDM і CCK, а опціонально передбачено використання технології PBCC.

Ідея сверточного кодування (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC) полягає в наступному. Вхідна послідовність інформаційних біт перетворюється в сверточное кодере таким чином, щоб кожному вхідному біту відповідало більше одного вихідного. Тобто сверточних кодер додає певну надлишкову інформацію до вихідної послідовності. Якщо, наприклад, кожному вхідному біту відповідають два вихідних, то говорять про сверточное кодуванні зі швидкістю r \u003d 1/2. Якщо ж кожним двом вхідним бітам відповідають три вихідних, то буде складати вже 2/3.

Будь сверточних кодер будується на основі декількох послідовно пов'язаних запам'ятовуючих осередків і логічних елементів XOR. Кількість запам'ятовуючих осередків визначає кількість можливих станів кодера. Якщо, наприклад, в сверточное кодере використовується шість запам'ятовуючих осередків, то в кодере зберігається інформація про шести попередніх станах сигналу, а з урахуванням значення вхідного біта отримаємо, що в такому кодере застосовується сім біт вхідної послідовності. Такий сверточних кодер називається кодером на сім станів ( K = 7).

Вихідні біти, що формуються в сверточное кодере, визначаються операціями XOR між значеннями вхідного біта і битами, збереженими в запам'ятовуючих осередках, тобто значення кожного формованого вихідного біта залежить не тільки від вхідного інформаційного біта, а й від кількох попередніх бітів.

В технології PBCC використовуються згорткові кодери на сім станів ( K \u003d 7) зі швидкістю r = 1/2.

Головним достоїнством згортальних кодеров є стійкість формованої ними послідовності. Справа в тому, що при надмірності кодування навіть в разі виникнення помилок прийому вихідна послідовність біт може бути безпомилково відновлена. Для відновлення початкової послідовності біт на стороні приймача застосовується декодер Вітербо.

Дібіт, що формується в сверточное кодере, використовується в подальшому в якості переданого символу, але попередньо він піддається фазової модуляції. Причому в залежності від швидкості передачі можлива двійкова, квадратурная або навіть Восьмипозиційний фазова модуляція.

На відміну від технологій DSSS (коди Баркера, ССК-послідовності), в технології сверточного кодування не застосовується технологія розширення спектра за рахунок використання шумоподібних послідовностей, проте розширення спектра до стандартних 22 МГц передбачено і в даному випадку. Для цього застосовують варіації можливих сигнальних сузір'їв QPSK і BPSK.

Розглянутий метод PBCC-кодування опціонально використовується в протоколі 802.11b на швидкостях 5,5 і 11 Мбіт / с. Аналогічно в протоколі 802.11g для швидкостей передачі 5,5 і 11 Мбіт / с цей спосіб теж застосовується опціонально. Взагалі, внаслідок сумісності протоколів 802.11b і 802.11g технології кодування та швидкості, передбачені протоколом 802.11b, підтримуються і в протоколі 802.11g. У цьому плані до швидкості 11 Мбіт / с протоколи 802.11b і 802.11g збігаються один з одним, за винятком того, що в протоколі 802.11g передбачені такі швидкості, яких немає в протоколі 802.11b.

Опціонально в протоколі 802.11g технологія PBCC може використовуватися при швидкостях передачі 22 і 33 Мбіт / с.

Для швидкості 22 Мбіт / с в порівнянні з вже розглянутої нами схемою PBCC передача даних має дві особливості. Перш за все, застосовується 8-позиційна фазова модуляція (8-PSK), тобто фаза сигналу може приймати вісьмох різних значень, що дозволяє в одному символі кодувати вже три біта. Крім того, в схему, за винятком сверточного кодера, доданий пунктурному кодер (Puncture). Сенс такого рішення досить простий: надмірність сверточного кодера, що дорівнює 2 (на кожний вхідний біт доводиться два вихідних), досить висока і при певних умовах помеховой обстановки є зайвою, тому можна зменшити надмірність, щоб, наприклад, кожним двом вхідним бітам відповідали три вихідних . Для цього можна, звичайно, розробити відповідний сверточних кодер, але краще додати в схему спеціальний пунктурному кодер, який буде просто знищувати зайві біти.

Припустимо, пунктурному кодер видаляє один біт з кожних чотирьох вхідних біт. Тоді кожним чотирьом входять біт будуть відповідати три виходять. Швидкість такого кодера становить 4/3. Якщо ж такий кодер використовується в парі з сверточних кодером зі швидкістю 1/2, то загальна швидкість кодування складе вже 2/3, тобто кожним двом вхідним бітам будуть відповідати три вихідних.

Як уже зазначалося, технологія PBCC є опціональною в стандарті IEEE 802.11g, а технологія OFDM - обов'язковою. Для того щоб зрозуміти суть технології OFDM, розглянемо більш докладно багатопроменеву інтерференцію, що виникає при поширенні сигналів у відкритому середовищі.

Ефект багатопроменевої інтерференції сигналів полягає в тому, що в результаті багаторазових відображень від природних перешкод один і той же сигнал може потрапляти в приймач різними шляхами. Але різні шляхи поширення відрізняються один від одного по довжині, а тому ослаблення сигналу буде для них неоднаковим. Отже, в точці прийому результуючий сигнал являє собою інтерференцію багатьох сигналів, що мають різні амплітуди і зміщених один відносно одного за часом, що еквівалентно додаванню сигналів з різними фазами.

Наслідком багатопроменевої інтерференції є спотворення сигналу. Багатопроменева інтерференція властива будь-якому типу сигналів, але особливо негативно вона позначається на широкосмугових сигналах, оскільки при використанні широкосмугового сигналу в результаті інтерференції певні частоти складаються синфазно, що призводить до збільшення сигналу, а деякі, навпаки, противофазно, викликаючи ослаблення сигналу на даній частоті.

Говорячи про багатопроменевої інтерференції, що виникає при передачі сигналів, відзначають два крайніх випадку. У першому з них максимальна затримка між сигналами не перевищує тривалості одного символу і інтерференція виникає в межах одного переданого символу. У другому - максимальна затримка між сигналами більше тривалості одного символу, тому в результаті інтерференції складаються сигнали, що представляють різні символи, і виникає так звана міжсимвольні інтерференція (Inter Symbol Interference, ISI).

Найбільш негативно на спотворення сигналу впливає саме міжсимвольні інтерференція. Оскільки символ - це дискретне стан сигналу, що характеризується значеннями частоти несучої, амплітуди і фази, для різних символів змінюються амплітуда і фаза сигналу, а отже, відновити вихідний сигнал вкрай складно.

З цієї причини при високих швидкостях передачі застосовується метод кодування даних, званий ортогональним частотним поділом каналів ущільнення каналів (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Суть його полягає в тому, що потік переданих даних розподіляється по безлічі частотних подканалов і передача ведеться паралельно на всіх таких підканалах. При цьому висока швидкість передачі досягається саме за рахунок одночасної передачі даних по всіх каналах, тоді як швидкість передачі в окремому подканале може бути і невисокою.

Завдяки тому що в кожному з частотних подканалов швидкість передачі даних можна зробити не надто високою, створюються передумови для ефективного придушення межсимвольной інтерференції.

При частотному поділі каналів необхідно, щоб окремий канал був досить вузьким для мінімізації спотворення сигналу, але в той же час - досить широким для забезпечення необхідної швидкості передачі. Крім того, для економного використання всієї смуги каналу, яке поділяється на підканали, бажано розташувати частотні підканали якомога ближче один до одного, але при цьому уникнути міжканального інтерференції, щоб забезпечити їх повну незалежність. Частотні канали, що задовольняють перерахованим вище вимогам, називаються ортогональними. Несучі сигнали всіх частотних подканалов ортогональні один одному. Важливо, що ортогональность несучих сигналів гарантує частотну незалежність каналів один від одного, а отже, і відсутність міжканального інтерференції.

Розглянутий спосіб розподілу широкосмугового каналу на ортогональні частотні підканали називається ортогональним частотним поділом ущільнення каналів (OFDM). Для його реалізації в передавальних пристроях використовується зворотне швидке перетворення Фур'є (IFFT), що переводить попередньо мультиплексований на n-каналів сигнал з временн прого уявлення в частотне.

Одним з ключових переваг методу OFDM є поєднання високої швидкості передачі з ефективним протистоянням багатопроменевого розповсюдження. Звичайно, сама по собі технологія OFDM не виключає багатопроменевого поширення, але створює передумови для усунення ефекту межсимвольной інтерференції. Справа в тому, що невід'ємною частиною технології OFDM є охоронний інтервал (Guard Interval, GI) - циклічне повторення закінчення символу, прилаштовується на початку символу.

Охоронний інтервал створює паузи між окремими символами, і якщо його тривалість перевищує максимальний час затримки сигналу в результаті багатопроменевого поширення, то межсимвольной інтерференції не виникає.

При використанні технології OFDM тривалість охоронного інтервалу становить одну четверту тривалості самого символу. При цьому символ має тривалість 3,2 мкс, а охоронний інтервал - 0,8 мкс. Таким чином, тривалість символу разом з охоронним інтервалом становить 4 мкс.

Говорячи про технології частотного ортогонального поділу каналів OFDM, яка застосовується на різних швидкостях в протоколі 802.11g, ми до сих пір не торкалися питання про метод модуляції несучого сигналу.

У протоколі 802.11g на низьких швидкостях передачі застосовується двійкова і квадратурная фазові модуляції BPSK і QPSK. При використанні BPSK-модуляції в одному символі кодується тільки один інформаційний біт, а при QPSK-модуляції - два інформаційних біта. Модуляція BPSK застосовується для передачі даних на швидкостях 6 і 9 Мбіт / с, а модуляція QPSK - на швидкостях 12 і 18 Мбіт / с.

Для передачі на більш високих швидкостях використовується квадратурная амплітудна модуляція QAM (Quadrature Amplitude Modulation), при якій інформація кодується за рахунок зміни фази і амплітуди сигналу. У протоколі 802.11g застосовується модуляція 16-QAM і 64-QAM. Перша модуляція передбачає 16 різних станів сигналу, що дозволяє закодувати 4 біта в одному символі; друга - 64 можливих стану сигналу, що дає можливість закодувати послідовність 6 біт в одному символі. Модуляція 16-QAM використовується на швидкостях 24 і 36 Мбіт / с, а модуляція 64-QAM - на швидкостях 48 і 54 Мбіт / с.

Крім застосування CCK-, OFDM- і PBCC-кодувань, в стандарті IEEE 802.11g опціонально передбачені також різні варіанти гібридного кодування.

Для того щоб зрозуміти сутність цього терміна, згадаємо, що будь-який передається пакет даних містить заголовок (преамбулу) зі службовою інформацією і поле даних. Коли мова йде про пакет в форматі CCK, мається на увазі, що заголовок і дані кадру передаються в форматі CCK. Аналогічно при використанні технології OFDM заголовок кадру і дані передаються за допомогою OFDM-кодування. Гібридне кодування має на увазі, що для заголовка кадру і полів даних можуть використовуватися різні технології кодування. Наприклад, при застосуванні технології CCK-OFDM заголовок кадру кодується за допомогою CCK-кодів, але ці дані кадру передаються з використанням многочастотного OFDM-кодування. Таким чином, технологія CCK-OFDM є своєрідним гібридом CCK і OFDM. Однак це не єдина гібридна технологія - при використанні пакетного кодування PBCC заголовок кадру передається за допомогою CCK-кодів, а дані кадру кодуються із застосуванням PBCC.

Стандарт IEEE 802.11а

Розглянуті вище стандарти IEEE 802.11b і IEEE 802.11g відносяться до частотного діапазону 2,4 ГГц (від 2,4 до 2,4835 ГГц), а стандарт IEEE 802.11a, прийнятий в 1999 році, передбачає використання вже більш високочастотного діапазону (від 5 , 15 до 5,350 ГГц і від 5,725 до 5,825 ГГц). У США цей діапазон називають діапазоном неліцензійної національної інформаційної інфраструктури (Unlicensed National Information Infrastructure, UNII).

Відповідно до правил FCC частотний діапазон UNII розбитий на три 100-мегагерцевого поддиапазона, що розрізняються обмеженнями по максимальній потужності випромінювання. Нижчий діапазон (від 5,15 до 5,25 ГГц) передбачає потужність всього 50 мВт, середній (від 5,25 до 5,35 ГГц) - 250 мВт, а верхній (від 5,725 до 5,825 ГГц) - 1 Вт. Використання трьох частотних піддіапазонів із загальною шириною 300 МГц робить стандарт IEEE 802.11а самим широкосмуговим з сімейства стандартів 802.11 і дозволяє розбити весь частотний діапазон на 12 каналів, кожен з яких має ширину 20 МГц, причому вісім з них лежать в 200-мегагерцовому діапазоні від 5 , 15 до 5,35 ГГц, а решта чотири канали - в 100-мегагерцовому діапазоні від 5,725 до 5,825 ГГц (рис. 1). При цьому чотири верхніх частотних каналу, що передбачають найбільшу потужність передачі, використовуються переважно для передачі сигналів поза приміщеннями.

Мал. 1. Поділ діапазону UNII на 12 частотних піддіапазонів

Стандарт IEEE 802.11a заснований на техніці частотного ортогонального поділу каналів ущільнення каналів (OFDM). Для поділу каналів застосовується зворотне перетворення Фур'є з вікном в 64 частотних подканала. Оскільки ширина кожного з 12 каналів, які визначаються в стандарті 802.11а, має значення 20 МГц, виходить, що кожен ортогональний частотний подканал (поднесущая) має ширину 312,5 кГц. Однак з 64 ортогональних подканалов задіюється тільки 52, причому 48 з них застосовуються для передачі даних (Data Tones), а решта - для передачі службової інформації (Pilot Тones).

За технікою модуляції протокол 802.11a мало чим відрізняється від 802.11g. На низьких швидкостях передачі для модуляції піднесуть частот використовується двійкова і квадратурная фазові модуляції BPSK і QPSK. При застосуванні BPSK-модуляції в одному символі кодується тільки один інформаційний біт. Відповідно при використанні QPSK-модуляції, тобто коли фаза сигналу може приймати чотири різних значення, в одному символі кодуються два інформаційних біта. Модуляція BPSK використовується для передачі даних на швидкостях 6 і 9 Мбіт / с, а модуляція QPSK - на швидкостях 12 і 18 Мбіт / с.

Для передачі на більш високих швидкостях в стандарті IEEE 802.11а використовується квадратурная амплітудна модуляція 16-QAM і 64-QAM. У першому випадку мається 16 різних станів сигналу, що дозволяє закодувати 4 біта в одному символі, а в другому - вже 64 можливих стану сигналу, що дозволяє закодувати послідовність з 6 бітів в одному символі. Модуляція 16-QAM застосовується на швидкостях 24 і 36 Мбіт / с, а модуляція 64-QAM - на швидкостях 48 і 54 Мбіт / с.

Інформаційна ємність OFDM-символу визначається типом модуляції і числом піднесуть. Оскільки для передачі даних впливають 48 піднесуть, ємність OFDM-символу становить 48 x Nb, де Nb - двійковий логарифм від числа позицій модуляції, або, простіше кажучи, кількість біт, які кодуються в одному символі в одному подканале. Відповідно ємність OFDM-символу становить від 48 до 288 біт.

Послідовність обробки вхідних даних (бітів) в стандарті IEEE 802.11а виглядає наступним чином. Спочатку вхідний потік даних піддається стандартної операції скремблювання. Після цього потік даних надходить на сверточних кодер. Швидкість сверточного кодування (в поєднанні з пунктурному кодуванням) може становити 1/2, 2/3 або 3/4.

Оскільки швидкість сверточного кодування може бути різною, то при використанні одного і того ж типу модуляції швидкість передачі даних виявляється різною.

Розглянемо, наприклад, модуляцію BPSK, при якій швидкість передачі даних становить 6 або 9 Мбіт / с. Тривалість одного символу разом з охоронним інтервалом дорівнює 4 мкс, а значить, частота проходження імпульсів складе 250 кГц. З огляду на, що в кожному подканале кодується по одному біту, а всього таких подканалов 48, отримуємо, що загальна швидкість передачі даних складе 250 кГц x 48 каналів \u003d 12 МГц. Якщо при цьому швидкість сверточного кодування дорівнює 1/2 (на кожен інформаційний біт додається один службовий), інформаційна швидкість виявиться вдвічі менше повній швидкості, тобто 6 Мбіт / с. При швидкості сверточного кодування 3/4 на кожні три інформаційних біта додається один службовий, тому в даному випадку корисна (інформаційна) швидкість становить 3/4 від повної швидкості, тобто 9 Мбіт / с.

Аналогічним чином кожному типу модуляції відповідають дві різні швидкості передачі (табл. 1).

Таблиця 1. Співвідношення між швидкостями передачі
і типом модуляції в стандарті 802.11a

Після сверточного кодування потік біт піддається операції перемежения, або интерливинга. Суть її полягає в зміні порядку проходження біт в межах одного OFDM-символу. Для цього послідовність вхідних біт розбивається на блоки, довжина яких дорівнює числу біт в OFDM-символі (NCBPS). Далі за певним алгоритмом проводиться двоетапна перестановка біт в кожному блоці. На першому етапі біти переставляються таким чином, щоб суміжні біти при передачі OFDM-символу передавалися на несуміжних піднесуть. Алгоритм перестановки біт на цьому етапі еквівалентний такою процедурою. Спочатку блок біт довжиною NCBPS через підрядник (рядок за рядком) записується в матрицю, що містить 16 рядків і NCBPS / 16 рядів. Далі біти зчитуються з цієї матриці, але вже по рядах (або так само, як записувалися, але з транспонованою матриці). В результаті такої операції спочатку сусідні біти будуть передаватися на несуміжних піднесуть.

Потім слідує етап другий перестановки бітів, мета якого полягає в тому, щоб сусідні біти не опинилися одночасно в молодших розрядах груп, що визначають модуляційний символ в сигнальному сузір'ї. Тобто після другого етапу перестановки сусідні біти виявляються поперемінно в старших і молодших розрядах груп. Робиться це з метою поліпшення завадостійкості сигналу, що передається.

Після перемежения послідовність біт розбивається на групи по числу позицій обраного типу модуляції і формуються OFDM-символи.

Сформовані OFDM-символи піддаються швидкому перетворенню Фур'є, в результаті чого формуються вихідні синфазних і квадратура сигнали, які потім піддаються стандартній обробці - модуляції.

Стандарт IEEE 802.11n

Розробка стандарту IEEE 802.11n офіційно почалася 11 вересня 2002 року, тобто ще за рік до остаточного прийняття стандарту IEEE 802.11g. У другій половині 2003 року була створена цільова група (Task Group) IEEE 802.11n (802.11 TGn), в завдання якої входила розробка нового стандарту бездротового зв'язку на швидкості понад 100 Мбіт / с. Цією ж завданням займалася і інша цільова група - 802.15.3a. До 2005 року процеси вироблення єдиного рішення в кожній з груп зайшли в глухий кут. У групі 802.15.3а спостерігалося протистояння компанії Motorola і всіх інших членів групи, а члени групи IEEE 802.11n розбилися на два приблизно однакових табори: WWiSE (World Wide Spectrum Efficiency) і TGn Sync. Групу WWiSE очолювала компанія Aigro Networks, а групу TGn Sync - компанія Intel. У кожній з груп довгий час жоден з альтернативних варіантів не міг набрати необхідні для його затвердження 75% голосів.

Після майже трьох років безуспішного протистояння і спроб виробити компромісне рішення, яке влаштовувало б усіх, учасники групи 802.15.3а практично одноголосно проголосували за ліквідацію проекту 802.15.3а. Члени проекту IEEE 802.11n виявилися більш гнучкими - їм вдалося домовитися і створити об'єднане пропозицію, яке влаштовувало б усіх. В результаті 19 січня 2006 року в черговій конференції, що проходила в Коне на Гаваях, була схвалена попередня (draft) специфікація стандарту IEEE 802.11n. З 188 членів робочої групи 184 виступили за прийняття стандарту, а четверо утрималися. Основні положення схваленого документа ляжуть в основу остаточної специфікації нового стандарту.

Стандарт IEEE 802.11n заснований на технології OFDM-MIMO. Дуже багато реалізовані в ньому технічні деталі запозичені зі стандарту 802.11a, проте в стандарті IEEE 802.11n передбачається використання як частотного діапазону, прийнятого для стандарту IEEE 802.11a, так і частотного діапазону, прийнятого для стандартів IEEE 802.11b / g. Тобто пристрої, що підтримують стандарт IEEE 802.11n, можуть працювати в частотному діапазоні або 5, або 2,4 ГГц, причому конкретна реалізація залежить від країни. Для Росії пристрої стандарту IEEE 802.11n будуть підтримувати частотний діапазон 2,4 ГГц.

Збільшення швидкості передачі в стандарті IEEE 802.11n досягається, по-перше, завдяки подвоєння ширини каналу з 20 до 40 МГц, а по-друге, за рахунок реалізації технології MIMO.

Технологія MIMO (Multiple Input Multiple Output) передбачає застосування декількох передавальних і приймальних антен. За аналогією традиційні системи, тобто системи з однієї передавальної і однієї приймаючої антеною, називаються SISO (Single Input Single Output).

Теоретично MIMO-система з n передавальними і n приймають антенами здатна забезпечити пікову пропускну здатність в n раз більшу, ніж системи SISO. Це досягається за рахунок того, що передавач розбиває потік даних на незалежні послідовності біт і пересилає їх одночасно, використовуючи масив антен. Така техніка передачі називається просторовим мультиплексированием. Відзначимо, що всі антени передають дані незалежно один від одного в одному і тому ж частотному діапазоні.

Розглянемо, наприклад, MIMO-систему, що складається з nпередавальних і m приймальних антен (рис. 2).

Мал. 2. Принцип реалізації технології MIMO

Передавач в такій системі посилає n незалежних сигналів, застосовуючи n антен. На приймальній стороні кожна з m антен отримує сигнали, які є суперпозицією n сигналів від всіх передавальних антен. Таким чином, сигнал R1, Що приймається першої антеною, можна представити у вигляді:

Записуючи подібні рівняння для кожної прийомної антени, отримаємо наступну систему:

Або, переписавши цей вислів в матричному вигляді:

де [ H] - матриця переносу, що описує MIMO-канал зв'язку.

Для того щоб на приймальній стороні декодер міг правильно відновити всі сигнали, він повинен перш за все визначити коефіцієнти hij, Які характеризують кожну з mx n каналів передачі. Для визначення коефіцієнтів hij в технології MIMO використовується преамбула пакета.

Визначивши коефіцієнти матриці переносу, можна легко відновити переданий сигнал:

де [ H] -1 - матриця, зворотна матриці переносу [ H].

Важливо відзначити, що в технології MIMO застосування декількох передавальних і приймальних антен дозволяє підвищити пропускну здатність каналу зв'язку за рахунок реалізації кількох просторово рознесених подканалов, при цьому дані передаються в одному і тому ж частотному діапазоні.

Технологія MIMO ніяк не зачіпає метод кодування даних і в принципі може використовуватися в поєднанні з будь-якими методами фізичного та логічного кодування даних.

Вперше технологія MIMO була описана в стандарті IEEE 802.16. Цей стандарт допускає застосування технології MISO, тобто декількох передавальних антен і однієї приймаючої. У стандарті IEEE 802.11n допускається використання до чотирьох антен у точки доступу та бездротового адаптера. Обов'язковий режим має на увазі підтримку двох антен у точки доступу і однієї антени і бездротового адаптера.

У стандарті IEEE 802.11n передбачені як стандартні канали зв'язку шириною 20 МГц, так і канали з подвоєною шириною. Однак застосування 40-мегагерцевого каналів є опціональною можливістю стандарту, оскільки використання таких каналів може суперечити законодавству деяких країн.

У стандарті 802.11n передбачено два режими передачі: стандартний режим передачі (L) і режим з високою пропускною спроможністю (High Throughput, HT). У традиційних режимах передачі використовуються 52 частотних OFDM-подканала (піднесуть частот), з яких 48 задіюється для передачі даних, а решта - для передачі службової інформації.

В режимах з підвищеною пропускною спроможністю при ширині каналу в 20 МГц застосовуються 56 частотних подканалов, з яких 52 задіюються для передачі даних, а чотири канали є пілотними. Таким чином, навіть при використанні каналу шириною 20 МГц збільшення частотних подканалов з 48 до 52 дозволяє підвищити швидкість передачі на 8%.

При застосуванні каналу подвоєною ширини, тобто каналу шириною 40 МГц, в стандартному режимі передачі мовлення фактично ведеться на здвоєному каналі. Відповідно кількість тих, що піднесуть частот збільшується вдвічі (104 подканала, з яких 96 є інформаційними). Завдяки цьому швидкість передачі збільшується на 100%.

При використанні 40-мегагерцевого каналу і режиму з високою пропускною здатністю застосовуються 114 частотних подканалов, з яких 108 подканалов - інформаційні, а шість - пілотні. Відповідно це дозволяє збільшити швидкість передачі вже на 125%.

Таблиця 2. Співвідношення між швидкостями передачі, типом модуляції
і швидкістю сверточного кодування в стандарті 802.11n
(Канал шириною 20 МГц, HT-режим (52 частотних подканала))

Ще дві обставини, завдяки яким в стандарті IEEE 802.11n збільшується швидкість передачі, - це скорочення тривалості охоронного інтервалу GI в OGDM-символах з 0,8 до 0,4 мкс і підвищення швидкості сверточного кодування. Нагадаємо, що в протоколі IEEE 802.11a максимальна швидкість сверточного кодування становить 3/4, тобто до кожним трьом вхідним бітам додається ще один. У протоколі IEEE 802.11n максимальна швидкість сверточного кодування дорівнює 5/6, тобто кожні п'ять вхідних біт в сверточное кодере перетворюються в шість вихідних. Співвідношення між швидкостями передачі, типом модуляції і швидкістю сверточного кодування для стандартного каналу шириною 20 МГц наведені в табл. 2.

Існує кілька різновидів WLAN-мереж, які розрізняються схемою організації сигналу, швидкостями передачі даних, радіусом охоплення мережі, а також характеристиками радіопередавачів і приймальних пристроїв. Найбільшого поширення набули бездротові мережі стандарту IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac і інші.

Першими в 1999 р були затверджені специфікації 802.11a і 802.11b, проте найбільшого поширення набули пристрої, виконані за стандартом 802.11b.

Стандарт Wi-Fi 802.11b

стандарт 802.11b заснований на методі широкосмугового модуляції з прямим розширенням спектра (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Весь робочий діапазон ділиться на 14 каналів, рознесених на 25 МГц для виключення взаємних перешкод. Дані передаються по одному з цих каналів без перемикання на інші. Можливо одночасне використання всього 3 каналів. Швидкість передачі даних може автоматично змінюватися в залежності від рівня перешкод і відстані між передавачем і приймачем.

Стандарт IEEE 802.11b реалізує максимальну теоретичну швидкість передачі 11 Мбіт / с, що можна порівняти з кабельною мережею 10 BaseT Ethernet. Слід враховувати, що така швидкість можлива при передачі даних одним WLAN-пристроєм. Якщо в середовищі одночасно функціонує більше число абонентських станцій, то смуга пропускання розподіляється між усіма і швидкість передачі даних на одного користувача падає.

Стандарт Wi-Fi 802.11a

стандарт 802.11a був прийнятий в 1999 році, проте знайшов своє застосування тільки з 2001 року. Даний стандарт використовується, в основному, в США і Японії. У Росії і в Європі він не отримав широкого розповсюдження.

У стандарті 802.11a застосовується схема модуляції сигналу - мультиплексування з поділом по ортогональних частотах (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Основний потік даних розділяється на кілька паралельних субпотоків з відносно низькою швидкістю передачі, і потім для їх модуляції застосовується відповідне число несучих. Стандартом визначено три обов'язкові швидкості передачі даних (6, 12 і 24 Мбіт / с) і п'ять додаткових (9, 18, 24, 48 і 54 Мбіт / с). Також є можливість одночасного використання двох каналів, що підвищує швидкість передачі даних в 2 рази.

Стандарт Wi-Fi 802.11g

стандарт 802.11g остаточно був затверджений в червні 2003р. Він є подальшим удосконаленням специфікації IEEE 802.11b і реалізує передачу даних в тому ж частотному діапазоні. Головною перевагою цього стандарту є підвищена пропускна здатність - швидкість передачі даних в радіоканалі досягає 54 Мбіт / с в порівнянні з 11 Мбіт / с у 802.11b. Як і IEEE 802.11b, нова специфікація функціонує в діапазоні 2,4 ГГц, однак для підвищення швидкості використовується та ж схема модуляції сигналу, що і в 802.11a - ортогональное частотне мультиплексування (OFDM).

Стандарт 802.11g сумісний з 802.11b. Так адаптери 802.11b можуть працювати в мережах 802.11g (але при цьому не швидше 11 Мбіт / с), а адаптери 802.11g можуть знижувати швидкість передачі даних до 11 Мбіт / с для роботи в старих мережах 802.11b.

Стандарт Wi-Fi 802.11n

стандарт 802.11 n був ратифікований 11 вересня 2009 року Він збільшує швидкість передачі даних практично в 4 рази в порівнянні з пристроями стандартів 802.11g (Максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт / с), за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Максимальна теоретична швидкість передачі даних складає 600 Мбіт / с, застосовуючи передачу даних одразу за чотирма антен. За однією антени - до 150 Мбіт / с.

Пристрої 802.11n функціонують в частотних діапазонах 2,4 - 2,5 або 5,0 ГГц.

В основі стандарту IEEE 802.11n лежить технологія OFDM-MIMO. Більшість функціоналу запозичена зі стандарту 802.11a, проте в стандарті IEEE 802.11n є \u200b\u200bможливість застосування як частотного діапазону, прийнятого для стандарту IEEE 802.11a, так і частотного діапазону, прийнятого для стандартів IEEE 802.11b / g. Таким чином, пристрої, що підтримують стандарт IEEE 802.11n, можуть функціонувати в частотному діапазоні або 5, або 2,4 ГГц, причому конкретна реалізація залежить від країни. Для Росії пристрої стандарту IEEE 802.11n будуть підтримувати частотний діапазон 2,4 ГГц.

Збільшення швидкості передачі в стандарті IEEE 802.11n досягається за рахунок: подвоєння ширини каналу з 20 до 40 МГц, а також внаслідок реалізації технології MIMO.

Стандарт Wi-Fi 802.11ac

Стандарт 802.11ас є подальшим розвитком технологій, запроваджених в стандарт 802.11n. У специфікаціях пристрою стандарту 802.11ас віднесені до класу VHT (Very High Throughput) - з дужевисокою пропускною спроможністю. Мережі стандарту 802.11ас працюють виключно в діапазоні 5 ГГц. Смуга радіоканалу може становити 20, 40, 80 і 160 МГц. Можливо також об'єднання двох радіоканалів 80 + 80 МГц.

Порівняння 802.11n і 802.11ac

джерела:

1. А.Н. Степутін, А.Д. Миколаїв.Мобільний зв'язок на шляху до 6G . У 2 Т. - 2-е вид. - Москва-Вологда: Инфра-Інженерія, 2018. - 804с. : Ил.

2. А.Е. Рижков, В. А. Лаврухин Гетерогенні мережі радіодоступу: навчальний посібник. - СПб. : СПбГУТ, 2017. - 92 с.

протокол Wireless Fidelity був розроблений, страшно подумати, в 1996 році. Перший час він забезпечував користувача мінімальною швидкістю передачі даних. Але через приблизно кожні три роки впроваджувалися нові стандарти Wi-Fi. Вони збільшували швидкість прийому і передачі даних, а також злегка збільшували ширину покриття. кожна нова версія протоколу позначається однією або двома латинськими буквами, наступними після цифр 802.11 . Деякі стандарти Wi-Fi є вузькоспеціалізованими - вони ніколи в смартфонах не використовувалися. Ми ж поговоримо тільки про тих версіях протоколу передачі даних, про які необхідно знати пересічному користувачеві.

Найперший стандарт не мав ніякого літерного позначення. Він з'явився на світ в 1996 році і використовувався протягом приблизно трьох років. Дані по повітрю при застосуванні цього протоколу скачували зі швидкістю 1 Мбіт / с. За сучасними мірками це надзвичайно мало. Але давайте згадаємо, що про вихід в «великий» інтернет з портативних пристроїв тоді й мови не було. У ті роки ще навіть WAP толком не був розвинений, інтернет-сторінки в якому рідко важили більше 20 Кб.

В цілому, переваги нової технології тоді ніхто не оцінив. Стандарт використовувався в строго специфічних цілях - для налагодження обладнання, віддаленого налаштування комп'ютера та інших премудростей. Рядові користувачі в ті часи про стільниковому телефоні могли тільки мріяти, а слова « бездротова передача даних »стали зрозумілі їм тільки через кілька років.

Однак низька популярність не завадила протоколу розвиватися. Поступово почали з'являтися девайси, що підвищують потужність модуля передачі даних. Швидкість при тій же версії Wi-Fi зросла вдвічі - до 2 Мбіт / с. Але було зрозуміло, що це межа. Тому Wi-Fi Alliance (Об'єднання з декількох великих компаній, створене в 1999 році) довелося розробляти новий стандарт, який забезпечував би більш високу пропускну здатність.

Wi-Fi 802.11a

Першим творінням Wi-Fi Alliance став протокол 802.11a, який теж не став скільки-небудь популярним. Його відмінність полягала в тому, що техніка могла використовувати частоту 5 ГГц. В результаті швидкість передачі даних зросла до 54 Мбіт / с. Проблема ж полягала в тому, що з використовувалася раніше частотою 2,4 ГГц цей стандарт був несумісний. В результаті виробникам доводилося встановлювати подвійний приймач, щоб забезпечити роботу в мережах на обох частотах. Чи потрібно говорити, що це абсолютно не компактне рішення?

У смартфонах і мобільних телефонах дана версія протоколу практично не застосовувалася. Пояснюється це тим, що через приблизно рік вийшло набагато більш зручне і популярне рішення.

Wi-Fi 802.11b

При проектуванні цього протоколу творці повернулися до частоті 2,4 ГГц, що володіє незаперечною перевагою - широкої зоною покриття. Інженерам вдалося добитися того, що гаджети навчилися передавати дані на швидкості від 5,5 до 11 Мбіт / с. Підтримку даного стандарту тут же почали отримувати все маршрутизатори. Поступово почав з'являтися такий Wi-Fi і в популярних портативних пристроях. Наприклад, його підтримкою міг похвалитися смартфон E65. Що важливо, Wi-Fi Alliance забезпечив сумісність з найпершою версією стандарту, завдяки чому перехідний період пройшов зовсім непомітно.

Аж до кінця першого десятиліття 2000-х років численної технікою використовувався саме протокол 802.11b. Наданих їм швидкостей вистачало і смартфонам, і портативним ігрових консолей, і ноутбуків. Підтримують цей протокол і практично всі сучасні смартфони. Це означає, що якщо у вас в кімнаті розташований дуже старий роутер, який не може передавати сигнал по більш сучасним версіями протоколу, смартфон мережу все ж розпізнає. Хоча швидкістю передачі даних ви точно будете незадоволені, тому що зараз ми використовуємо зовсім інші стандарти швидкості.

Wi-Fi 802.11g

Як вам уже стало зрозуміло, ця версія протоколу назад сумісна з попередніми. Пояснюється це тим, що робоча частота не змінилася. При цьому інженерам вдалося підвищити швидкість прийому і відправки даних до 54 Мбіт / с. Реліз стандарту стався в 2003 році. Деякий час така швидкість здавалася навіть надлишкової, тому багато виробників мобільників і смартфонів зволікали з його впровадженням. Навіщо потрібна така швидка передача даних, якщо обсяг вбудованої пам'яті у портативних пристроїв частенько обмежувався 50-100 Мб, а повноцінні інтернет-сторінки на маленькому екрані просто не відображалися? І все ж поступово протокол завоював популярність, в основному за рахунок ноутбуків.

Wi-Fi 802.11n

Наймасштабніше оновлення стандарту сталося в 2009 році. На світ з'явився протокол Wi-Fi 802.11n. В той момент смартфони вже навчилися якісно відображати важкий веб-контент, тому новий стандарт був дуже доречним. Його відмінності від попередників полягали в збільшеної швидкості і теоретичної підтримки частоти 5 ГГц (при цьому 2,4 ГГц теж нікуди не поділися). Вперше в протокол була впроваджена підтримка технології MIMO. Вона полягає в підтримці прийому і передачі даних одночасно по декількох каналах (в даному випадку - за двома). Це дозволяло в теорії добитися швидкості на рівні 600 Мбіт / с. На практиці ж вона рідко перевищувала 150 Мбіт / с. Позначалося наявність перешкод на шляху сигналу від маршрутизатора до приймаючого пристрою, та й багато роутери для економії позбавлялися підтримки MIMO. Так само як бюджетні пристрої все ж не отримували можливість роботи в частоті 5 ГГц. Їх творці пояснювали тим, що частота 2,4 ГГц в той момент ще не була сильно навантажена, в зв'язку з чим покупці роутера толком нічого не втрачали.

Стандарт Wi-Fi 802.11n досі активно експлуатується. Хоча багато користувачів вже відзначили ряд його недоліків. По-перше, через частоти 2,4 ГГц їм не підтримується об'єднання більше двох каналів, через що теоретичну межу швидкості ніколи не досягається. По-друге, в готелях, торгових центрах та інших людних місцях канали починають нашаровуватися один на одного, що створює перешкоди для - інтернет-сторінки і контент вантажаться дуже повільно. Всі ці проблеми вирішив реліз наступного стандарту.

Wi-Fi 802.11ac

На момент написання статті найновіший і найшвидший протокол. Якщо попередні види Wi-Fi працювали в основному в частоті 2,4 ГГц, має ряд обмежень, то тут використовуються строго 5 ГГц. Це майже в два рази знизило ширину покриття. Втім, виробники маршрутизаторів вирішують дану проблему установкою спрямованих антен. Кожна з них відправляє сигнал в свою сторону. Однак деяким людям це все ж здасться незручним з наступних причин:

• Роутери виходять громіздкими, так як в їх складі присутні чотири або навіть більше число антен;
• Бажано встановлювати маршрутизатор десь посередині між усіма обслуговуються приміщеннями;
• Роутери з підтримкою Wi-Fi 802.11ac споживають більше електрики, ніж старі і бюджетні моделі.

Головне достоїнство нового стандарту полягає в десятикратному зростанні швидкості і розширеної підтримки технології MIMO. Відтепер об'єднуватися можуть до восьми каналів! В результаті теоретичний потік даних становить 6,93 Гбіт / с. На практиці швидкості набагато нижче, але навіть їх цілком вистачає для того, щоб подивитися на пристрої який-небудь 4K-фільм онлайн.

Деяким людям можливості нового стандарту здаються зайвими. Тому багато виробників впроваджують його підтримку в. Не завжди протокол підтримується і навіть досить дорогими аксесуарами. Наприклад, його підтримки позбавлений (2016), який навіть після зниження цінника неможливо віднести до бюджетного сегменту. Дізнатися про те, які стандарти Wi-Fi підтримує ваш смартфон або планшет, досить просто. Для цього подивіться його повні технічні характеристики в інтернеті, або запустіть.

Якщо ви шукайте найшвидший WiFi, вам потрібен 802.11ac, тут все просто. По суті, 802.11ас - прискорена версія 802.11n (поточний стандарт WiFi, який використовується на вашому смартфоні або ноутбуці), що пропонує прискорення посилань від 433 мегабіт в секунду (Мбіт / с), і до декількох гігабіт на секунду. Щоб досягти швидкості, яка в десятки разів вище 802.11n, 802.11ac працює виключно в діапазоні 5ГГц, використовує величезну пропускну здатність (80-160МГц), працює з 1-8 просторовими потоками (MIMO), і використовує своєрідну технологію, звану "beamforming" (формування променя). Додаткові відомості про те, що таке 802.11ac, і як воно з часом замінить провідний гигабитную Ethernet домашню та робочу мережу, ми поговоримо далі.

Як працює 802.11ac.

Кілька років тому, 802.11n представив деяку цікаву технологію, яка значно збільшила швидкість, в порівнянні з 802.11b і g. 802.11ac працює практично так само, як і 802.11n. Наприклад, в той час, як стандарт 802.11n підтримував до 4 просторових потоків, і ширину каналу до 40МГц, 802.11aс може використовувати 8 каналів, і ширину до 80МГц, а їх комбінування може взагалі видати 160МГц. Навіть якщо все інше залишиться як і раніше (а воно не залишиться), це означає, що 802.11ac оперує 8х160МГц просторових потоків, в порівнянні з 4х40МГц. Величезна різниця, яка дозволить вичавлювати величезні обсяги інформації з радіохвиль.

Щоб підвищити пропускну здатність ще більше, 802.11ac також представив модуляцію 256-QAM (в порівнянні з 64-QAM в 802.11n), яка буквально стискає 256 різних сигналів однієї частоти, зміщуючи і переплітаючи кожен з них в іншу фазу. Теоретично, це збільшує спектральну ефективність 802.11ac в 4 рази, в порівнянні з 802.11n. Спектральна ефективність - це міра того, як добре бездротової протокол або метод мультиплексування використовує пропускну здатність, доступну для нього. В діапазоні 5ГГц, в якому канали досить широкі (20МГц +), спектральна ефективність не так важлива. У стільникових діапазонах, проте, канали найчастіше і є 5МГц шириною, що робить спектральну ефективність украй важливою.

802.11ac також вводить стандартизоване формування променя (у 802.11n воно було, але не було стандартизовано, що робило интероперабельность проблемою). Формування променя, по суті, передає радіосигнали таким чином, що вони спрямовані на конкретний пристрій. Це може підвищити загальну пропускну здатність, і зробити його більш послідовним, а також знизити енергоспоживання. Сформувати промінь можна за допомогою смарт-антени, яка фізично рухається в пошуку пристрою, або шляхом модуляції амплітуди і фази сигналів, так що вони деструктивно интерферируют один з одним, залишаючи вузький, що не интерферирующий промінь. 802.11n використовує другий метод, який може бути застосований і роутерами і мобільними пристроями. Нарешті, 802.11ac, як і попередні версії 802.11, повністю сумісний з 802.11n і 802.11g, так що ви можете сьогодні купити роутер 802.11ac, і він буде відмінно працювати з вашими пристроями з більш старими WiFi пристроями.

діапазон 802.11ac

Теоретично, при частоті 5МГц, і використанні сформованого променя, 802.11ac повинен володіти таким же, як у 802.11n, або ще кращим діапазоном (бел лучеобразованія). Діапазон 5МГц, завдяки меншій проникаючої здатності, володіє не таким діапазоном, як 2.4ГГц (802.11b / g). Але це компроміс, на який ми змушені піти: нам просто не вистачить спектральної пропускної здатності в масивно використовуваному діапазоні 2.4ГГц, щоб допустити максимальну швидкість 802.11ac, що досягає гигабитного рівня. Поки ваш роутер знаходиться в ідеальному розташуванні, або у вас їх декілька, не варто переживати. Як завжди, більш важливим фактором є передача потужності ваших пристроїв, і якість антени.

Наскільки швидкий 802.11ac?

І нарешті, питання, відповідь на який хочуть знати все: наскільки швидкий стандарт WiFi 802.11ac? Як завжди, є дві відповіді: теоретично досяжна в лабораторії швидкість, і практична межа швидкості, яким ви, швидше за все, будете задовольнятися в домашніх умовах реального світу, оточені купою пригнічують сигнал перешкод.

Теоретична максимальна швидкість 802.11ac - 8 каналів 160МГц 256-QAM, кожен з яких здатний на 866.7Мбіт / с, що дає нам 6.933Мб / с, або скромні 7Гбіт / с. Швидкість передачі 900 мегабайт в секунду - це швидше, ніж передача на SATA 3 диск. У реальному світі, завдяки засміченості каналу, ви, швидше за все, не отримаєте більше 2-3 160МГц каналів, тому максимальна швидкість зупиниться десь на 1.7-2.5Гбіт / с. У порівнянні з теоретичної максимальної швидкістю 802.11n в 600Мб / с.

Apple Airport Extreme на 802.11ac, розібраний найпродуктивнішим роутером iFixit сьогоднішнього дня (квітень 2015), включає D-Link AC3200 Ultra Wi-Fi Router (DIR-890L / R), Linksys Smart Wi-Fi Router AC 1900 (WRT1900AC), і Trendnet AC1750 Dual -Band Wireless Router (TEW-812DRU), як повідомляє сайт PCMag. C цими роутерами, вам дійсно варто очікувати вражаючих швидкостей від 802.11ac, але поки що ні відкушуйте свій Gigabit Ethernet кабель.

У тесті Anandtech 2013 року, вони відчували роутер WD MyNet AC1300 802.11ac (до трьох потоків) в парі з рядом пристроїв на 802.11ac, які підтримували 1-2 потоку. Найшвидша швидкість передачі була досягнута ноутбуком Intel 7260 з бездротовим адаптером 802.11ac, який використовував два потоку для отримання 364Мб / с на відстані всього 1.5м. На 6м і через стіну, той же ноутбук був найшвидшим, але максимальна швидкість склала 140Мб / с. Зафіксований межа швидкості для Intel 7260 склав 867Мб / с (2 потоку по 433Мб / с).

У ситуації, коли вам не потрібна максимальна продуктивність і надійність провідного GigE, 802.11ac воістину привабливий. Замість того, щоб захаращувати свою вітальню Ethernet кабелем, проведеним до домашнього кінотеатру з ПК під телевізором, більш розумно використовувати 802.11ac, який володіє достатньою пропускною спроможністю, щоб бездротовим сигналом високої чіткості передати контент вашому HTPC. Для всіх, крім особливо вибагливих випадків, 802.11ac є дуже гідною заміною Ethernet.

майбутнє 802.11ac

Стандарт 802.11ac буде ставати ще швидше. Як ми згадували раніше, теоретична максимальна швидкість 802.11ac становить скромні 7Гбіт / с, і поки ми не доб'ємося цього в реальному світі, не варто дивуватися позначці в 2Гбіт / с в найближчі кілька років. При 2Гбіт / с, ви отримаєте швидкість передачі 256Мб / с, і раптово Ethernet будуть використовуватися все менше і менше, поки не зникнуть. Щоб досягти таких швидкостей, виробники чіпсетів і пристроїв повинні будуть з'ясувати, як реалізувати чотири або більше каналів для 802.11ac, враховуючи як програмне забезпечення, Так і апаратне.

Ми представляємо, як Broadcom, Qualcomm, MediaTek, Marvell і Intel вже роблять впевнені кроки в забезпеченні 4-8 каналів для 802.11ac, заради інтеграції найостанніших роутерів, точок доступу, і мобільних пристроїв. Але поки специфікація 802.11ac не буде завершено процес, друга хвиля чіпсетів і пристроїв навряд чи з'явиться. Виробникам пристроїв і чіпсетів потрібно буде зробити багато роботи, щоб переконатися в тому, що просунуті технології на кшталт лучеобразованія, відповідають вимогам стандарту, і є повністю сумісними з іншими пристроями стандарту 802.11ac.