WiFi. История и современность. Обзор

Введение
WiFi 802.11a\b
WiFi 802.11 \g
WiFi 802 11 n
WiFi 802.11 ac
WiFi 802.11 ax
Заключение

Технологии беспроводной передачи данных, которая стала известна под названием ieee 802.11 или, как это звучит намного привычнее, - WiFi,  уже более 20 лет. Первые спецификации были выпущены в 1998-99x годах, получив обозначение 802.11\b и обеспечивали скорость передачи данных до 11 мбит\Сек, при этом использовался радиодиапазон 2.4 Ггц.  В том же 1999  году скорость была значительно увеличена благодаря параллельной разработке  стандарта 802.11\а  с использованием частот 5 Ггц достигнув  54 мбит\Сек.
Однако, наибольшее распространение получила именно версия 802.11\b  работающая с самым популярным диапазоном 2.4 Ггц Одновременно с внедрением новых стандартов беспроводной связи возникло и само название «WiFi», которое, по сути, является свободной торговой маркой, присваиваемой любому оборудованию соответствующему набору спецификаций 802.11.
Кстати, решение о выдаче права на использование значка и наименования «WiFi» принимается «WiFi альянсом», который является  союзом производителей беспроводного оборудования и занимается развитием стандарта, а так же бесплатной сертификацией оборудования на соответствие спецификациям.

Может возникнуть вопрос, откуда такая разница между двумя ревизиями, принятыми практически одновременно 11 мбит\Сек для 2.4  Ггци 54 мбит\Сек для 5 ггц, - ведь максимальная ширина канала и там одна.
Все дело в том, что 802.11\а  использовал  модуляцию DQPSK с использованием комплиметнарных кодов CCK и применением схемы DSSS  (Метод прямой последовательности для расширения спектра), тогда как 802.11\а имел поддержку более эффективной 64 QAM и OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) которые обеспечивали значительно более высокую спектральную эффективность. Отсюда и столь значительная разница.

Далее был достаточно длительный перерыв в выходе новых ревизий WiFi который составил целые десять лет. При этом объемы трафика за это время возросли не то, что в разы, а едва ли не на порядок, достаточно сравнить качество фото и видео конца «девяностых» годов  и конца «нулевых».  Конечно, некоторые из тех, кто активно интересовался беспроводной индустрией  могут гневно  возразить  « А как же  802.11 \g, который был внедрен  2003 году?! И они будут правы.
Но, как говорится, «есть нюанс».  Новый 802.11 \g,  довел максимальную пропускную способность WiFi на частотах 2.4 Ггц, до уровня скорости 802.11\а  на 5 Ггц – 54 мбит/Сек.  И никаких принципиально иных технологий либо принципов передачи данных здесь использовано не было.  По сути, механически  скопирована  схема  ранее  успешно использующаяся на  частотах 5 Ггц  и перенесена  в диапазон 2.4 Ггц. Потому, положа руку на сердце, считать это реальным обновлением стандарта нельзя, максимум  исправлением недочетов, поскольку сделать это можно, и нужно было куда раньше.
Однако, вернемся к нашему рассказу. Поскольку скорости катастрофически не хватало, особенно при активном серфинге в интернете и подключении нескольких абонентов ,  разработчиками   Wi-Fi Alliance были активизированы разработки нового стандарта 802.11\n который и был принят в 2009 Году. Это было действительно новое поколение WiFi, без всяких оговорок, повысившую максимальную пропускную способность передачи данных « по воздуху» более чем в десять раз – до 600 мбит/сек! Как же этого удалось добиться?

Во-первых, здесь были внесены изменения в кодирование модуляции 64QM, а так же в два раза увеличено  количество поднесущих, до 128, что повысило скорость передачи данных при ширине канала 20 мг до 72.5 мбит\сек.
Далее максимальная ширина канала увеличилась уже до 40 Мгц, таким образом обеспечив скорость передачи данных в 150 мбит/Сек.
Но главное – это использование многопотоковой передачи данных MIMO.  В отличии от ранее использовавшейся схемы SISO  она позволила параллельно использовать сразу несколько потоков передачи данных, излучаемых разными антенными. В рамках стандарта 802.11\n было доступно до 4 потоков, каждый их которых имел максимум в 150 мбит\Сек. При этом  это не является просто четырьмя независимыми потоками данных, все сигналы со всех антенн подвергаются интеллектуальной обработке, и после суммируются в одно целое, благодаря чему  значительно увеличивается общее качество приема каждого пакета данных, ведь по сути мы имеем дублирование приема.  Внедрение MIMO было, действительно, очень важной вехой в эволюции WiFi.

В следующей ревизии WiF 802.11 AC, который вышел в 2015 году количество  потоков  MIMO было доведено уже до 8. При этом использована  модуляция уже 256 qam, а число поднесущих достигло 512. Таким образом, удалось добиться производительности при ширине канала в 40 мгц на уровне 215 мбит/Сек.
При этом максимально возможная ширина канала была увеличена до  160 мгц, что позволило получить теоретический максимум до 866 мбит/сек.  Однако подобные каналы были совершенно неработоспособны в узкой полосе частот 2.4 Ггц, от которых в новом 802.11 AC и вовсе решили отказаться, что было спорным решением. Дело в том, что WiFi используют не только дома, но, зачастую и строят на нем радиомосты,  да и хот-спот для бытовых гаджетов бывает необходим вне помещений. А   во всем СВЧ диапазоне именно волны 2.4 Ггц имеют наибольшую проникающую способность  и лучшую дальность, в том числе в снег или дождь.

Однако, успех WiF 802.11 AC был несомненным, тем более что при своих 8  потоках MIMO  теоретический максимум стандарта достигал почти 7 Гбит/Сек!  Кроме того  здесь был внедрена технология MU-MIMO – или мультиплексирования каналов.  В этой схеме WiFi точка доступа разбивает канал на подканалы, и начинает одновременный обмен данными с несколькими абонентами, что значительно оптимизировало работу в высоконагруженных сетях, позволяя решать проблемы «медленного клиента» и значительно эффективнее использовать возможности WiFi Точки доступа. Правда в рамках ревизии WiF 802.11 AC MU-MIMO работало только в нисходящем  направлении.

Еще одной интересной новой технологией, примененной в  WiF 802.11 AC  стал  Beamforming . Схема была позаимствована у военных, где называлась «ФАР» - фазированной антенной решеткой. Ее суть заключается  в управление интерференцией излучаемого несколькими антеннами в рамках технологии MIMO  радиосигнала, с изменением фазового сдвига радиосигнала таким образом, что в местах нахождения абонентов создавался эффект так называемой «конструктивной» интерференции, когда  сложение радиоволн находящихся водной фазы вызывает их усиление.



802.11 n

802.11aс

 

802.11ax

Диапазон, ГГц

5

5

 

2.4 / 5

Ширина канала, МГц

20,40

20,40, 80, 80 + 80, 160

 

20,40, 80, 80 + 80, 160

Поддерживаемая схема мультиплексироования

OFDM (64 поднесущие)

OFDM (64 поднесущие)

 

OFDM (64 поднесущие), OFDMA (256 поднесущх)

Уровень модуляции

64-QAM

1256-QAM

 

1024-QAM

Скорости передачи данных Мбит/сек

150 мбит/Сек (ширина канала 80 МГц

215  (ширина канала 40)

 

290 (ширина канала 40МГц)

И наконец, последним стандартом WiFi стал не так давно принятый 802.11 AX.  Новшеств в нем  так же немало. Модуляция перешла на уровень 1024 qam, но главное,  появилась поддержка новой технологии OFDMA, которая отличается более высокой эффективностью. Производительность при ширине канала 40 мгц достигла 290 мбит/Сек.  Схема MU-MIMO  так же была усовершенствована, появился полноценный двухсторонний режим обмена данными, в отличии от одностороннего нисходящего  в предыдущей ревизии WiFi. Кроме того возвращен диапазон 2.4 Ггц, которого не было в WiFi 802.11 ac. Более подробно с о всеми особенностями 802.11 AX вы можете ознакомится в отдельном  обзоре, который не так давно был опубликован на страницах нашего сайта.

Как видно, с течением времени  в развитии WiFi все больше внимания уделяется таким технологиям, которые не только увеличивают пропускную способность, но и увеличивают возможности при работе WiFi точек доступах в сетях высокой плотности – OFDMA, MU-MIMO, Beamforming, что является действийтельно необходимым, особенно в профессиональном сегменте.  Все заметили, что оборудование 802.11 AC по сравнению с 802.11 \n намного лучше работает на стадионах, конференц залах и других подобных местах, где множество абонентов на малой площади подключаются к WiFi точкам доступа. И тем интереснее увидеть,  какие сюрпризы дадут нам новые поколения WiFi, но, тренд на оптимизацию работы в условиях большого количества подключений явно задан надолго.
На этом мы завершаем наш небольшой экскурс в историю WiFi, оставайтесь с нами и всегда будьте в курсе новостей WiFi индустрии.

Комментариев пока нет Добавить комментарий
— Имя — Почта
символов набрано, макс. 1500

Популярные обзоры

Перейти ко всем обзорам