Au cours des 20 dernières années, la norme n'a cessé de favoriser son développement en introduisant de nouveaux protocoles tels que 802.11n, 802.11ac et 802.11ax (Wi Fi 6).。 La nouvelle norme prend en charge les schémas de modulation d'ordre supérieur, tels que 64 QAM, 256 QAM et 1024 QAM. Ces nouvelles normes prennent en charge la transmission simultanée de plusieurs flux de données vers un ou plusieurs clients ; En plus d'augmenter le débit de pointe, des efforts sont également faits pour renforcer l'efficacité spectrale caractérisant l'utilisation du spectre disponible par le système. Afin d'améliorer l'efficacité et la capacité du réseau, des technologies multi-utilisateurs telles que l'accès multiple à entrées multiples multi-utilisateurs (MU-MIMO) et l'accès multiple par répartition orthogonale de la fréquence (OFDMA) ont été introduites. Une fois la norme Wi-Fi (802.11) publiée et mise en œuvre, le monde a commencé à changer avec l’ouverture du marché et l’émergence de nouvelles technologies. Chaque nouvelle norme est basée sur les normes précédentes et améliorée en termes de vitesse et de fiabilité.

Si vous recherchez un nouveau périphérique réseau sans fil ou un appareil mobile, trop de choix et d'abréviations vous rendront confus. Depuis la première diffusion du Wi-Fi auprès des consommateurs en 1997, ses normes ont évolué, conduisant généralement à une vitesse plus rapide et à une efficacité réseau/spectre plus élevée. À mesure que davantage de fonctions sont ajoutées à la norme 802.11 d'origine, ses normes supplémentaires correspondantes (802.11b, 802.11g, etc.) sont également largement connues. Le tableau 1 répertorie les différents critères et les débits de données théoriques maximaux pouvant être atteints sur la base de ces critères. En raison de l'influence de nombreux facteurs, notamment l'atténuation du signal avec la distance, le taux de modulation et le codage de correction d'erreur directe, la bande passante, le multiplicateur MIMO, l'intervalle de garde et le taux d'erreur typique, le taux typique sera inférieur à la valeur théorique. La famille 802.11 se compose d'une série de technologies de modulation aérienne semi-duplex utilisant le même protocole de base. Dans cet article, nous aborderons les bases de chaque norme Wi-Fi.

Tableau 1Historique du Wi-Fi

>>Norme 802.11-1997

802.11-1997 est la première norme sans fil de la série. Il est sorti en 1997, mais il est désormais obsolète. Cette norme définit le protocole et l'interconnexion compatible des équipements de communication de données aériennes dans le réseau local (LAN) Carrier Sense Multiple Access Protocol (CSMA/CA) avec fonction d'évitement de collision. Le protocole prend en charge trois technologies de couche physique, notamment l'infrarouge fonctionnant à 1 Mbps, le spectre étalé à sauts de fréquence (FHSS) prenant en charge 1 Mbps et un débit de données en option de 2 Mbps, et le spectre étalé en séquence directe (DSSS) prenant en charge un débit de données de 1/2 Mbps en même temps. temps. Le protocole n'est pas largement accepté en raison de problèmes d'interopérabilité, de coût et d'un débit insuffisant.

>>Norme 802.11b

Les produits 802.11b ont été lancés à la mi-1999. Son débit de données théorique maximum est de 11 Mbps et utilise le même mode d'accès aux médias CSMA/Ca tel que défini dans la norme d'origine. Le 802.11b est largement accepté comme technologie sans fil en raison de l'amélioration significative du débit et de la réduction significative du prix. 802.11b utilise une bande de fréquences ISM non autorisée de 2.4 à 2.5 GHz, qui est une extension directe du DSSS, et utilise la clé complémentaire (CCK) comme technologie de modulation. 802.11b est utilisé pour la configuration point à multipoint, dans laquelle le point d'accès communique avec les clients mobiles à portée du point d'accès.

Cette plage dépend de l'environnement RF, de la puissance de sortie et de la sensibilité du récepteur. 802.11b a une bande passante de canal de 22 MHz et peut fonctionner à un débit de 11 Mbps, mais sera réduit à 5.5 Mbps, puis 2 Mbps et 1 Mbps (sélection de débit adaptative) pour réduire le taux de relecture provoqué par les erreurs [1] . La norme 802.11b partage la même bande passante de fréquence que les autres normes sans fil. Par conséquent, les appareils sans fil dans la maison, comme les fours à micro-ondes, Bluetooth les appareils et les téléphones sans fil interféreront avec le Wi-Fi.

>>Norme 802.11a

802.11a adopte le même protocole de base que la norme d'origine, la fréquence de fonctionnement est de 5 GHz, le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) de 52 sous-porteuses est utilisé et le débit de données théorique maximum est de 54 Mbps, de manière à réaliser le débit réel de 20 Mbit/s. Les autres débits de données pris en charge incluent 6, 9, 12, 18, 24, 36 et 48 Mbps. 802.11a et 802.11b ne peuvent pas interopérer car ils fonctionnent dans des bandes d'isme non autorisées différentes. Compte tenu de l'encombrement croissant de la bande 2.4 GHz, la bande 5 GHz ajoute des avantages significatifs au 802.11a. Cependant, en raison de la fréquence porteuse élevée, la plage efficace globale est inférieure à 802.11b/g.

Les produits 802.11a n'étaient initialement pas largement acceptés en raison de facteurs de coût, d'une faible couverture et d'une incompatibilité avec 802.11b. Parmi les 52 sous-porteuses OFDM, 48 sont utilisées pour les données, 4 sont des sous-porteuses pilotes et l'intervalle de porteuse est de 312.5 kHz. Chacune de ces sous-porteuses peut être BPSK, QPSK, 16 QAM ou 64 QAM. La bande passante du canal est de 20 MHz et la bande passante occupée est de 16.6 MHz ; La durée du symbole est de 4 microsecondes, incluant un intervalle de protection de 0.8 microseconde. Les avantages de l'OFDM incluent la réduction de l'effet de trajets multiples en réception et l'amélioration de l'efficacité spectrale [2]. Le tableau 2 répertorie les différentes modulations prises en charge par 11a et leurs débits théoriques respectifs.

Tableau 2Taux de modulation 802.11a et débit de données à un intervalle de canal de 20 MHz

>>Norme 802.11g

Le 802.11g a été lancé à l'été 2003. Il utilise la même technologie OFDM que le 802.11a et prend en charge un débit théorique maximum de 54 Mbps comme le 802.11a ; Cependant, tout comme le 802.11b, il fonctionne à une fréquence saturée de 2.4 GHz, ce qui le rend vulnérable aux interférences et à d'autres facteurs. 802.11g est rétrocompatible avec 802.11b (c'est-à-dire que les appareils 802.11b peuvent être connectés aux points d'accès 802.11g). Le 802.11g est compatible avec les points d'accès double bande ou bimode utilisant 802.11a et 802.11b/g.

>>Norme 802.11n

L'introduction de la norme 802.11n rend le Wi-Fi plus rapide et plus fiable. Ce progrès est obtenu en ajoutant des canaux MIMO et 40 MHz à la couche physique (PHY) et l'agrégation de trames à la couche MAC. MIMO est une méthode d'utilisation de plusieurs canaux de transmission et de réception. antennes pour utiliser la propagation multitrajet pour multiplier la capacité des liaisons sans fil. antennedoivent être séparés spatialement afin que les signaux de chaque émetteur antenne à chaque réception antenne ont des caractéristiques spatiales différentes, de sorte que ces flux peuvent être séparés en canaux parallèles indépendants sur le récepteur.

Pour les canaux fonctionnant à une bande passante de 40 MHz, la largeur peut être doublée et deux fois le débit de données PHY peut être obtenu sur un seul canal de 20 MHz. Le projet 802.11n autorise jusqu'à quatre flux spatiaux avec un débit théorique maximum de 600 Mbps.

Le canal 20 MHz comporte 56 sous-porteuses OFDM, dont 52 sont utilisées pour les données, 4 sont des pilotes et l'espacement des porteuses est de 312.5 kHz. Chacune de ces sous-porteuses peut être BPSK, QPSK, 16 QAM ou 64 QAM. La durée totale du symbole est de 3.6 ou 4 microsecondes, y compris un intervalle de protection de 0.4 ou 0.8 microsecondes, respectivement. Le tableau 3 répertorie différents schémas de modulation et de codage pour un seul flux de données (pour plusieurs flux de données, le débit de données est un multiple du nombre de flux). 802.11n prend en charge l'agrégation de trames, dans laquelle plusieurs unités de données de service MAC (MSDU) ou unités de données de protocole MAC (mpdus) sont regroupées pour réduire la surcharge et les moyenner sur plusieurs trames pour améliorer le débit de données au niveau de l'utilisateur. De plus, 802.11n est rétrocompatible avec 802.11g, 11B et 11a [3]. Qorvo a toujours été l'un des principaux fournisseurs de composants 802.11n, notamment des amplificateurs de puissance, des amplificateurs à faible bruit, des commutateurs et des modules frontaux intégrés (FEM).

Tableau 3Modulation et débit de données d'un flux de données unique 802.11n

>>Norme 802.11ac

La norme 802.11ac accélère le Wi-Fi en fournissant des gigabits par seconde, ce qui est réalisé en étendant le concept 802.11n, y compris une bande passante plus large (jusqu'à 160 MHz), davantage de flux spatiaux MIMO (jusqu'à 8), un MIMO multi-utilisateur en liaison descendante (jusqu'à 4 clients) et une modulation haute densité (jusqu'à 256 QAM). La norme 802.11ac prend en charge 256 QAM à des taux de codage 3/4 et 5/6 (mcs8/9), ce qui nécessite un EVM de niveau système de 6 dB plus strict (- 34 dB). Le composant 11ac de Qorvo peut facilement répondre à ces exigences EVM. La norme 802.11ac ne fonctionne que dans la bande 5 GHz, de sorte que les points d'accès et les clients à double bande continueront d'utiliser la norme 802.11n à 2.4 GHz. La première norme 802.11ac, sortie en 2013, ne prend en charge que les canaux de 80 MHz et jusqu'à 3 flux spatiaux, offrant des vitesses allant jusqu'à 1300 802.11 Mbps au niveau de la couche physique. La deuxième vague (2ac wave 2015) a été lancée en 802.11 et prend en charge davantage de liaisons de canaux, davantage de flux spatiaux et MU-MIMO. Mumimo est une avancée significative de la norme 802.11ac : bien que MIMO dirige plusieurs flux vers un seul utilisateur, MU-MIMO peut diriger des flux spatiaux vers plusieurs clients en même temps, améliorant ainsi l'efficacité du réseau. De plus, la norme XNUMXac adopte une technologie appelée formation de faisceaux ; grâce à la formation de faisceaux, antennes peut essentiellement transmettre des signaux radio à des appareils spécifiques. Le routeur 802.11ac est rétrocompatible avec 802.11b, 11g, 11a et 11n, ce qui signifie que tous les clients traditionnels peuvent fonctionner normalement avec le routeur 802.11ac [4].

>>Wi-Fi 6orNorme 802.11ax

Le 802.11ax est la sixième génération de Wi-Fi qui s'appuie sur les avantages du 802.11ac, qui peut offrir une plus grande capacité et fiabilité sans fil. Le 802.11ax offre ces avantages en appliquant une modulation plus intensive (1024 QAM, OFDMA), en réduisant l'espacement des sous-porteuses (78.125 kHz) et en se basant sur une allocation planifiée des ressources. Contrairement au 802.11ac, le 802.11ax est une technologie double bande 2.4 et 5 GHz et est conçu pour atteindre une compatibilité maximale et peut coexister efficacement avec les clients 802.11a/g/n/ac. 802.11ax adopte l'OFDMA, qui permet à l'unité de ressources (RU) de diviser la bande passante en fonction des besoins du client et d'apporter la même expérience à plusieurs utilisateurs à une vitesse plus rapide. À tout point donné de la porteuse dans chaque unité de données de protocole PLCP (PPDU) dans 802.11ac, le canal Wi-Fi est décomposé en un ensemble plus petit de sous-canaux OFDM. Cependant, grâce à l'OFDMA (802.11ax), il attribuera chaque groupe de sous-porteuses au client en tant qu'unité de ressource sur la base de chaque PPDU (Fig. 2).

Figure 2Comparaison de l'allocation des ressources entre l'OFDM et l'OFDMA

Dans la méthode CSMA/CA de l'ancienne norme 802.11, le client sans fil perçoit d'abord le canal et ne transmet que lorsqu'il perçoit que le canal est inactif, afin d'essayer d'éviter les conflits. Bien que cette méthode claire d’évaluation et d’évitement des conflits soit utile, elle réduira l’efficacité lorsque le nombre de clients deviendra très important. Le protocole 802.11ax résout ce problème grâce à l'OFDMA et à l'allocation de ressources basée sur la planification [5]. Les points d'accès 802.11ax précisent quand l'appareil est en cours d'exécution, ce qui rend le traitement des clients plus efficace. La planification des ressources peut également réduire considérablement la consommation d'énergie pendant le temps de veille, de manière à améliorer la durée de vie de la batterie du client. Le tableau 4 répertorie les différences entre les protocoles 802.11ac et 802.11ax. La vaste gamme 802.11ax de Qorvo comprend des filtres 2.4 GHz et 5 GHz (FEM) et des filtres à ondes acoustiques de masse (BAW). Le FEM économe en énergie du portefeuille réduit la charge de refroidissement associée à la prise en charge MIMO dans les appareils Wi-Fi, permettant aux fabricants de réduire la taille et le coût des produits. Les filtres BAW edgeboosttm (bord de bande) et coexboosttm (coexistence) de Qorvo peuvent améliorer la qualité du service Wi-Fi et empêcher les interférences avec les fréquences LTE adjacentes.

Tableau 4Comparaison entre 802.11ac et 802.11ax