Evolusi teknologi Wi-Fi

Standar ini terus berkembang selama 20 tahun terakhir dengan memperkenalkan protokol baru seperti 802.11n, 802.11ac, dan 802.11ax (Wi-Fi 6).Standar baru ini mendukung skema modulasi tingkat tinggi seperti 64 QAM, 256 QAM, dan 1024 QAM. Standar baru ini mendukung transmisi simultan beberapa aliran data ke satu klien atau beberapa klien; selain meningkatkan kecepatan data puncak, upaya juga dilakukan untuk meningkatkan efisiensi spektral, yang menggambarkan seberapa baik suatu sistem memanfaatkan spektrum yang tersedia. Untuk meningkatkan efisiensi dan kapasitas jaringan, teknologi multi-pengguna seperti multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO) dan orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) telah diperkenalkan. Setelah standar Wi-Fi (802.11) dirilis dan diimplementasikan, dunia mulai berubah seiring dengan terbukanya pasar dan munculnya teknologi baru. Setiap standar baru dibangun di atas standar sebelumnya dengan peningkatan kecepatan dan keandalan.

Standar Wi-Fi

Jika Anda ingin membeli perangkat jaringan nirkabel atau perangkat seluler baru, Anda mungkin kewalahan dengan banyaknya pilihan dan singkatan. Sejak Wi-Fi pertama kali dirilis untuk konsumen pada tahun 1997, standarnya terus berkembang, seringkali menghasilkan kecepatan yang lebih cepat dan efisiensi jaringan/spektrum yang lebih besar. Seiring dengan penambahan fitur pada standar 802.11 asli, standar tambahan yang sesuai (802.11b, 802.11g, dll.) juga mulai dikenal. Tabel 1 mencantumkan berbagai standar dan kecepatan data teoritis maksimum yang dapat dicapai berdasarkan standar ini. Kecepatan tipikal akan lebih rendah daripada nilai teoritis karena berbagai faktor, termasuk pelemahan sinyal pada jarak tertentu, laju modulasi dan pengkodean koreksi kesalahan maju, bandwidth, pengali MIMO, interval pengaman, dan tingkat kesalahan tipikal. Keluarga 802.11 terdiri dari keluarga teknologi modulasi over-the-air half-duplex yang menggunakan protokol dasar yang sama. Dalam artikel ini, kita akan membahas dasar-dasar setiap standar Wi-Fi.

Tabel 1Riwayat Wi-Fi

>> 802.11-1997 standard

802.11-1997, standar nirkabel pertama dalam keluarga ini, dirilis pada tahun 1997 tetapi sekarang sudah usang. Standar ini mendefinisikan protokol dan interkoneksi yang kompatibel untuk peralatan komunikasi data nirkabel dalam jaringan area lokal (LAN) Carrier Sense Multiple Access Protocol (CSMA/CA) dengan penghindaran tabrakan. Protokol ini mendukung tiga teknologi lapisan fisik, termasuk inframerah yang beroperasi pada 1 Mbps, frequency-hopping spread spectrum (FHSS) yang mendukung kecepatan data 1 Mbps dan opsional 2 Mbps, dan direct sequence spread spectrum (DSSS) yang juga mendukung kecepatan data 1/2 Mbps. Protokol ini tidak diterima secara luas karena masalah interoperabilitas, biaya, dan kurangnya throughput yang memadai.

>> 802.11b standard

Produk 802.11b memasuki pasar pada pertengahan tahun 1999. Produk ini memiliki kecepatan data teoritis maksimum 11 Mbps dan menggunakan akses media CSMA/CA yang sama seperti yang didefinisikan dalam standar aslinya. Peningkatan dramatis dalam throughput 802.11b ditambah dengan pengurangan harga yang signifikan telah menyebabkan penerimaan luas 802.11b sebagai teknologi nirkabel. 802.11b menggunakan pita frekuensi ISM tanpa lisensi 2.4~2.5 GHz, merupakan perluasan langsung dari DSSS, dan menggunakan complementary code keying (CCK) sebagai teknologi modulasinya. 802.11b digunakan dalam konfigurasi point-to-multipoint di mana titik akses berkomunikasi dengan klien seluler dalam jangkauan titik akses tersebut.

Jangkauan ini bergantung pada lingkungan RF, daya keluaran, dan sensitivitas penerima. 802.11b memiliki bandwidth saluran 22 MHz dan dapat beroperasi pada 11 Mbps, tetapi dapat diturunkan menjadi 5.5 Mbps, 2 Mbps, dan 1 Mbps (pemilihan laju adaptif) untuk mengurangi laju pemutaran ulang karena kesalahan [1]. Standar 802.11b memiliki bandwidth frekuensi yang sama dengan standar nirkabel lainnya. Oleh karena itu, perangkat nirkabel di rumah seperti oven microwave, perangkat Bluetooth, dan telepon tanpa kabel dapat menyebabkan interferensi pada Wi-Fi.

>> 802.11a standard

802.11a menggunakan protokol inti yang sama dengan standar aslinya, beroperasi pada frekuensi 5 GHz, menggunakan 52 subcarrier Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), dan memiliki kecepatan data teoritis maksimum 54 Mbps, menghasilkan throughput praktis 20 Mbps. Kecepatan data lain yang didukungnya meliputi 6, 9, 12, 18, 24, 36, dan 48 Mbps. 802.11a dan 802.11b tidak saling beroperasi karena beroperasi pada pita ISM tanpa lisensi yang berbeda. Karena pita 2.4 GHz semakin padat, pita 5 GHz menambahkan keuntungan signifikan pada 802.11a, tetapi jangkauan efektif keseluruhannya lebih kecil daripada 802.11b/g karena frekuensi pembawa yang tinggi.

Produk 802.11a awalnya tidak diterima secara luas karena faktor biaya, cakupan yang buruk, dan ketidaksesuaian dengan 802.11b. Dari 52 subcarrier OFDM, 48 digunakan untuk data dan 4 adalah subcarrier pilot, dengan jarak antar carrier sebesar 312.5 kHz. Masing-masing subcarrier ini dapat berupa BPSK, QPSK, 16 QAM, atau 64 QAM. Lebar pita kanal 20 MHz, lebar pita yang ditempati 16.6 MHz; durasi simbol 4 mikrodetik, termasuk interval penjaga 0.8 mikrodetik. Keuntungan OFDM termasuk mengurangi efek multipath dalam penerimaan dan meningkatkan efisiensi spektral [2]. Tabel 2 mencantumkan berbagai modulasi yang didukung oleh 11a dan laju data teoritisnya masing-masing.

Tabel 2Kecepatan modulasi dan kecepatan data 802.11a dengan jarak antar saluran 20 MHz.

>> 802.11g standard

802.11g tersedia pada musim panas tahun 2003. Standar ini menggunakan teknologi OFDM yang sama dengan 802.11a, dan seperti 802.11a mendukung kecepatan teoritis maksimum 54Mbps; tetapi seperti 802.11b, standar ini beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz yang padat dan karenanya rentan terhadap interferensi dan faktor lainnya. 802.11g kompatibel dengan 802.11b (yaitu, perangkat 802.11b dapat terhubung ke titik akses 802.11g). 802.11g kompatibel dengan titik akses dual-band atau dual-mode yang menggunakan 802.11a dan 802.11b/g.

>> 802.11n standard

Pengenalan 802.11n membuat Wi-Fi lebih cepat dan lebih andal; kemajuan ini dicapai dengan menambahkan MIMO dan saluran 40 MHz ke lapisan fisik (PHY) dan agregasi frame ke lapisan MAC. MIMO adalah metode untuk menggandakan kapasitas tautan nirkabel dengan menggunakan beberapa antena pengirim dan penerima untuk memanfaatkan propagasi multipath. Antena-antena ini perlu dipisahkan secara spasial sehingga sinyal dari setiap antena pengirim ke setiap antena penerima memiliki karakteristik spasial yang berbeda sehingga aliran-aliran ini dapat dipisahkan menjadi saluran independen paralel di penerima.

Saluran yang beroperasi pada bandwidth 40 MHz dapat digandakan lebarnya dan mencapai dua kali lipat laju data PHY pada satu saluran 20 MHz. Draf 802.11n memungkinkan hingga 4 aliran spasial dengan throughput teoritis maksimum 600 Mbps.

Saluran 20 MHz memiliki 56 subcarrier OFDM, 52 untuk data dan 4 untuk pilot, dengan jarak antar carrier sebesar 312.5 kHz. Masing-masing subcarrier ini dapat berupa BPSK, QPSK, 16 QAM, atau 64 QAM. Durasi simbol total adalah 3.6 atau 4 mikrodetik, termasuk interval penjaga masing-masing 0.4 atau 0.8 mikrodetik. Tabel 3 mencantumkan berbagai skema modulasi dan pengkodean untuk satu aliran data (untuk beberapa aliran data, laju data merupakan kelipatan dari jumlah aliran). 802.11n mendukung agregasi frame, di mana beberapa MAC Service Data Unit (MSDU) atau MAC Protocol Data Unit (MPDU) dikemas bersama untuk mengurangi overhead dan merata-ratakannya di beberapa frame untuk meningkatkan laju data tingkat pengguna. Selain itu, 802.11n kompatibel dengan 802.11g, 11b, dan 11a[3]. Qorvo telah menjadi pemasok terkemuka komponen 802.11n, termasuk penguat daya, penguat noise rendah, sakelar, dan modul front-end terintegrasi (FEM).

Tabel 3Modulasi dan Kecepatan Data 802.11n untuk Satu Aliran Data Tunggal

>> 802.11ac standard

802.11ac mempercepat Wi-Fi dengan menghadirkan gigabit per detik dengan memperluas konsep 802.11n untuk mencakup bandwidth yang lebih luas (hingga 160 MHz), lebih banyak aliran spasial MIMO (hingga 8), MIMO multi-pengguna downlink (hingga 4 klien), dan modulasi kepadatan tinggi (hingga 256 QAM). 802.11ac mendukung 256 QAM pada kecepatan kode 3/4, 5/6 (MCS8/9), yang membutuhkan persyaratan EVM tingkat sistem yang lebih ketat sebesar 6 dB (-34 dB). Komponen 11ac dari Qorvo dengan mudah memenuhi persyaratan EVM ini. 802.11ac hanya beroperasi pada pita 5 GHz, sehingga titik akses dan klien dual-band akan terus menggunakan 802.11n pada 2.4 GHz. Rilis 802.11ac pertama pada tahun 2013 hanya mendukung saluran 80 MHz dan hingga 3 aliran spasial, memberikan kecepatan hingga 1300 Mbps pada lapisan fisik. Gelombang produk kedua (802.11ac Wave 2) dirilis pada tahun 2015 dan mendukung lebih banyak penggabungan saluran, lebih banyak aliran spasial, dan MU-MIMO. MU-MIMO merupakan kemajuan besar dibandingkan 802.11ac—sementara MIMO mengarahkan beberapa aliran ke satu pengguna, MU-MIMO dapat mengarahkan aliran spasial ke beberapa klien secara bersamaan, sehingga meningkatkan efisiensi jaringan. Selain itu, 802.11ac menggunakan teknologi yang disebut beamforming; dengan beamforming, antena pada dasarnya memancarkan sinyal radio ke perangkat tertentu. Router 802.11ac kompatibel dengan 802.11b, 11g, 11a, dan 11n, yang berarti bahwa semua klien lama akan berfungsi dengan benar dengan router 802.11ac[4].

>>Wi-Fi 6 或 802.11ax standard

802.11ax adalah generasi keenam Wi-Fi yang dibangun di atas kekuatan 802.11ac untuk memberikan kapasitas dan keandalan nirkabel yang lebih besar. 802.11ax mencapai keunggulan ini dengan menerapkan modulasi yang lebih padat (1024 QAM, OFDMA), mengurangi jarak subcarrier (78.125 kHz), dan berdasarkan alokasi sumber daya terjadwal. Tidak seperti 802.11ac, 802.11ax adalah teknologi dual-band 2.4 dan 5 GHz dan dirancang untuk kompatibilitas maksimum agar dapat hidup berdampingan secara efisien dengan klien 802.11a/g/n/ac. 802.11ax menggunakan OFDMA, yang memungkinkan unit sumber daya (RU) untuk membagi bandwidth berdasarkan kebutuhan klien dan memberikan pengalaman yang sama kepada banyak pengguna dengan kecepatan lebih tinggi. Pada titik tertentu pada carrier di setiap unit data protokol PLCP (PPDU) dalam 802.11ac, saluran Wi-Fi dipecah menjadi serangkaian sub-saluran OFDM yang lebih kecil. Namun, karena OFDMA (802.11ax), setiap kelompok subcarrier dialokasikan ke klien sebagai unit sumber daya berdasarkan per PPDU (Gambar 2).

图 2 Perbandingan alokasi sumber daya OFDM dan OFDMA

Dalam pendekatan CSMA/CA pada standar 802.11 awal, klien nirkabel pertama-tama mendeteksi saluran dan hanya mengirimkan data ketika mendeteksi saluran dalam keadaan idle, sehingga mencoba menghindari tabrakan. Meskipun metode yang jelas untuk mengevaluasi dan menghindari konflik ini berguna, metode ini menjadi tidak efisien ketika jumlah klien menjadi sangat besar. Protokol 802.11ax memecahkan masalah ini melalui OFDMA dan alokasi sumber daya berbasis penjadwalan [5]. Titik akses 802.11ax menentukan kapan perangkat beroperasi, sehingga menangani klien dengan lebih efisien. Penjadwalan sumber daya juga dapat secara signifikan mengurangi konsumsi daya selama waktu tidur, sehingga meningkatkan masa pakai baterai klien. Tabel 4 mencantumkan perbedaan antara protokol 802.11ac dan 802.11ax. Portofolio produk 802.11ax Qorvo yang luas mencakup filter 2.4 GHz dan 5 GHz (FEM) dan gelombang akustik massal (BAW). Teknologi FEM hemat energi dalam portofolio ini mengurangi beban termal yang terkait dengan dukungan MIMO pada perangkat Wi-Fi, memungkinkan produsen untuk mengurangi ukuran dan biaya produk. Filter BAW edgeBoostTM (band edge) dan coexBoostTM (coexistence) dari Qorvo meningkatkan kualitas layanan Wi-Fi dan mencegah interferensi pada frekuensi LTE yang berdekatan.

Tabel 4802.11ac vs. 802.11ax

Artikel ini berasal dari "Qorvo”, jika ada pelanggaran atau masalah lain, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.Dukung perlindungan hak kekayaan intelektual, mohon sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang.