Evolusi teknologi Wi-Fi

Piawaian ini terus berkembang sejak 20 tahun lalu dengan memperkenalkan protokol baharu seperti 802.11n, 802.11ac dan 802.11ax (Wi-Fi 6)Piawaian baharu ini menyokong skema modulasi peringkat tinggi seperti 64 QAM, 256 QAM dan 1024 QAM. Piawaian baharu ini menyokong penghantaran serentak berbilang aliran data kepada satu klien atau berbilang klien; selain meningkatkan kadar data puncak, usaha juga dilakukan untuk meningkatkan kecekapan spektrum, yang mencirikan sejauh mana sistem menggunakan spektrum yang tersedia. Untuk meningkatkan kecekapan rangkaian dan kapasiti rangkaian, teknologi berbilang pengguna seperti input berbilang output berbilang pengguna (MU-MIMO) dan akses berbilang pembahagian frekuensi ortogon (OFDMA) telah diperkenalkan. Sebaik sahaja piawaian Wi-Fi (802.11) dikeluarkan dan dilaksanakan, dunia mula berubah apabila pasaran dibuka dan teknologi baharu muncul. Setiap piawaian baharu dibina berdasarkan piawaian sebelumnya dengan penambahbaikan dalam kelajuan dan kebolehpercayaan.

Piawaian Wi-Fi

Jika anda ingin membeli peranti rangkaian tanpa wayar atau peranti mudah alih baharu, anda mungkin akan terbeban dengan pelbagai pilihan dan singkatan. Sejak Wi-Fi pertama kali dikeluarkan kepada pengguna pada tahun 1997, piawaiannya terus berkembang, selalunya menghasilkan kelajuan yang lebih pantas dan kecekapan rangkaian/spektrum yang lebih tinggi. Memandangkan lebih banyak ciri telah ditambah pada piawaian 802.11 yang asal, piawaian tambahan yang sepadan (802.11b, 802.11g, dll.) juga dikenali. Jadual 1 menyenaraikan piawaian yang berbeza dan kadar data teori maksimum yang boleh dicapai berdasarkan piawaian ini. Kadar biasa akan lebih rendah daripada nilai teori disebabkan oleh pelbagai faktor, termasuk pelemahan isyarat merentasi jarak, kadar modulasi dan pengekodan pembetulan ralat ke hadapan, lebar jalur, pengganda MIMO, selang pengawal dan kadar ralat biasa. Keluarga 802.11 terdiri daripada keluarga teknologi modulasi atas udara separuh dupleks yang menggunakan protokol asas yang sama. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan asas setiap piawaian Wi-Fi.

Jadual 1Sejarah Wi-Fi

>> 802.11-1997 standard

802.11-1997, piawaian tanpa wayar pertama dalam keluarga ini, telah dikeluarkan pada tahun 1997 tetapi kini sudah ketinggalan zaman. Piawaian ini mentakrifkan protokol dan sambungan serasi untuk peralatan komunikasi data melalui udara dalam rangkaian kawasan setempat (LAN) Protokol Akses Berbilang Carrier Sense (CSMA/CA) dengan mengelakkan perlanggaran. Protokol ini menyokong tiga teknologi lapisan fizikal, termasuk inframerah yang beroperasi pada 1 Mbps, spektrum sebaran lompatan frekuensi (FHSS) yang menyokong kadar data 1 Mbps dan pilihan 2 Mbps, dan spektrum sebaran jujukan langsung (DSSS) yang juga menyokong kadar data 1/2 Mbps. Protokol ini tidak diterima secara meluas disebabkan oleh isu kebolehkendalian, kos, dan kekurangan daya pemprosesan yang mencukupi.

>> 802.11b standard

Produk 802.11b memasuki pasaran pada pertengahan tahun 1999. Ia mempunyai kadar data teori maksimum 11 Mbps dan menggunakan akses media CSMA/CA yang sama seperti yang ditakrifkan dalam piawaian asal. Penambahbaikan dramatik dalam daya pemprosesan 802.11b digandingkan dengan pengurangan harga yang ketara telah membawa kepada penerimaan meluas 802.11b sebagai teknologi tanpa wayar. 802.11b menggunakan jalur frekuensi tanpa lesen ISM 2.4~2.5 GHz, merupakan lanjutan langsung DSSS, dan menggunakan penguncian kod pelengkap (CCK) sebagai teknologi modulasinya. 802.11b digunakan dalam konfigurasi titik-ke-berbilang titik di mana titik akses berkomunikasi dengan klien mudah alih dalam julat titik akses.

Julat ini bergantung pada persekitaran RF, kuasa output dan kepekaan penerima. 802.11b mempunyai lebar jalur saluran 22 MHz dan boleh beroperasi pada 11 Mbps, tetapi berskala rendah kepada 5.5 Mbps, kepada 2 Mbps dan kepada 1 Mbps (pemilihan kadar penyesuaian) untuk mengurangkan kadar ulangan disebabkan oleh ralat [1]. Piawaian 802.11b berkongsi lebar jalur frekuensi yang sama seperti piawaian tanpa wayar lain. Oleh itu, peranti tanpa wayar di rumah seperti ketuhar gelombang mikro, peranti Bluetooth dan telefon tanpa wayar boleh menyebabkan gangguan kepada Wi-Fi.

>> 802.11a standard

802.11a menggunakan protokol teras yang sama seperti standard asal, beroperasi pada 5 GHz, menggunakan 52 subpembawa iaitu Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), dan mempunyai kadar data teori maksimum 54 Mbps, menghasilkan daya pemprosesan praktikal sebanyak 20 Mbps. Kadar data lain yang disokongnya termasuk 6, 9, 12, 18, 24, 36 dan 48 Mbps. 802.11a dan 802.11b tidak saling beroperasi kerana ia beroperasi dalam jalur ISM tanpa lesen yang berbeza. Memandangkan jalur 2.4 GHz menjadi semakin sesak, jalur 5 GHz menambah kelebihan yang ketara kepada 802.11a, tetapi julat berkesan keseluruhan adalah lebih kecil daripada 802.11b/g disebabkan oleh frekuensi pembawa yang tinggi.

Produk 802.11a pada mulanya tidak diterima secara meluas disebabkan oleh faktor kos, liputan yang lemah, dan ketidakserasian dengan 802.11b. Daripada 52 subpembawa OFDM, 48 digunakan untuk data dan 4 adalah subpembawa perintis, dengan jarak pembawa 312.5 kHz. Setiap subpembawa ini boleh terdiri daripada BPSK, QPSK, 16 QAM, atau 64 QAM. Lebar jalur saluran 20 MHz, lebar jalur yang diduduki 16.6 MHz; tempoh simbol 4 mikrosaat, termasuk selang pengawal 0.8 mikrosaat. Kelebihan OFDM termasuk mengurangkan kesan berbilang laluan dalam penerimaan dan meningkatkan kecekapan spektrum [2]. Jadual 2 menyenaraikan modulasi berbeza yang disokong oleh 11a dan kadar data teori masing-masing.

Jadual 2Kadar modulasi dan kadar data 802.11a dengan jarak saluran 20 MHz

>> 802.11g standard

802.11g mula tersedia pada musim panas tahun 2003. Ia menggunakan teknologi OFDM yang sama seperti 802.11a, dan seperti 802.11a menyokong kadar teori maksimum 54Mbps; tetapi seperti 802.11b, ia beroperasi pada frekuensi sesak 2.4 GHz dan oleh itu mudah terdedah kepada gangguan dan faktor lain. 802.11g serasi ke belakang dengan 802.11b (iaitu, peranti 802.11b boleh bersambung ke titik akses 802.11g). 802.11g serasi dengan titik akses dwi-jalur atau dwi-mod yang menggunakan 802.11a dan 802.11b/g.

>> 802.11n standard

Pengenalan 802.11n menjadikan Wi-Fi lebih pantas dan lebih andal; kemajuan ini dicapai dengan menambah saluran MIMO dan 40 MHz pada lapisan fizikal (PHY) dan pengagregatan bingkai pada lapisan MAC. MIMO ialah kaedah menggandakan kapasiti pautan tanpa wayar dengan menggunakan berbilang antena pemancar dan penerima untuk memanfaatkan perambatan berbilang laluan. Antena ini perlu dipisahkan secara ruang supaya isyarat daripada setiap antena pemancar ke setiap antena penerima mempunyai ciri ruang yang berbeza supaya aliran ini boleh dipisahkan kepada saluran bebas selari pada penerima.

Saluran yang beroperasi pada lebar jalur 40 MHz boleh digandakan lebarnya dan mencapai dua kali ganda kadar data PHY pada saluran 20 MHz tunggal. Draf 802.11n membenarkan sehingga 4 strim ruang dengan daya pemprosesan teori maksimum 600 Mbps.

Saluran 20 MHz mempunyai 56 subpembawa OFDM, 52 untuk data dan 4 untuk pilot, dengan jarak pembawa 312.5 kHz. Setiap subpembawa ini boleh menjadi BPSK, QPSK, 16 QAM, atau 64 QAM. Tempoh simbol keseluruhan ialah 3.6 atau 4 mikrosaat, termasuk selang pengawal masing-masing 0.4 atau 0.8 mikrosaat. Jadual 3 menyenaraikan skema modulasi dan pengekodan yang berbeza untuk satu aliran data (untuk berbilang aliran data, kadar data adalah gandaan bilangan aliran). 802.11n menyokong pengagregatan bingkai, di mana berbilang Unit Data Perkhidmatan MAC (MSDU) atau Unit Data Protokol MAC (MPDU) dikumpulkan bersama untuk mengurangkan overhed dan mengarbitkannya pada berbilang bingkai untuk meningkatkan kadar data peringkat pengguna. Selain itu, 802.11n serasi ke belakang dengan 802.11g, 11b, dan 11a[3]. Qorvo telah menjadi pembekal utama komponen 802.11n, termasuk penguat kuasa, penguat hingar rendah, suis dan modul bahagian hadapan bersepadu (FEM).

Jadual 3Modulasi 802.11n dan Kadar Data untuk Aliran Data Tunggal

>> 802.11ac standard

802.11ac mempercepatkan Wi-Fi dengan menyampaikan gigabit sesaat dengan melanjutkan konsep 802.11n untuk merangkumi lebar jalur yang lebih luas (sehingga 160 MHz), lebih banyak strim ruang MIMO (sehingga 8), MIMO berbilang pengguna pautan turun (sehingga 4 klien), dan modulasi berketumpatan tinggi (sehingga 256 QAM). 802.11ac menyokong 256 QAM pada kadar kod 3/4, 5/6 (MCS8/9), yang memerlukan keperluan EVM peringkat sistem 6 dB (-34 dB) yang lebih ketat. Komponen 11ac Qorvo dengan mudah memenuhi keperluan EVM ini. 802.11ac hanya beroperasi dalam jalur 5 GHz, jadi titik akses dwi-jalur dan klien akan terus menggunakan 802.11n pada 2.4 GHz. Keluaran 802.11ac pertama pada tahun 2013 hanya menyokong saluran 80 MHz dan sehingga 3 strim ruang, memberikan kelajuan sehingga 1300 Mbps pada lapisan fizikal. Gelombang produk kedua (802.11ac Wave 2) dikeluarkan pada tahun 2015 dan menyokong lebih banyak ikatan saluran, lebih banyak strim ruang dan MU-MIMO. MUMIMO merupakan kemajuan besar berbanding 802.11ac—sementara MIMO mengarahkan berbilang strim kepada seorang pengguna, MU-MIMO boleh mengarahkan strim ruang kepada berbilang klien secara serentak, meningkatkan kecekapan rangkaian. Selain itu, 802.11ac menggunakan teknologi yang dipanggil beamforming; dengan beamforming, antena pada asasnya memancarkan isyarat radio ke peranti tertentu. Penghala 802.11ac serasi ke belakang dengan 802.11b, 11g, 11a dan 11n, yang bermaksud bahawa semua klien legasi akan berfungsi dengan betul dengan penghala 802.11ac[4].

>>Wi-Fi 6 或 802.11ax standard

802.11ax ialah generasi keenam Wi-Fi yang dibina berdasarkan kekuatan 802.11ac untuk memberikan kapasiti dan kebolehpercayaan tanpa wayar yang lebih besar. 802.11ax mencapai kelebihan ini dengan menggunakan modulasi yang lebih padat (1024 QAM, OFDMA), mengurangkan jarak subpembawa (78.125 kHz), dan berdasarkan peruntukan sumber yang dijadualkan. Tidak seperti 802.11ac, 802.11ax ialah teknologi dwi-jalur 2.4 dan 5 GHz dan direka bentuk untuk keserasian maksimum agar dapat wujud bersama dengan klien 802.11a/g/n/ac dengan cekap. 802.11ax menggunakan OFDMA, yang membolehkan unit sumber (RU) membahagikan lebar jalur berdasarkan keperluan klien dan memberikan pengalaman yang sama kepada berbilang pengguna pada kelajuan yang lebih pantas. Pada mana-mana titik tertentu pada pembawa dalam setiap unit data protokol PLCP (PPDU) dalam 802.11ac, saluran Wi-Fi dipecahkan kepada set sub-saluran OFDM yang lebih kecil. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh OFDMA (802.11ax), setiap kumpulan subpembawa diperuntukkan kepada klien sebagai unit sumber berdasarkan setiap PPDU (Rajah 2).

图 2 Perbandingan peruntukan sumber OFDM dan OFDMA

Dalam pendekatan CSMA/CA bagi piawaian awal 802.11, klien tanpa wayar mula-mula mengesan saluran dan menghantar hanya apabila ia mengesan saluran tersebut terbiar, justeru cuba mengelakkan perlanggaran. Walaupun kaedah penilaian dan mengelakkan konflik yang jelas ini berguna, ia menjadi tidak cekap apabila bilangan klien bertambah banyak. Protokol 802.11ax menyelesaikan masalah ini melalui OFDMA dan peruntukan sumber berasaskan penjadualan [5]. Titik akses 802.11ax menentukan bila peranti beroperasi, jadi ia mengendalikan klien dengan lebih cekap. Penjadualan sumber juga boleh mengurangkan penggunaan kuasa dengan ketara semasa waktu tidur, justeru meningkatkan hayat bateri klien. Jadual 4 menyenaraikan perbezaan antara protokol 802.11ac dan 802.11ax. Portfolio produk 802.11ax Qorvo yang luas termasuk penapis 2.4 GHz dan 5 GHz (FEM) dan gelombang akustik pukal (BAW). FEM cekap tenaga portfolio melegakan beban haba yang berkaitan dengan sokongan MIMO dalam peranti Wi-Fi, membolehkan pengeluar mengurangkan saiz dan kos produk. Penapis BAW edgeBoostTM (pinggir jalur) dan coexBoostTM (kewujudan bersama) Qorvo meningkatkan kualiti perkhidmatan Wi-Fi dan mencegah gangguan pada frekuensi LTE bersebelahan.

Jadual 4802.11ac vs. 802.11ax

Artikel ini berasal dari "Qorvo", jika terdapat sebarang pelanggaran atau isu lain, sila hubungi kami untuk memadamkannya.Sokong perlindungan hak harta intelek, sila nyatakan sumber asal dan pengarang semasa mencetak semula.