Wi-Fi teknolojisinin evrimi

Standart, 802.11n, 802.11ac ve 802.11ax (Wi-Fi 6) gibi yeni protokollerin tanıtılmasıyla son 20 yılda gelişmeye devam etti.Yeni standart, 64 QAM, 256 QAM ve 1024 QAM gibi daha yüksek dereceli modülasyon şemalarını desteklemektedir. Bu yeni standartlar, tek bir istemciye veya birden fazla istemciye aynı anda birden fazla veri akışının iletilmesini destekler; en yüksek veri hızlarını artırmanın yanı sıra, bir sistemin mevcut spektrumu ne kadar iyi kullandığını karakterize eden spektral verimliliği artırmak için de çaba sarf edilmektedir. Ağ verimliliğini ve ağ kapasitesini iyileştirmek için, çok kullanıcılı çoklu giriş çoklu çıkış (MU-MIMO) ve ortogonal frekans bölmeli çoklu erişim (OFDMA) gibi çok kullanıcılı teknolojiler tanıtılmıştır. Wi-Fi (802.11) standardı yayınlanıp uygulandıktan sonra, pazar açıldıkça ve yeni teknolojiler ortaya çıktıkça dünya değişmeye başladı. Her yeni standart, hız ve güvenilirlikteki iyileştirmelerle bir öncekinin üzerine inşa edilmiştir.

Wi-Fi standartları

Yeni bir kablosuz ağ cihazı veya mobil cihaz satın almak istiyorsanız, birçok seçenek ve kısaltma karşısında bunalabilirsiniz. Wi-Fi'nin 1997'de tüketicilere ilk kez sunulmasından bu yana, standartları sürekli olarak gelişmiş ve genellikle daha yüksek hızlar ve daha yüksek ağ/spektrum verimliliği ile sonuçlanmıştır. Orijinal 802.11 standardına daha fazla özellik eklendikçe, ilgili ek standartlar (802.11b, 802.11g, vb.) da bilinmeye başlandı. Tablo 1, farklı standartları ve bu standartlara göre elde edilebilecek maksimum teorik veri hızlarını listelemektedir. Tipik hızlar, mesafeye bağlı sinyal zayıflaması, modülasyon hızı ve ileri hata düzeltme kodlaması, bant genişliği, MIMO çarpanları, koruma aralıkları ve tipik hata oranları dahil olmak üzere çeşitli faktörler nedeniyle teorik değerlerden daha düşük olacaktır. 802.11 ailesi, aynı temel protokolü kullanan bir dizi yarı çift yönlü havadan modülasyon teknolojisinden oluşmaktadır. Bu makalede, her bir Wi-Fi standardının temellerini ele alacağız.

Tablo 1Wi-Fi Geçmişi

>> 802.11-1997 standard

Kablosuz iletişim ailesinin ilk standardı olan 802.11-1997, 1997 yılında piyasaya sürüldü ancak artık geçerliliğini yitirdi. Bu standart, çarpışma önleme özelliğine sahip Taşıyıcı Algılama Çoklu Erişim Protokolü (CSMA/CA) yerel alan ağlarında (LAN) havadan veri iletişim ekipmanları için protokolleri ve uyumlu bağlantıları tanımlar. Protokol, 1 Mbps hızında çalışan kızılötesi, 1 Mbps ve isteğe bağlı 2 Mbps veri hızlarını destekleyen frekans atlamalı yayılı spektrum (FHSS) ve ayrıca 1/2 Mbps veri hızlarını destekleyen doğrudan sıralı yayılı spektrum (DSSS) dahil olmak üzere üç fiziksel katman teknolojisini destekler. Protokol, birlikte çalışabilirlik sorunları, maliyet ve yeterli verim eksikliği nedeniyle yaygın olarak kabul görmedi.

>> 802.11b standard

802.11b ürünleri 1999 yılının ortalarında piyasaya sürüldü. Maksimum teorik veri hızı 11 Mbps'dir ve orijinal standartta tanımlanan CSMA/CA ortam erişimini kullanır. 802.11b'nin veri aktarım hızındaki önemli iyileşmeler ve fiyatlardaki belirgin düşüşler, 802.11b'nin kablosuz bir teknoloji olarak yaygın kabul görmesine yol açmıştır. 802.11b, 2.4~2.5 GHz ISM lisanssız frekans bandını kullanır, DSSS'nin doğrudan bir uzantısıdır ve modülasyon teknolojisi olarak tamamlayıcı kod anahtarlama (CCK) kullanır. 802.11b, bir erişim noktasının erişim noktasının menzili içindeki mobil istemcilerle iletişim kurduğu noktadan çok noktaya yapılandırmalarda kullanılır.

Bu aralık, RF ortamına, çıkış gücüne ve alıcı hassasiyetine bağlıdır. 802.11b, 22 MHz kanal bant genişliğine sahiptir ve 11 Mbps hızında çalışabilir, ancak hatalardan kaynaklanan tekrarlama oranlarını azaltmak için 5.5 Mbps, 2 Mbps ve 1 Mbps'ye (uyarlanabilir hız seçimi) düşer [1]. 802.11b standardı, diğer kablosuz standartlarla aynı frekans bant genişliğini paylaşır. Bu nedenle, evdeki mikrodalga fırınlar, Bluetooth cihazları ve kablosuz telefonlar gibi kablosuz cihazlar Wi-Fi'ye parazit oluşturabilir.

>> 802.11a standard

802.11a, orijinal standartla aynı temel protokolü kullanır, 5 GHz'de çalışır, 52 alt taşıyıcılı Dik Frekans Bölmeli Çoklama (OFDM) kullanır ve maksimum teorik veri hızı 54 Mbps'dir, bu da pratikte 20 Mbps'lik bir verimle sonuçlanır. Desteklediği diğer veri hızları arasında 6, 9, 12, 18, 24, 36 ve 48 Mbps bulunur. 802.11a ve 802.11b, farklı lisanssız ISM bantlarında çalıştıkları için birbirleriyle uyumlu çalışmazlar. 2.4 GHz bandı giderek daha kalabalık hale geldikçe, 5 GHz bandı 802.11a'ya önemli avantajlar ekler, ancak yüksek taşıyıcı frekansı nedeniyle genel etkili menzil 802.11b/g'den daha küçüktür.

802.11a ürünleri başlangıçta maliyet faktörleri, düşük kapsama alanı ve 802.11b ile uyumsuzluk nedeniyle yaygın olarak kabul görmedi. 52 OFDM alt taşıyıcısından 48'i veri için, 4'ü ise pilot alt taşıyıcı olarak kullanılır ve taşıyıcı aralığı 312.5 kHz'dir. Bu alt taşıyıcıların her biri BPSK, QPSK, 16 QAM veya 64 QAM olabilir. Kanal bant genişliği 20 MHz, işgal edilen bant genişliği 16.6 MHz; sembol süresi 0.8 mikrosaniyelik koruma aralığı dahil 4 mikrosaniyedir. OFDM'nin avantajları arasında alımda çoklu yol etkilerinin azaltılması ve spektral verimliliğin iyileştirilmesi yer almaktadır [2]. Tablo 2, 11a tarafından desteklenen farklı modülasyonları ve ilgili teorik veri hızlarını listelemektedir.

Tablo 220 MHz kanal aralığı ile 802.11a modülasyon hızı ve veri hızı.

>> 802.11g standard

802.11g, 2003 yazında kullanıma sunuldu. 802.11a ile aynı OFDM teknolojisini kullanır ve 802.11a gibi teorik olarak maksimum 54 Mbps hızı destekler; ancak 802.11b gibi, yoğun kullanılan 2.4 GHz frekansında çalışır ve bu nedenle parazitlere ve diğer faktörlere karşı hassastır. 802.11g, 802.11b ile geriye dönük uyumludur (yani, 802.11b cihazları 802.11g erişim noktalarına bağlanabilir). 802.11g, 802.11a ve 802.11b/g kullanan çift bantlı veya çift modlu erişim noktalarıyla uyumludur.

>> 802.11n standard

802.11n'nin tanıtılması, Wi-Fi'ı daha hızlı ve daha güvenilir hale getirdi; bu gelişme, fiziksel katmana (PHY) MIMO ve 40 MHz kanalların ve MAC katmanına çerçeve birleştirmenin eklenmesiyle elde edildi. MIMO, çoklu yol yayılımından yararlanmak için birden fazla iletim ve alım anteni kullanarak kablosuz bağlantının kapasitesini ikiye katlama yöntemidir. Bu antenlerin uzamsal olarak ayrılması gerekir, böylece her iletim anteninden her alım antenine gelen sinyallerin farklı uzamsal özelliklere sahip olması sağlanır ve bu akışlar alıcıda paralel bağımsız kanallara ayrılabilir.

40 MHz bant genişliğinde çalışan kanallar, genişlikleri iki katına çıkarılarak tek bir 20 MHz kanalda iki kat daha yüksek PHY veri hızı elde edebilir. 802.11n taslağı, maksimum teorik verim 600 Mbps olan 4 adede kadar uzamsal akışa izin vermektedir.

20 MHz'lik kanal, 52'si veri ve 4'ü pilot olmak üzere 56 OFDM alt taşıyıcısına sahiptir ve taşıyıcı aralığı 312.5 kHz'dir. Bu alt taşıyıcıların her biri BPSK, QPSK, 16 QAM veya 64 QAM olabilir. Toplam sembol süresi, sırasıyla 0.4 veya 0.8 mikrosaniyelik koruma aralığı dahil olmak üzere 3.6 veya 4 mikrosaniyedir. Tablo 3, tek bir veri akışı için farklı modülasyon ve kodlama şemalarını listeler (birden fazla veri akışı için veri hızı, akış sayısının katıdır). 802.11n, birden fazla MAC Servis Veri Birimi (MSDU) veya MAC Protokol Veri Birimi (MPDU)'nun bir araya getirilerek ek yükün azaltıldığı ve kullanıcı düzeyindeki veri hızlarını artırmak için birden fazla çerçeve üzerinde ortalamasının alındığı çerçeve birleştirmeyi destekler. Ayrıca, 802.11n, 802.11g, 11b ve 11a ile geriye dönük uyumludur[3]. Qorvo, güç amplifikatörleri, düşük gürültülü amplifikatörler, anahtarlar ve entegre ön uç modülleri (FEM'ler) dahil olmak üzere 802.11n bileşenlerinin önde gelen tedarikçilerinden biridir.

Tablo 3802.11n Modülasyonu ve Tek Bir Veri Akışı için Veri Hızı

>> 802.11ac standard

802.11ac, 802.11n konseptini daha geniş bant genişliği (160 MHz'e kadar), daha fazla MIMO uzamsal akışı (8'e kadar), aşağı bağlantı çok kullanıcılı MIMO (4 istemciye kadar) ve yüksek yoğunluklu modülasyon (256 QAM'e kadar) içerecek şekilde genişleterek saniyede gigabit hızında Wi-Fi hızını artırır. 802.11ac, 3/4, 5/6 kod oranlarında (MCS8/9) 256 QAM'i destekler ve bu da daha katı bir 6 dB sistem seviyesi EVM (-34 dB) gereksinimini gerektirir. Qorvo'nun 11ac bileşenleri bu EVM gereksinimlerini kolayca karşılar. 802.11ac yalnızca 5 GHz bandında çalışır, bu nedenle çift bantlı erişim noktaları ve istemciler 2.4 GHz'de 802.11n kullanmaya devam edecektir. 2013'teki ilk 802.11ac sürümleri yalnızca 80 MHz kanalları ve 3'e kadar uzamsal akışı destekleyerek fiziksel katmanda 1300 Mbps'ye kadar hızlar sunuyordu. İkinci ürün dalgası (802.11ac Wave 2) 2015'te piyasaya sürüldü ve daha fazla kanal birleştirme, daha fazla uzamsal akış ve MU-MIMO'yu destekliyor. MU-MIMO, 802.11ac'ye göre önemli bir gelişmedir; MIMO birden fazla akışı tek bir kullanıcıya yönlendirirken, MU-MIMO uzamsal akışları aynı anda birden fazla istemciye yönlendirebilir ve ağ verimliliğini artırabilir. Ek olarak, 802.11ac ışın biçimlendirme adı verilen bir teknoloji kullanır; ışın biçimlendirme ile bir anten temelde bir radyo sinyalini belirli bir cihaza yönlendirir. 802.11ac yönlendiriciler, 802.11b, 11g, 11a ve 11n ile geriye dönük uyumludur; bu da tüm eski istemcilerin 802.11ac yönlendiricilerle doğru şekilde çalışacağı anlamına gelir[4].

>>Wi-Fi 6 或 802.11ax standardı

802.11ax, 802.11ac'nin güçlü yönlerini temel alarak daha yüksek kablosuz kapasite ve güvenilirlik sunan altıncı nesil Wi-Fi'dır. 802.11ax, daha yoğun modülasyon (1024 QAM, OFDMA) uygulayarak, alt taşıyıcı aralığını (78.125 kHz) azaltarak ve planlanmış kaynak tahsisine dayanarak bu avantajları elde eder. 802.11ac'den farklı olarak, 802.11ax 2.4 ve 5 GHz çift bantlı bir teknolojidir ve 802.11a/g/n/ac istemcileriyle verimli bir şekilde birlikte çalışmak üzere maksimum uyumluluk için tasarlanmıştır. 802.11ax, kaynak birimlerinin (RU) bant genişliğini istemci ihtiyaçlarına göre bölmesine ve aynı deneyimi birden fazla kullanıcıya daha yüksek hızlarda sunmasına olanak tanıyan OFDMA kullanır. 802.11ac'deki her PLCP protokol veri biriminde (PPDU) taşıyıcının herhangi bir noktasında, Wi-Fi kanalı daha küçük bir OFDM alt kanal kümesine bölünür. Ancak OFDMA (802.11ax) nedeniyle, her alt taşıyıcı grubu, PPDU başına bir kaynak birimi olarak istemciye tahsis edilir (Şekil 2).

图 2 OFDM ve OFDMA kaynak tahsisi karşılaştırması

802.11 standardının ilk dönemlerindeki CSMA/CA yaklaşımında, kablosuz istemci önce kanalı algılıyor ve yalnızca kanalın boş olduğunu algıladığında iletim yaparak çarpışmaları önlemeye çalışıyordu. Çatışmaları değerlendirme ve önleme konusunda bu net yöntem faydalı olsa da, istemci sayısı çok fazla olduğunda verimsiz hale gelir. 802.11ax protokolü, OFDMA ve zamanlama tabanlı kaynak tahsisi [5] yoluyla bu sorunu çözer. 802.11ax erişim noktaları, cihazın ne zaman çalışacağını belirler, böylece istemcileri daha verimli bir şekilde yönetir. Kaynak zamanlaması ayrıca uyku zamanlarında güç tüketimini önemli ölçüde azaltarak istemci pil ömrünü iyileştirebilir. Tablo 4, 802.11ac ve 802.11ax protokolleri arasındaki farkları listeler. Qorvo'nun geniş 802.11ax ürün portföyü, 2.4 GHz ve 5 GHz (FEM) ve toplu akustik dalga (BAW) filtrelerini içerir. Portföyün enerji tasarruflu FEM teknolojisi, Wi-Fi cihazlarında MIMO desteğiyle ilişkili termal yükü azaltarak üreticilerin ürün boyutunu ve maliyetini düşürmesine olanak tanır. Qorvo'nun edgeBoost™ (bant kenarı) ve coexBoost™ (birlikte var olma) BAW filtreleri, Wi-Fi hizmet kalitesini iyileştirir ve bitişik LTE frekanslarına müdahale edilmesini önler.

Tablo 4802.11ac vs. 802.11ax

Bu makale şuradan alınmıştır: "QorvoHerhangi bir telif hakkı ihlali veya başka bir sorun varsa, lütfen silmek için bizimle iletişime geçin.Fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyin, yeniden basım yaparken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin.