Nowy standard Wi-Fi 802.11ax - więcej niż 10 Gb/s

Na rynku rozwiązań Wi-Fi nastąpiło znaczne ożywienie. Standard 802.11n ustępuje stopniowo miejsca rozwiązaniom 802.11ac Wave1, a w 2015 roku powinny pojawić się urządzenia 802.11ac Wave2. Technologia w nieodległej przyszłości pozwoli osiągnąć prędkość nawet 7 Gb/s, ale to nie koniec. Opracowywana jest specyfikacja standardu 802.11ax, która umożliwi osiągnięcie prędkości przekraczających 10 Gb/s.

W marcu 2014 roku grupa IEEE HEW SG (High Efficiency WLAN Study Group) rozpoczęła oficjalne prace nad projektem IEEE 802.11ax. Specyfikacja pojawi się prawdopodobnie w czerwcu 2018 roku, a standard zatwierdzony zostanie około marca 2019 roku. Uzupełnienie nowych rozwiązań mają stanowić specyfikacje 802.11ad oraz 802.11ah.

W ramach grupy reprezentowane są m.in. Huawei Technologies, Qualcomm, Broadcom, NTT, Intel, ZTE, Marvell, Mediatek, LG Electronics, Newracom, Quantenna, Nokia, Ericsson, BellAir Networks, Orange, Apple. Proces ewolucji Wi-Fi trwa w najlepsze, co widać choćby po coraz dużym zamieszaniu w dostawianiu kolejnych liter do oznaczeń standardów rodziny 802.11. Wystarczy wymienić inne przyszłe standardy bezprzewodowe: IEEE 802.11ai-2016, IEEE 802.11aq-2016 and IEEE 802.11ak-2017.

Zobacz również:

Wszystko zaczyna się od 802.11ac

Opisując nowości specyfikacji 802.1ax najłatwiej nawiązać do technologii wprowadzonych w 802.11ac i wcześniejszych. Ewolucja standardów bezprzewodowych 802.11 jest bardzo przejrzysta, a nowe mechanizmy bezprzewodowe są często udoskonaleniem już istniejących.

W standardzie 802.11n wprowadzono technologię SU-MIMO (single-user multiple input / multiple output). Technologia wykorzystywała wiele strumieni MIMO, w celu realizacji transmisji do jednego klienta. W przypadku 802.11n trzy strumienie dostarczały prędkość na poziomie 150 Mb/s każdy, łącznie 450 Mb/s dla trzech strumieni. W standardzie 802.11n stosowana była technologia modulacji 64 QAM. Rozwiązanie MIMO zostało przeniesione do specyfikacji 802.11ac, która wprowadziła dodatkowo zaawansowane techniki modulacji w postaci 256 QAM. Umożliwiło to dostarczenie łącza o fizycznej maksymalnej prędkości 433 Mb/s, w ramach jednego strumienia. Wartości dotyczą rozwiązań fazy pierwszej 802.11 Wave1. Urządzenia 802.11ac Wave1 potrafią wspierać do trzech strumieni jednocześnie, więc maksymalna prędkość danych wynosi około 1,3 Gb/s. Rozwiązania fazy drugiej 802.11ac Wave2 pojawią się na rynku w 2015 roku. Wykorzystując większą szerokość kanałów na częstotliwości 5GHz oraz nową technikę MU-MIMO, wydajność każdego strumienia zostanie maksymalnie zwiększona. Wsparcie dla MU-MIMO (multiuser multiple input / multiple output) będzie realizowane w kierunku do klienta Downlink. Technologia DL MU-MIMO pozwoli wysyłać wiele strumieni do wielu klientów jednocześnie. Faza druga 802.11ac powinna wspierać nawet do ośmiu strumieni MIMO (zgodnie z aktualnymi założeniami specyfikacji cztery strumienie). Wykorzystanie kombinacji tych technologii, pozwoli dostarczyć maksymalną prędkość łącza bezprzewodowego na poziomie 7-10 Gb/s.

Jeżeli przeprowadzamy transmisję na częstotliwościach, które nakładają się na siebie, pojawią się interferencje. W celu zapobiegania interferencjom 802.11ac definiuje możliwość pracy na nienakładających się kanałach z zakresu częstotliwości . Upraszcza to jednocześnie architekturę urządzeń radiowych. Kanał 80 MHz powstaje z połączenia kanałów 40 MHz. Kanał 160 MHz powstaje z połączenia kanałów 80 MHz. Kanały 80/160 MHz pojawiły się pierwotnie w 802.11ac i będą także użyte w implementacjach 802.11ax. W wcześniejszych standardach wykorzystywane były kanały 20/40 MHz. Zakładając dostępne zakresy częstotliwości w większości państw dostępne są cztery nienakładające się kanały 80 MHz oraz dwa nienakładające się kanały 160 MHz. W fazie drugiej 802.11ac Wave2 będzie istniała możliwość łączenia kanałów (bonding) do łącznej szerokości 160 MHz. W fazie pierwszej także jest możliwe łączenie kanałów 5GHz, ale do maksymalnej szerokości 80 MHz. Zazwyczaj stosowane jest łączenia kanałów ciągłych, czyli częstotliwości sąsiadujących ze sobą. Warto wspomnieć o teoretycznej możliwości łączenia kanałów nieciągłych, czyli zakresów pasma nie sąsiadującego ze sobą – przykładowo 80 MHz + 80 MHz, czy 40 MHz + 40 MHz.

Zaawansowane technologie 802.11ax

Nowa specyfikacja 802.11ax jest bardzo bliska 802.11ac Wave2, ale zawiera pewne elementy rewolucyjne z punktu widzenia Wi-Fi. Podobnie jak 802.11ac specyfikacja 802.11ax będzie wykorzystywała wyłącznie częstotliwość 5GHz z szerokością kanału 80MHz lub 160MHz. Podobnie jak w 802.11ac Wave2 wykorzystywanych będzie maksymalnie osiem strumieni MIMO, każdy strumień wysyłany przy wykorzystaniu techniki OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Specyfikacja 802.11ac zakłada wykorzystywanie technologii Downlink MU-MIMO w kierunku DL (Downlink) do klienta. W przypadku 802.11ax wspierana będzie także technologia Uplink MU-MIMO w kierunku UL (Uplink) od klienta. Dodatkowo wprowadzone zostaną mechanizmy dynamicznego łączenia kanałów do szerokości 80 MHz i 160MHz w zakresie częstotliwości 5 GHz. Grupa robocza 802.11ax rozwinęła większą ilość zaawansowanych technologii bezprzewodowych, wśród których warto wymienić także STR (Simultaneous Transmit/Receive), DSC (Dynamic Sensivity Control), HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) oraz dynamiczne CCA (Clear Channel Assessment).

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Mulitple Access) jest dobrze znaną techniką. OFDMA dzieli każdy wykorzystywany kanał radiowy na dziesiątki lub setki mniejszych subkanałów. Każdy subkanał pracuje na innych zasobach częstotliwości. Użycie OFDMA powoduje zwiększenie efektywności widmowej nawet 10 krotnie. W przypadku DL OFDMA (Downlink OFDMA) różne subkanały mogą zostać wykorzystane dla różnych klientów. Nie ma potrzeby uzyskania informacji o stanie kanału. Punkt dostępowy wskazuje różnym klientom na jakim subkanale mogą oczekiwać na dane. Następnie wysyłane są dane z różnymi identyfikatorami nagłówka, na różnych subkanałach o szerokości 20 MHz. Każdy subkanał użytkownika jest skonstruowany z połączonych subkanałów o szerokości 20 MHz, w celu zapewnienia wstecznej zgodności. W przypadku UL OFDMA (Uplink OFDMA) energia klientów jest koncentrowana w jak najmniej zaszumionym pasmie. UP OFDA znacząco komplikuje budowę w szczególności punktu dostępowego, ponieważ klienci wysyłają dane w różnym czasie, na różnych częstotliwościach, z różnym przesunięciem czasowym, a także z różną mocą. Efektywność jest jednak znacząco zwiększona.

W 802.11ac wykorzystywane jest DL MU-MIMO, umożliwiające jednoczesną transmisję strumieni danych do wielu urządzeń klientów. Wyobraźmy sobie, że do punktu dostępowego przyłączonych jest 3 klientów. Pierwszy to telefon, który jest wyposażony w jedną antenę. Drugi to tablet z dwiema antenami, natomiast trzeci to komputer przenośny z 3 antenami. Punkt dostępowy MU-MIMO będzie potrafił wysyłać jeden strumień danych do telefonu, dwa strumienie danych do tabletu oraz trzy strumienie danych do komputera przenośnego. Zaletą tego rozwiązania jest brak degradacji pojemności sieci przez urządzenia o ograniczonych zasobach (przykładowo wykorzystujące tylko jedną antenę). Wykorzystując taką technikę punkt dostępowy powinien mieć więcej anten, niż całkowita liczba wysyłanych strumieni. Wymagana będzie także informacja o stanie kanału od każdego klienta uczestniczącego w transmisji.

STR jest innowacją w której urządzenia mogą wysyłać i nadawać na tym samym kanale w tym samym czasie, potencjalnie dublując przepustowość. Dynamiczne CCA jest komponentem nowej specyfikacji, który wykrywa inne sygnały 802.11 i zapewnia poprawną transmisję. We wcześniejszych systemach wykorzystywany był statyczny system CCA, który umożliwiał zminimalizowanie ilości kolizji oraz minimalizację wykorzystania RTS/CTS w przypadku długich połączeń bezprzewodowych. W niektórych sytuacjach statyczny próg wyzwalania mechanizmu CCA był nieefektywny. W przypadku 802.11ax stosowane jest dynamiczne CCA, który to parametr może dynamicznie zmieniać się w zależności od warunków.


TOP 200