Базовые положения стандарта Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac)
В этой статье мы представим краткое описание этого стандарта, остановимся на ключевых изменениях и возможностях, по сравнению с предыдущим стандартом Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n).
Финальная версия спецификации IEEE 802.11ac была принята в январе 2014 года. Каковы же преимущества и основные возможности 802.11ac?
Работа беспроводного трафика происходит в диапазоне частот 5 ГГц;
Увеличение скорости и производительности беспроводной сети передачи данных (стандарт 802.11ac иногда называют VHT — Very High Throughput; очень высокая пропускная способность);
Увеличение ширины каналов;
Увеличение числа пространственных потоков;
Использование новой и более эффективной модуляции сигнала;
Использование технологии многопользовательского MIMO (Multi-User MIMO);
Поддержка технологии формирования направленного сигнала Beamforming.
Использование диапазона частот 5 ГГц
Стандарт беспроводных сетей 802.11ac802.11ac использует только диапазон частот 5 ГГц (стандарт 802.11n802.11n работает в диапазонах 2,4 и 5 ГГц).
Ввиду большого количества устройств, работающих в диапазоне 2,4 ГГц, сигнал в диапазоне 5 ГГц меньше подвержен различным помехам. Использование диапазона 5 ГГц обеспечивает более свободный радиоэфир, что приводит к повышению стабильности и скорости соединения.
Значительное увеличение скорости передачи данных
Гигабитные скорости на Wi-Fi! Раньше об этом можно было только мечтать, но похоже мечты становятся реальностью.
Стандарт 802.11ac заявляет о максимальной теоретической скорости подключения до 7 Гбит/с.
Устройств, с поддержкой такой скорости, пока нет (теоретически это должна быть точка доступа или маршрутизатор с восемью антеннами), но в свободной продаже уже сейчас можно встретить устройства со скоростью передачи данных до 1,3 Гбит/с.
Добиться существенного увеличения скорости передачи данных удалось за счет увеличения ширины канала до 80 МГц, увеличения числа пространственных потоков и поддержки новой модуляции 256-QAM.
Ширина канала была увеличена до 80 МГц
В соответствии со стандартом 802.11ac ширина беспроводного канала для передачи сигнала была увеличена до 80 МГц (опционально* расширение ширины канала возможно до 160 МГц).
Двукратное увеличение ширины канала (в сравнении со стандартом 802.11n, который использует ширину канала до 40 МГц) приводит к повышению скорости передачи данных и улучшению пропускной способности.
Увеличено число пространственных потоков
Предыдущий стандарт 802.11n предусматривает возможность использования до 4 пространственных потоков, а в 802.11ac их количество было увеличено до 8 (опционально*).
Когда одновременно с разных антенн происходит передача радиосигнала, во избежание коллизий передача должна осуществляться через раздельные пространственные потоки (Spatial Streams).
Технология MIMO (Multiple-Input Multiple-Output, "Несколько входов, несколько выходов") обеспечивает одновременный прием/передачу нескольких потоков данных через несколько антенн. Чем больше пространственных потоков, тем больше требуется антенн для их передачи и приёма. Чем больше устройство использует антенн для одновременной работы передачи/приема, тем будет выше максимальная скорость передачи данных.
Поддержка новой модуляции высокой плотности 256-QAM
Применение в стандарте 802.11ac новой и более производительной системы модуляции сигнала 256-QAM обеспечивает прирост пропускной способности в беспроводной сети.
Модуляция 256-QAM в сравнении с 64-QAM (на стандарте 802.11n) значительно (примерно до 25%) увеличивает скорость передачи данных.
Например, на стандарте 802.11ac при ширине канала 40 МГц, при использовании 1 пространственного потока и модуляции 256-QAM максимальная скорость в канале составляет 200 Мбит/с, а на стандарте 802.11n при тех же параметрах, но на модуляции 64-QAM составляет 150 Мбит/с.
Теперь, зная ширину канала, количество пространственных потоков и тип модуляции, используемый устройством, можно узнать максимально возможную теоретическую скорость передачи данных в каждом конкретном случае.
Ниже приведена таблица максимальных скоростей передачи данных (Data Rate) стандарта 802.11ac, в зависимости от различных параметров: тип модуляции (Modulation), скорость кодирования (Coding Ratio), число пространственных потоков (Spatial Stream), ширина канала (20/40/80/160-MHz).
Например, мы можем посчитать максимальную теоретическую скорость, которую может обеспечить стандарт 802.11ac.
На одном пространственном потоке, при ширине канала 160 МГц и модуляции 256-QAM максимальная теоретическая скорость составляет 867 Мбит/с. Стандарт 802.11ac опционально* поддерживает 8 пространственных потоков. Умножим 867 Мбит/с на 8, и получим значение скорости примерно 7 Гбит/с, что значительно превышает максимальную теоретическую скорость на стандарте 802.11n (она составляет 600 Мбит/с при использовании 4 пространственных потоков, каждый из которых работает на скорости 150 Мбит/с).
Поддержка технологии MU-MIMO
Технология MIMO, реализованная в стандарте 802.11n, обеспечивает одновременную работу передачи/приема данных между устройствами сети. Но в конкретный момент времени только одно устройство может получать и отправлять данные, тогда как другие ожидают своей очереди. Стандарт 802.11ас значительно улучшает эту ситуацию. В рамках стандарта была реализована технология многопользовательского MIMO — MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input, Multiple-Output).
MU-MIMO создаёт многопоточный канал передачи, при использовании которого остальные устройства не ждут своей очереди.
Устройства с поддержкой MU-MIMO могут обеспечивать одновременную передачу четырёх потоков данных (до четырёх клиентов). Это позволило реализовать более эффективное использование беспроводной сети и сократить задержки (время ожидания на обслуживание), которые возникают при значительном увеличении числа клиентов в сети.
Низкое энергопотребление
Эффективное использование электроэнергии. Чипы на стандарте 802.11ac предполагают экономное расходование энергии при передаче данных.
Поддержка технологии формирования направленного сигнала Beamforming
В стандарте 802.11ac опционально* была реализована поддержка технологии формирования направленного сигнала Beamforming (иногда её называют технологией адаптивного формирования диаграммы направленности Transmit Beamforming или Tx Beamforming).
Данная технология решает проблему падения мощности сигнала, вызванную его отражением от различных предметов и поверхностей.
Технология формирования направленного сигнала могла применяться ещё в рамках стандарта 802.11n, однако на тот момент она не была стандартизирована, и при использовании устройств различных производителей она, как правило, работала некорректно.
Технология Beamforming работает следующим образом:
Радиосигналы, принимаемые от клиентов, помогают точке доступа определить их местоположение, и эта информация используется в дальнейшем для расчета и формирования узконаправленного сигнала (в обычном режиме работы сигнал от приемника расходится равномерно во все стороны, а при Beamforming направляется в строго определенном направлении, что достигается с помощью нескольких антенн).
Применение технологии Beamforming позволяет более эффективно использовать полосу пропускания, что положительно отражается при работе с потоковой музыкой и видео, играми или приложениями, которые очень чувствительны к пропускной способности и задержкам в сети.
Также была реализована совместимость устройств с поддержкой данной технологии. Теперь, если одно устройство поддерживает Beamforming, а другое нет, они все равно смогут работать вместе, хотя раньше это было невозможно.
* — Опциональная поддержка означает, что в рамках стандарта данная возможность может применяться не во всех устройствах.
Вторая редакция стандарта 802.11ac (Wave 2)
Вторая версия стандарта IEEE 802.11ac. Возможности второй версии стандарта полноценно реализованы в моделях Keenetic Ultra (KN-1810) и Ultra SE (KN-2510). Данная ревизия базируется на предыдущей версии стандарта, но с некоторыми существенными изменениями, а именно:
Повышена производительность с
1.3 Гбит/сдо2.34 Гбит/с(реализовано в Ultra/Peak/Ultra SE);Добавлена поддержка Multi User MIMO (MU-MIMO) с возможностью четырех пространственных потоков (реализовано в Ultra/Peal/Ultra SE);
Ширина канала увеличена до
160 МГц(реализовано в Ultra, Peak, Ultra SE); используется сразу восемь стандартных каналов шириной20 МГц; данный режим в два раза больше занимает диапазон, что для некоторых устройств, поддерживающих не очень большой набор каналов, приводит к тому, что в эфире нельзя будет организовать непересекающиеся сети; каналы160 МГцв реальности актуальны для клиентов, которые имеют их поддержку, и работают в чистом радиоэфире 5 ГГц;Увеличено число каналов в диапазоне 5 ГГц.
Важно
Все упомянутые в данной статье скорости являются максимально теоретически достижимыми. Реальные максимальные скорости для стандарта 802.11ac будут ниже того, что указано на устройстве. Производительность устройства в каждом случае будет зависеть от используемого оборудования, наличия других беспроводных устройств, конфигурации помещения и прочих факторов, влияющих на работу сетей Wi-Fi. Ориентировочно, маршрутизатор с заявленной скоростью беспроводной сети до 876 Мбит/с сможет передавать информацию не быстрее 400 Мбит/с.
Примечание
Стандарт 802.11ac обратно совместим с предыдущими стандартами беспроводных сетей. В смешанных сетях (где используются устройства различных стандартов 802.11 a/b/g/n) все устройства будут работать независимо от того, какую версию стандарта они поддерживают.
Несколько слов нужно упомянуть об особенностях использования частотного диапазона 5 ГГц.
Дальность распространения сигнала (площадь покрытия) в частотном диапазоне 5 ГГц меньше, чем при использовании частотного диапазона 2,4 ГГц.
Если вы планируете перевести существующую в диапазоне 2,4 ГГц беспроводную сеть на частоту 5 ГГц без потерь в покрытии, потребуется большее число точек доступа (оборудование 802.11ac обычно размещают плотнее, чем при использовании устройств более старых стандартов).
В частотном диапазоне 5 ГГц происходит более сильное затухание сигнала электромагнитной волны в различных препятствиях. Поэтому снижение площади покрытия особенно заметно при работе в городских условиях и помещениях. Например, дверь из цельной древесины снижает уровень сигнала примерно на
6 дБв диапазоне 2,4 ГГц и на10 дБв диапазоне 5 ГГц.
Подробности в статье "Что влияет на работу беспроводных сетей Wi-Fi? Что может являться источником помех и каковы их возможные причины?"