33

Standardy WiFi 4/5/6, czyli 802.11n/ac/ax – co to znaczy, czym się różni?

Sieć bezprzewodowa, czyli popularne WiFi to forma komunikacji, która towarzyszy nam już od dobrych kilkunastu lat. Wraz z popularyzacją smartfonów, stała się praktycznie niezbędna w każdym domu, bo o ile komputer czy telewizor można jeszcze podłączyć kablem, to smartfona byłoby już ciężko. Na przestrzeni ostatnich 10 lat sporo się zmieniło i dzisiaj postanowiłem zrobić małe podsumowanie tych zmian.

WiFi 4/5/6, czyli co oznaczają symbole 802.11a/ac/ax

Tak naprawdę sensowne prędkości przesyłu danych dla domowego użytkownika wprowadził dopiero standard 802.11n, który według nowej nomenklatury nazywamy WiFi 4. Teoretycznie możliwa była prędkość nawet rzędu 600 Mbps, ale w większości przypadków korzystaliśmy z jednego kanału 40 MHz, który dawał bardzo przyzwoite 150 Mbps. To wtedy pod strzechy trafiła też częstotliwości 5 GHz, wcześniej raczej nie była spotykana w domowych rozwiązaniach. Pomimo upływu ponad 10 lat, 5 GHz nadal jest znacznie mniej popularne niż 2.4 GHz, dzięki czemu całkiem nieźle się spisuje w miejscach o dużym zagęszczeniu sieci WiFi, czyli np. w mieszkaniach w bloku.

4 lata później zadebiutował standard 802.11ac, który de facto jest tylko ewolucją poprzedniego w zakresie częstotliwości 5 GHz. Zakres 2.4 GHz jest na tyle mały, że stosowanie większych szerokości kanałów jest praktycznie niemożliwe, a bez tego trudno było o większą przepustowość, dlatego WiFi Alliance skupiło się na 5 GHz. Ostatnio standard ten przemianowany został na WiFi 5. W jego ramach wprowadzono możliwość łączenia większej liczby kanałów, nawet do szerokości 160 MHz, co w połączeniu z efektywniejszą modulacją daje znacznie większą przepustowość. Już nawet pojedynczy kanał o szerokości 80 MHz pozwala na osiągnięcie przepustowości 433 Mbps, co jest w większości zastosowań wartością wystarczającą. W optymalnych warunkach i przy wykorzystaniu kilku anten, teoretycznie można osiągnąć ponad 6 Gbps, ale w praktyce trudno o takie urządzenia.

W zeszłym roku sfinalizowano natomiast specyfikację standardu 802.11ax, który reklamowany jest teraz jako WiFi 6. Tym razem zmiany objęły zarówno częstotliwości 2.4 GHz jak i 5 GHz, a niedługo do tego miksu dodane zostaną zakresy 1 GHz i 6 GHz. Będzie to bardziej rozwinięta wersja tego standardu oznaczona jako WiFi 6E. Dzięki wielu usprawnieniom teoretycznie już nawet korzystając z kanału 20 MHz można osiągnąć przepustowość rzędu 143 Mbps. Przy 80 MHz, które raczej nie stanowią problemu w zakresie 5 GHz, bez problemu osiągniemy nawet 600 Mbps. Jednak większa przepustowość to nie jedyne zalety nowego standardu.

802.11n (Wi-Fi 4) 802.11ac (Wi-Fi 5) 802.11ax (Wi-Fi 6)
Premiera 2009 2013 2019
Częstotliwości 2.4 GHz & 5 GHz 5 GHz 2.4 GHz & 5 GHz, (możliwe 1 GHz i 6 GHz)
Szerokość kanałów 20 MHz, 40 MHz 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, 160 MHz 20 MHz/40 MHz @ 2.4 GHz, 80 MHz, 80+80 MHz & 160 MHz @ 5 GHz
Modulacja 64-QAM 256-QAM 1024-QAM
Przepustowość Od 54 Mbps do 600Mbps (max 4 strumienie) 433 Mbps (80MHz, 1 strumień) – 6933Mb/s (160MHz, 8 strumieni) 600Mb/s (80MHz, 1 strumień) do 9607.8Mb/s (160MHz, 8 strumieni)

Nowe oznaczenia standardów WiFi

OFDMA, MU-MIMO, Beamforming itp.

WiFi 6 wykorzystuje technologie, które są używane np. przez operatorów sieci GSM w standardzie LTE. Mowa tu chociażby o OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), które pozwala znacznie skuteczniej podzielić pasmo aby obsłużyć większą liczbę użytkowników. Wcześniej urządzenia działające na tym samym kanale ciągle sobie przeszkadzały, a dzięki wykorzystaniu OFDMA mogą skuteczniej podzielić się dostępną przepustowością zapewniając lepszą jakość usług wszystkim podłączonym klientom.

WiFi 6 usprawnia także obsługę technologii MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output), czyli możliwości komunikacji z routerem na kilku kanałach jednocześnie. Dzisiaj już raczej powszechne są urządzenia, które posiadają więcej niż 1 antenę WiFi, dzięki temu mogą operować np. na dwóch kanałach 80 MHz jednocześnie efektywnie podwajając przepustowość. W WiFi 5 mieliśmy ograniczenie do 4 strumieni przy pobieraniu i 1 przy wysyłaniu. W WiFi 6 mamy już teoretycznie nawet 8 jednoczesnych strumieni i to zarówno dla pobierania jak i wysyłania danych. W praktyce jest to znacznie bardziej elastyczne rozwiązanie.

Beamforming pojawił się już w WiFi 5, ale w najnowszym standardzie został jeszcze bardziej rozwinięty, między innymi dzięki zmianom w konfiguracji MU-MIMO. Jest to nic innego jak kierowanie wiązki promieniowania w konkretnym kierunku. Pozwala to na poprawienie jakości sygnału, szczególnie dla urządzeń, które nie zmieniają swojego położenia (np. konsole, telewizory czy komputery).

Samych technologii wspierających standard WiFi 6 jest jednak znacznie więcej. Nie będziemy się dzisiaj zagłębiać w ich techniczne meandry, ale warto mieć na uwadze, że zmiany wprowadzone w najnowszych standardzie idą znacznie dalej niż tylko zwiększenie przepustowości. A gdy do pakietu dołączą jeszcze częstotliwości 1 GHz (dla urządzeń IoT, które potrzebują małej przepustowości, ale dużego zasięgu) oraz 6 GHz (dla jeszcze szerszych kanałów i szybszego transferu), to dopiero wtedy uzyskamy pełne możliwości sieci bezprzewodowej, która w wielu przypadkach będzie mogła już z powodzeniem wyprzeć z domu wszelkie kable.