Wi-Fi на пороге 30-летия эры беспроводных сетей. Часть 2

Продолжаем наш обзор истории Wi-Fi: если раньше мы подробно рассмотрели 802.11a и были разочарованы его низким распространением, то теперь обратим внимание на его «младшего брата» – 802.11b.

Рост популярности 802.11b

Стандарт 802.11b сразу был ориентирован на массовый рынок: диапазон 2,4 ГГц, упрощённый DSSS с добавлением комплементарного кодирования, что позволило передавать несколько бит за один символ и повысить пропускную способность.

FHSS в нём не применялся, поскольку этот метод малоэффективно использует спектр. Благодаря усовершенствованиям теоретическая скорость в лабораторных условиях достигала 11 Мбит/с, что в 1999 году полностью удовлетворяло запросы пользователей.

Логика каналов в диапазоне 2,4 ГГц

В диапазоне 2,4 ГГц выделено 13 каналов по 22 МГц (эффективная ширина 20 МГц для OFDM): соседние каналы смещены на 5 МГц, поэтому между ними имеется перекрытие в 15 МГц, и «чистыми» остаются только три частоты – 1, 6 и 11.

Ограничения лицензирования диктуют: в США разрешены каналы 1–11, в Европе – 1–13, в Японии добавлен четырнадцатый канал за границами основной группы.

Узкий нелицензируемый спектр вынуждает устройства распределяться по каналам, снижая взаимные помехи. Хотя каналы 8 и 10 пересекаются, это лучше, чем все гаджеты на одном канале.

Преимущество 802.11b и преемственность стандартов

Несмотря на высокие скорости и более чистый спектр 802.11a, именно 802.11b стал массовым решением. Основные причины:

• Диапазон 2,4 ГГц обеспечивает большую зону покрытия, чем 5 ГГц.
• DSSS с комплементарным кодированием проще и дешевле в реализации, чем OFDM.
• Скорость до 11 Мбит/с полностью удовлетворяла потребности пользователей в конце 1990-х годов.

Ветка развития 802.11a прекратилась, а 802.11b укрепил идею «безпроводного будущего». Третий стандарт – 802.11g (2003 год) – сохранил обратную совместимость с 802.11b и перенёс OFDM в диапазон 2,4 ГГц, оставив максимальную скорость 54 Мбит/с.

Исторический контекст

В 2007 году презентация первого iPhone со встроенным Wi-Fi ознаменовала начало эры смартфонов, планшетов и умных устройств с постоянным доступом в интернет, что привело к взрывному росту нагрузки на беспроводные сети.

Четвёртое поколение: MIMO и агрегация каналов

Стандарт 802.11n (2009 год) привнёс несколько ключевых новаций:

1. MIMO – использование нескольких антенн для параллельной передачи и приёма потоков данных, что повышает надёжность связи и увеличивает скорость.
2. Агрегация спектра – объединение двух соседних 20-МГц каналов в один 40-МГц звук для увеличения пропускной способности.
3. 5 ГГц вернулось в профессиональные решения, хотя массовые устройства продолжали работать в 2,4 ГГц.

При 4×4 MIMO и агрегации полосы до 40 МГц теоретическая скорость достигала 600 Мбит/с; в реальных условиях с двумя антеннами легко преодолевалась отметка 200 Мбит/с.

Пятое поколение: 802.11ac

1. Постоянная работа в диапазоне 5 ГГц (при необходимости – переход на 2,4 ГГц через 802.11n).
2. Модуляция 256-QAM для увеличения объёма передаваемых данных.
3. Агрегация каналов до 160 МГц.
4. Поддержка MU-MIMO и до 8 пространственных потоков.
5. Первые реализации BeamForming.

Максимальная теоретическая пропускная способность 802.11ac достигала 6,93 Гбит/с.

Шестое поколение: 802.11ax (Wi-Fi 6)

1. OFDMA – распределение поднесущих между несколькими устройствами одновременно, что значительно повышает эффективность использования канала.
2. BeamForming – формирование направленного луча к конкретному устройству для снижения помех.
3. TWT (Target Wake Time) – режим сна для экономии батареи IoT-устройств.
4. 1024-QAM – дальнейшее увеличение плотности модуляции.

Wi-Fi 6 объединил потребности «пользовательского» и «вещевого» Интернета, обеспечив эффективную связь десяткам мелких устройств.

Седьмое поколение: 802.11be (Wi-Fi 7)

1. MLO (Multi-Link Operation) – одновременная работа в диапазонах 2,4, 5 и 6 ГГц для минимизации задержек.
2. Агрегация каналов до 320 МГц и возможность «выключать» зашумлённые поддиапазоны.
3. Поддержка узких каналов 5 и 10 МГц для работы в сложных радиосценариях.
4. MRU (Multi-Resource Unit) и улучшенные алгоритмы OFDMA/MU-MIMO (до 16 пространственных потоков).
5. 4096-QAM – рекордная плотность модуляции.

Теоретическая пропускная способность Wi-Fi 7 приближается к 50 Гбит/с; практические показатели станут известны в ближайшие годы.

Перспективы Wi-Fi 8 и дальше

IEEE 802.11bn (Wi-Fi 8) ожидается к 2028 году, предварительная спецификация может появиться уже в 2027 году. Основной упор будет на надёжность и стабильность работы.

Вычислительная мощность и эволюция

Увеличение скорости Wi-Fi во многом стало возможным благодаря росту вычислительных ресурсов чипов, которые позволяют в реальном времени выполнять сложные алгоритмы модуляции, кодирования и пространственной обработки сигналов.

Расшифровка термина Wi-Fi

Wi-Fi не является аббревиатурой «Wireless Fidelity» – это маркетинговый ход, созвучный с Hi-Fi и отражающий идею высокого качества беспроводной связи. Официального полного расшифрования у термина нет.

Выводы

1. Wi-Fi — результат коллективных усилий множества инженеров, а не одного изобретателя.
2. Это не одиночная технология, а совокупность взаимосвязанных методов модуляции, кодирования и распределения ресурсов.
3. Начиная с Wi-Fi 6, технология стала универсальной как для пользовательского, так и для «вещевого» Интернета.

В следующих статьях мы подробно расскажем о радиомостах на основе Wi-Fi, контроллерах доступа, вопросах безопасности и взаимодействии устройств разных поколений.

 

Источник