Следующая эволюция в Wi-Fi в конечном итоге удовлетворит наши ежедневные потребности
Беспроводная продукция доминирует в электронной промышленности. Смартфоны стали основным продуктом повседневной жизни для большого процента планеты. Стандарты Wi-Fi должны будут развиваться, если наши беспроводные сети могут рассчитывать на то, чтобы идти в ногу со временем.
В настоящее время всем нужен беспроводной доступ к большому количеству хранимой информации. С ростом требований к беспроводным сетям и появлению новых устройств IoT, предыдущие стандарты беспроводной связи недостаточно эффективны. В результате стандарты IEEE 802.11 должны неуклонно развиваться.
Wi-Fi: фон
Wi-Fi, термин, введенный, по крайней мере, еще в 1999 году, относится к любому продукту беспроводной локальной сети (WLAN), который основан на стандартах IEEE 802.11. Однако в настоящее время слово Wi-Fi обычно используется как синоним WLAN, поскольку большинство современных WLAN основаны на стандартах 802.11.
Wi-Fi обеспечивает беспроводную связь между различными устройствами, такими как ноутбуки, планшеты и смартфоны через беспроводную сеть. Хотя очень полезно, беспроводная связь менее безопасна, чем передача через проводные средства, главным образом из-за возможности подслушивания.
Стандарт IEEE изначально был разработан для обеспечения простого веб-браузера и подключения к электронной почте в аэропортах, отелях и т. Д. Однако теперь обычные пользователи Интернета хотят постоянно подключаться к нескольким приложениям, а также получать доступ к большому количеству хранимой информации, такой как изображения и фильмы, Чтобы удовлетворить быстро меняющийся образ жизни потребителей, нам необходимо улучшить диапазон охвата, пропускную способность, безопасность, а также найти способ, чтобы соединения были менее подвержены помехам. Вот почему так много поправок было представлено стандарту 802.11 с момента его создания.
Разработчики стандарта прекрасно знают, что модель с одним размером подходит для всех уже не применима и что они должны использовать сочетание разных стандартов. В качестве примера, хотя многие сети Wi-Fi используют полосы частот около 2, 4 ГГц и 5 ГГц, связь на частоте 60 ГГц была исследована и стандартизована, особенно в течение последнего десятилетия.
Как кратко обсуждается ниже, выбор между частотами представляет много компромиссов, которые непосредственно влияют на диапазон, пропускную способность и даже безопасность.
Каждый стандарт семейства 802.11 предлагает различный диапазон охвата. Изображение предоставлено Electronic Design
Очень важной особенностью разработанных стандартных поправок является то, что они имеют высокую обратную совместимость.
Здесь мы рассмотрим наиболее важные стандарты 802.11.
802.11ac
802.11ac, одобренный в январе 2014 года Ассоциацией стандартов IEEE, пытается обеспечить высокопроизводительную WLAN в диапазоне 5 ГГц. Это в основном о достижении более высоких ставок. С этой целью стандарт обеспечивает более широкие каналы (до 160 МГц) с большим количеством антенн и пространственных потоков (до 8). Этот стандарт является расширением 802.11n, который использовал каналы 40 МГц с четырьмя пространственными потоками.
Кроме того, 802.11ac рассматривает некоторые методы, такие как формирование лучей для дальнейшего улучшения эффективности связи. Проще говоря, формирование луча использует более одной антенны для передачи сигнала таким образом, что приемник в определенном положении получает сигнал с максимально возможной мощностью. Другими словами, с более чем одной антенной мы формируем общие лучи излучения.
При формировании луча есть места в пространстве, что общее излучение очень мало, в то время как в некоторых других местах получаются гораздо более сильные сигналы, чем может быть обеспечена одной антенной. Явное формирование луча использует обратную связь от приемника для изменения сигнала, передаваемого антеннами, чтобы дать конкретным приемникам максимальное количество мощности.
Wi-Fi LAN с / без формирования луча. Изображение предоставлено компанией PC World
В результате скорость 802.11ac в реальном мире почти в 2, 5 раза выше, чем у его предшественника 802.11n.
Еще одна важная особенность 802.11ac и 802.11n заключается в том, что связь выполняется в гораздо более тихой полосе частот 5 ГГц. Многие предыдущие стандарты Wi-Fi использовали диапазон ISM 2, 4 ГГц, который делился с другими технологиями, такими как Bluetooth, ZigBee и даже микроволновые печи.
Теоретически мы ожидаем, что передача 2, 4 ГГц будет иметь более высокий диапазон охвата по сравнению с передачей 5 ГГц; однако на практике это не так, в основном из-за большого количества помех на частоте 2, 4 ГГц. Также обратите внимание, что 802.11ac полагается на формирование пучка для дальнейшего увеличения диапазона его охвата.
Ожидается, что 802.11ax, который является преемником, который заменит 802.11ac, будет иметь максимальную скорость около 10 Гбит / с. Стандарт, который находится на ранних стадиях разработки, будет выпущен в 2019 году. Он будет использовать несколько методов, таких как ортогональный множественный доступ с частотным разделением (OFDMA) для улучшения спектральной эффективности.
802.11ad (WiGig)
WiGig, который является первым специфичным для использования стандартом Wi-Fi, пытается расширить пропускную способность обычных беспроводных LAN-устройств.
WiGig использует свободную от лицензии полосу частот около 60 ГГц для передачи данных с очень высокой скоростью; однако он делает это на относительно небольших расстояниях. В большинстве стран мы имеем около 5-9 ГГц нелицензионной полосы пропускания на частоте 60 ГГц. На следующем рисунке показано, насколько широка полоса пропускания, предлагаемая WiGig, сравнима с полосами частот обычных стандартов.
Сравнение доступной полосы пропускания на 2, 4, 5 и 60 ГГц. Изображение предоставлено Intel (PDF)
Хотя пропускная способность на частоте 2, 4 ГГц и 5 ГГц составляет соответственно 90 МГц и 500 МГц, WiGig обеспечивает пропускную способность около 7 ГГц. Такая высокая пропускная способность позволяет загружать HD-фильмы из киоска фильмов на планшет через минуту.
WiGig может резать много шнуров, поддерживая высокоскоростную связь. С устройством, поддерживающим WiGig, можно транслировать HD-видео с планшета или сервера на телевизор. Другим применением WiGig является создание мощной беспроводной инфраструктуры для передачи данных с высокой пропускной способностью. Это позволило бы обеспечить более широкий доступ к беспроводному доступу, а также улучшить связь между основными сетями и подсетями.
Blu Wireless Lightning, используемые в первой экспериментальной сети с сеткой 60 ГГц в Европе. Изображение предоставлено Electronic Design
Несмотря на то, что WiGig еще созревает, WiGig является самой известной из технологий mmWave. В начале этого года Panasonic построила экспериментальную сеть WiGig в аэропорту Нарита, которая позволяет посетителям загружать 120-минутный фильм примерно за 10 секунд.
К сожалению, сигналы 60 ГГц не могут проходить через стены, поэтому передатчик и приемник должны находиться в прямой видимости друг друга. Кроме того, потери в трассе высоки, а диапазон охвата обычно составляет около 10 метров. Однако во многих приложениях, таких как потоковое видео HD / UHD с планшета на телевизор или включение высокоскоростной синхронизации или передачи данных, короткий диапазон или необходимость находиться на линии видимости не являются проблемой.
Учитывая эти проблемы, 60GHz WiGig нуждается в формировании пучка даже больше, чем в предыдущих низкочастотных стандартах. При формировании луча можно было бы достичь более высоких диапазонов и / или увеличить отношение сигнал / шум в устройстве WiGig.
Имея так много преимуществ связи на частоте 60 ГГц, различные производители наборов микросхем все больше заинтересованы в разработке устройств на базе WiGig. Поскольку тестирование этих продуктов сталкивается со многими проблемами, National Instrument, которая обладает всеобъемлющим продуктовым портфелем для беспроводного тестирования, недавно анонсировала технологию тестирования продуктов WiGig. Эта технология основана на широкополосном приемопередатчике mmWave компании, который использовался для прототипа передовых радиолокационных и 5G-систем.
В 2007 году WiGig и Wi-Fi Alliance объявили о сотрудничестве в области связи 60 ГГц с традиционным Wi-Fi. WiGig внесла значительный вклад в процесс стандартизации IEEE 802.11ad, который был опубликован в 2012 году. Хотя WiGig объединился с альянсом Wi-Fi в 2013 году, технология WiGig сохранила свое название.
802.11ah (HaLow)
В то время как WiGig разработан для передачи больших объемов данных в короткие диапазоны, HaLow (произносится как HAY-low) нацелен на маломощную передачу небольших объемов данных на большие расстояния. Низкомощный стандарт, который использует диапазон 900 МГц, подходит для использования IoT.
Представляя низкое энергопотребление и широкий диапазон охвата, HaLow, как ожидается, будет очень конкурентоспособна с Bluetooth. HaLow находится в разработке в течение последних нескольких лет, и ожидается, что его чипсеты будут доступны в ближайшее время.
Основными применениями низкомощного стандарта являются изолированные системы, которые должны работать более 10 лет с одной батареей. HaLow - не единственный стандарт, нацеленный на такие приложения. LTE-M, основанный на хорошо зарекомендовавшем себя стандарте 3GPP, уже становится популярным. Учитывая популярность LTE-M (она была привязана к выбору AT & T для сотовых устройств IoT), некоторые люди считают, что HaLow может не прийти вовремя, чтобы завладеть рынком.
802.11af (белый-Fi)
White-Fi или 802.11af полагаются на неиспользуемое пустое пространство в телевизионном спектре для передачи больших объемов данных на большие расстояния. В телевизионном спектре белого спектра используются неиспользуемые телевизионные каналы от 54 до 790 МГц. Эти частоты могут предложить диапазон миль в несколько миль, который больше, чем у стандарта HaLow. Ширина канала будет 6-8 МГц.
Стандарт, который был утвержден в январе 2014 года, является совершенно новым. До сих пор ни один чипсет на базе Wi-Fi не был анонсирован.
Технология будет использовать концепцию когнитивного радио, чтобы избежать помех. Это ограничит помехи для основных пользователей, таких как аналоговое телевидение, цифровое телевидение и беспроводные микрофоны.