Стандарт 802.11ac: супербыстрая беспроводная сеть

Роутеры стандарта 802.11ac — это в три раза более высокая скорость и более широкий радиус действия. CHIP протестировал первые модели и готов рассказать, как выполнить переход на новую технологию.

Будь то веб-серфинг или трансляция видео по беспроводной сети — в любом случае придется запастись терпением и, попеременно глядя то на песочные часы, то в окно, покорно ждать, пока загрузится сайт или полоса прогресса при буферизации видео достигнет конца. При увеличении расстояния между роутером и клиентом ситуация ухудшается. Покончить с мучительным ожиданием призван новый стандарт 802.11ac. Он обещает повышенную дальность действия сети благодаря использованию интеллектуальных технологий передачи данных. Кроме того, обмен файлами в сети, построенной на базе стандарта 802.11ac, окажется эффективнее, а для их передачи будут использоваться более широкие каналы, что в результате позволит достичь теоретической пропускной способности в 1,3 Гбит/с. В ходе наших испытаний максимально возможная скорость передачи данных при оптимальных условиях составила 553 Мбит/с, то есть новый стандарт вплотную приблизился по своим показателям к гигабитной проводной сети. А благодаря подобной пропускной способности становится возможной передача «по воздуху» одновременно нескольких HD-видеопотоков без каких-либо задержек. Стоит отметить, что отличная пропускная способность сохраняется даже при наличии двух стен на пути следования сигнала.

Кроме того, во второй части статьи вы узнаете, на какие моменты следует обратить внимание при переходе на новый стандарт беспроводной связи, совместим ли он со старым оборудованием и какие устройства с поддержкой 802.11ac в скором времени появятся на рынке.

Существуют также технологии беспроводной передачи данных WiGig (802.11ad) и Visible Light Communication, которые обладают совсем иными скоростными характеристиками, однако ввиду небольшого радиуса действия могут использоваться скорее как дополнение к существующей беспроводной сети, нежели самостоятельное решение.

Трехкратное увеличение скорости передачи данных

Серьезная прибавка в производительности стала возможной благодаря множеству технических инноваций, но при этом 802.11ac сохранил обратную совместимость. Он обеспечивает более эффективное излучение сигнала в пространстве, что особенно важно, когда к роутеру подключено одновременно несколько клиентских устройств. Кроме того, за один такт в сети IEEE 802.11ac передается больше информации, что обеспечивается за счет более совершенных методов модуляции. В совокупности все эти нововведения позволяют выйти на теоретическую пропускную способность в 3500 Мбит/с, что почти в шесть раз превышает возможности стандарта 802.11n (600 Мбит/с). Уже доступные в продаже 802.11ac-роутеры обеспечивают номинальную скорость передачи данных в 1300 Мбит/с и предполагают, что параллельно будет использоваться беспроводная сеть стандарта 802.11n (450 Мбит/с) без какого-либо взаимного негативного влияния.

Высокая пропускная способность на частоте 5 ГГц

Носителем информации в беспроводных сетях выступают радиоволны, частота колебаний которых в стандарте 802.11n составляет 2,4 ГГц. Беспроводная сеть 802.11ac работает на частоте 5 ГГц — отсюда и более высокая пропускная способность.



Диапазон частот 5 ГГц предоставляет большее количество эффективных каналов большей ширины. Кроме того, этот диапазон в сравнении с 2,4-гигагерцевым менее загружен: последний занимают не только все традиционные роутеры стандарта 802.11n/g, но и беспроводные телефоны и радионяни. Свой «вклад» вносят также микроволновые печи, хотя они и выпускаются с хорошо экранированным корпусом. Вследствие большого количества источников помех устройства, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц, редко выходят на максимально возможную пропускную способность и переключаются на стабильный, но медленный режим передачи данных.

Напротив, приборы, соответствующие новому стандарту 802.11ac, способны использовать практически полностью свободный диапазон частот 5 ГГц. Роутеры старых стандартов беспроводной сети, работающие в этом диапазоне, более подвержены влиянию стен и потолочных перекрытий, чем устройства в диапазоне 2,4 ГГц. Несмотря на это, маршрутизаторы стандарта 802.11ac, как показало наше практическое тестирование, эффективно функционируют даже при наличии стен, так как способны целенаправленно излучать свой сигнал на клиентское устройство.



Следующим преимуществом диапазона 5 ГГц является полоса частот, которая здесь почти в десять раз шире, чем в случае с 2,4 ГГц. Это означает, что в беспроводной сети стандарта 802.11ac доступно больше каналов, то есть фиксированных частот, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Большое количество каналов предоставляет более широкие возможности для уклонения от помех.

Технология быстрой передачи данных MIMO для всех клиентов

Помимо этого была оптимизирована модель взаимодействия роутера с несколькими клиентскими устройствами. Оборудование стандарта 802.11n излучает один сигнал равномерно во всех направлениях для всех имеющихся в помещении клиентов. В результате каждый конечный прибор взаимодействует с роутером в течение определенного промежутка времени, что ограничивает пропускную способность.



Благодаря технологии MU-MIMO (MultiUser MIMO) роутер стандарта 802.11ac «знает», где находится каждый из клиентов, и целенаправленно передает на это устройство одновременно несколько потоков данных. Это стало возможным благодаря так называемой технологии Beamforming (формирование направленного сигнала). Ее суть заключается в следующем: роутер изменяет составляющие сигнала для каждой из своих разнонаправленных антенн таким образом, чтобы в сторону клиента сигнал усиливался, а во все другие — ослабевал. Для этого используется эффект конструктивной и деструктивной интерференции. Роутер стандарта 802.11ac с восемью антеннами способен таким образом эффективно взаимодействовать с четырьмя различными устройствами, каждое из которых оснащено двумя антеннами. Поддержка Beamforming имеется и в стандарте 802.11n, однако ввиду отсутствия общепринятых норм технология работает только между роутером и конечными устройствами одного производителя.

Увеличено количество бит, передаваемых за один такт

Все описанные выше нововведения в стандарте 802.11ac направлены на то, чтобы обеспечить более высокую пропускную способность. Улучшения метода модуляции, предпринятые в новом стандарте, напротив, увеличивают плотность данных в сигнале беспроводной сети. А этот сигнал представляет собой не что иное, как поток данных, перемещаемый по радиоволнам.

Беспроводное соединение устанавливается после того, как передающее устройство отправляет радиоволну определенной частоты, а принимающее — настраивается на нее. Биты транслируются благодаря тому, что передающая техника изменяет (модулирует) несущий сигнал. Приемное устройство анализирует изменения в сигнале и преобразует их в соответствующие биты. Существуют несколько методов модуляции — среди них и квадратурная (16-QAM), используемая в беспроводных сетях стандарта 802.11g/n. При этом передающее устройство делит поток данных на несколько частей размером четыре бита. При четырех битах допускаются 16 различных символов, которые могут быть объединены в любую последовательность битов. Символы точно соответствуют указанным в таблице координатам «фаза» и «амплитуда».





Для отправки символов передающее устройство излучает две радиоволны, обладающие для каждой части потока данных одинаковой амплитудой, но смещенные относительно друг друга по фазе на определенный промежуток времени. По этим двум координатам устройство приема определяет, какой из 16 символов подразумевается в данном случае, и вновь объединяет поток битов, используя четыре бита на такт. Если необходимо увеличить объем информации символа с четырех до восьми битов, потребуются более точные координаты. Метод модуляции 64-QAM стандарта 802.11n предусматривает до восьми бит на символ, тогда как в варианте 802.11ac (модуляция 256-QAM) их количество достигает 16. Если мощность сигнала низкая — например, по причине удаленности устройств друг от друга, то идентифицировать координаты с достаточно высокой точностью не представляется возможным. Механизмы контроля определяют это и переключаются на более простой метод модуляции с меньшим числом символов.

Изменения коснулись также структуры пакетов данных. Ввиду того что роутеры стандарта 802.11ac могут поддерживать работу беспроводных сетей одновременно двух типов (802.11а и 802.11n), они используют так называемые «наследуемые поля» (Legacy fields), которые позволяют избежать конфликтов между пакетами данных этих сетей. В совокупности все эти меры оптимизации обеспечивают более высокую пропускную способность и эффективность Wi-Fi-сети.

chip.ua