Базові положення стандарту IEEE 802.11ac для мереж Wi-Fi

Сьогодні активно з'являються бездротові пристрої (маршрутизатори, точки доступу, бездротові адаптери та ін.) з підтримкою нового стандарту бездротових мереж п'ятого покоління IEEE 802.11ac.
У цій статті ми представимо короткий опис цього стандарту, зупинимося на ключових змінах та нових можливостях, в порівнянні з попереднім стандартом IEEE 802.11n.

Фінальна версія специфікації IEEE 802.11ac була прийнята в січні 2014 року. Які ж переваги і основні можливості 802.11ac?

• Робота бездротового трафіку відбувається в діапазоні частот 5 ГГц;
• Збільшення швидкості і продуктивності бездротової мережі передачі даних;
• Збільшення ширини каналів;
• Збільшення числа просторових потоків;
• Використання нової і більш ефективної модуляції сигналу;
• Використання технології MIMO (Multi-User MIMO);
• Підтримка технології формування спрямованого сигналу Beamforming.

1. Використання діапазону частот 5 ГГц

Стандарт бездротових мереж 802.11ac використовує тільки діапазон частот 5 ГГц (стандарт 802.11n працює в діапазонах 2,4 і 5 ГГц).
Зважаючи на велику кількість пристроїв, що працюють в діапазоні 2,4 ГГц, сигнал в діапазоні 5 ГГц менше схильний до різних завад. Використання діапазону 5 ГГц забезпечує вільніший радіоефір, що призводить до підвищення стабільності і швидкості з'єднання.

2. Значне збільшення швидкості передачі даних

Гігабітні швидкості на Wi-Fi! Раніше про це можна було тільки мріяти, але схоже мрії стають реальністю.
Стандарт 802.11ac заявляє про максимальну теоретичну швидкость підключення до 7 Гбіт / с.
Пристроїв, з підтримкою такої швидкості, поки немає (теоретично це має бути точка доступу або маршрутизатор з вісьмома антенами), але у вільному продажу вже зараз можна зустріти пристрої зі швидкістю передачі даних до 1,3 Гбіт / с.

Домогтися істотного збільшення швидкості передачі даних вдалося за рахунок збільшення ширини каналу до 80 МГц, збільшення числа просторових потоків та підтримці нової модуляції 256-QAM.

3. Ширина каналу була збільшена до 80 МГц

Відповідно до стандарту 802.11ac ширина бездротового каналу для передачі сигналу була збільшена до 80 МГц (опціонально * розширення ширини каналу можливо до 160 МГц).
Дворазове збільшення ширини каналу (в порівнянні зі стандартом 802.11n, який використовує ширину каналу до 40 МГц) призводить до підвищення швидкості передачі даних і поліпшення пропускної спроможності.

4. Збільшено число просторових потоків

Попередній стандарт 802.11n передбачає можливість використання до 4 просторових потоків, а в 802.11ac їх кількість було збільшено до 8 (опціонально *).
Коли одночасно з різних антен відбувається передача радіосигналу, щоб уникнути колізій, передача повинна здійснюватися через роздільні просторові потоки (Spatial Streams).
Технологія MIMO (Multiple-Input Multiple-Output, "Кілька входів, кілька виходів") забезпечує одночасний прийом / передачу кількох потоків даних через кілька антен. Чим більше просторових потоків, тим більше потрібно антен для їх передачі та прийому. Чим більше пристрій використовує антен для одночасної роботи передачі / прийому, тим буде вище максимальна швидкість передачі даних.

5. Підтримка нової модуляції високої щільності 256-QAM

Застосування в стандарті 802.11ac нової і більш продуктивної системи модуляції сигналу 256-QAM забезпечує приріст пропускної здатності в бездротової мережі.
Модуляція 256-QAM в порівнянні з 64-QAM (на стандарті 802.11n) значно (приблизно до 25%) збільшує швидкість передачі даних.
Наприклад, на стандарті 802.11ac при ширині каналу 40 МГц, при використанні 1 просторового потоку і модуляції 256-QAM максимальна швидкість в каналі складає 200 Мбіт / с, а на стандарті 802.11n при тих же параметрах, але на модуляції 64-QAM становить 150 Мбіт / с.

Тепер, знаючи ширину каналу, кількість просторових потоків і тип модуляції, що використовується пристроєм, можна дізнатися максимально можливу теоретичну швидкість передачі даних в кожному конкретному випадку.
Нижче наведена таблиця максимальних швидкостей передачі даних (Data Rate) стандарту 802.11ac, в залежності від різних параметрів: тип модуляції (Modulation), швидкість кодування (Coding Ratio), число просторових потоків (Spatial Stream), ширина каналу (20/40/80 / 160-MHz).

Наприклад, ми можемо порахувати максимальну теоретичну швидкість, яку може забезпечити стандарт 802.11ac.
На одному просторовому потоці, при ширині каналу 160 МГц і модуляції 256-QAM максимальна теоретична швидкість складає 867 Мбіт / с. Стандарт 802.11ac опціонально * підтримує 8 просторових потоків. Помножимо 867 Мбіт / с на 8, і отримаємо значення швидкості приблизно 7 Гбіт / с, що значно перевищує максимальну теоретичну швидкість на стандарті 802.11n (вона становить 600 Мбіт / с при використанні 4 просторових потоків, кожен з яких працює на швидкості 150 Мбіт / с).

6. Підтримка технології MU-MIMO

Технологія MIMO, реалізована в стандарті 802.11n, забезпечує одночасну роботу передачі / прийому даних між пристроями мережі. Але в конкретний момент часу тільки один пристрій може отримувати і відправляти дані, тоді як інші чекають своєї черги. Стандарт 802.11ас значно покращує цю ситуацію. В рамках стандарту була реалізована технологія многопользовательского MIMO - MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input, Multiple-Output).
MU-MIMO створює передачу з декількома потоками, при використанні якої інші пристрої не чекають своєї черги.
Пристрої з підтримкою MU-MIMO можуть забезпечувати одночасну передачу чотирьох потоків даних (до чотирьох клієнтів). Це дозволило реалізувати більш ефективне використання бездротової мережі і скоротити затримки (час очікування на обслуговування), які виникають при значному збільшенні числа клієнтів в мережі.

7. Низький рівень споживання енергії

Ефективне використання електроенергії. Чіпи для стандарту 802.11ac припускають економне витрачання енергії при передачі даних.

8. Підтримка технології формування спрямованого сигналу Beamforming

У стандарті 802.11ac опціонально * була реалізована підтримка технології формування спрямованого сигналу Beamforming (іноді її називають технологією адаптивного формування діаграми спрямованості Transmit Beamforming або Tx Beamforming).
Чинна технологія вирішує проблему падіння потужності сигналу, викликану його відзеркаленням від різних предметів і поверхонь.
Технологія формування спрямованого сигналу могла застосовуватися ще в рамках стандарту 802.11n, однак на той момент вона не була стандартизована, і при використанні пристроїв різних виробників вона, як правило, працювала некоректно.
Технологія Beamforming працює наступним чином:
Радіосигнали, прийняті від клієнтів, допомагають точці доступу визначити їх місце розташування, і ця інформація використовується в подальшому для розрахунку і формування вузькоспрямованого сигналу (в звичайному режимі роботи сигнал від приймача розходиться рівномірно на всі боки, а при Beamforming скеровується в строго визначеному напрямку, що досягається за допомогою декількох антен).
Застосування технології Beamforming дозволяє більш ефективно використовувати смугу пропускання, що позитивно відбивається при роботі з потокової музикою і відео, іграми або додатками, які дуже чутливі до пропускної спроможності та затримок у мережі.
Також була реалізована сумісність пристроїв з підтримкою цієї технології. Тепер, якщо один пристрій підтримує Beamforming, а інший -ні, вони все одно зможуть працювати разом, хоча раніше це було неможливо.
Додаткову інформацію по технології Beamforming Ви можете знайти в наступній статті нашої Бази знань: «Опис технології формування адаптивної діаграми спрямованості "Transmit Beamforming", що використовується в точках доступу Wi-Fi»

* - Опціональна підтримка означає, що в рамках стандарту чинна можливість може застосовуватися не у всіх пристроях.

На момент написання статті підтримку стандарту IEEE 802.11ac мають наступні моделі:

Інтернет-центри Keenetic Giga,Keenetic Ultra II, Keenetic Giga III, Keenetic Extra II та Keenetic Air

Чинні пристрої оснащені бездротовою точкою доступу Wi-Fi класу AC1200. Бездротова мережа в діапазоні 5 ГГц підтримує стандарт 802.11ac на швидкості до 867 Мбіт / с. Інтернет-центри оснащені  антенами MIMO 2x2 (2T2R, 2 просторових потоки, з шириною каналу 80 МГц і модуляцією 256-QAM).

Увага! Всі згадані в чинній статті швидкості є максимально теоретично досяжними. Реальні максимальні швидкості для стандарту 802.11ac будуть нижче того, що зазначено на пристрої. Продуктивність пристрою в кожному випадку буде залежати від обладнання, що використовується, наявності інших бездротових пристроїв, конфігурації приміщення та інших факторів, що впливають на роботу мереж Wi-Fi. Орієнтовно, маршрутизатор із заявленою швидкістю бездротової мережі до 876 Мбіт / с зможе передавати інформацію не швидше 400 Мбіт / с.

Примітка

1. Стандарт 802.11ac  сумісний назад з попередніми стандартами бездротових мереж. У змішаних мережах (де використовуються пристрої різних стандартів 802.11 a / b / g / n) всі пристрої будуть працювати незалежно від того, яку версію стандарту вони підтримують.

2. Кілька слів потрібно згадати про особливості використання частотного діапазону 5 ГГц.
Дальність розповсюдження сигналу (площа покриття) в частотному діапазоні 5 ГГц менше, ніж при використанні частотного діапазону 2,4 ГГц.
Якщо Ви плануєте перевести існуючу в діапазоні 2,4 ГГц бездротову мережу на частоту 5 ГГц без втрат в покритті, потрібно використовувати більшу кількість точок доступу (обладнання 802.11ac зазвичай розміщують щільніше, ніж при використанні пристроїв старіших стандартів).
У частотному діапазоні 5 ГГц  загасання сигналу електромагнітної хвилі сильніше на різних перешкодах. Тому зниження площі покриття особливо помітно при роботі в міських умовах і приміщеннях. Наприклад, двері з цільної деревини знижують рівень сигналу приблизно на 6 dB в діапазоні 2,4 ГГц і на 10 dB в діапазоні 5 ГГц.
Підробиці в статті «Що впливає на роботу бездротових мереж Wi-Fi? Що може бути джерелом завад і які їхні можливі причини?»