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Norme WLAN IEEE 802.11n

Norme WLAN IEEE 802.11n


IEEE 802.11n était le suivant de la série IEEE 802.11 de normes LAN sans fil après 802.11a, 802.11b et 802.11g pour permettre à la technologie Wi-Fi de répondre aux exigences de vitesse et de capacité accrues.

IEE 802.11n a cherché à augmenter les vitesses réalisables des réseaux Wi-Fi au-delà de celles réalisables en utilisant 802.11g. Avec des niveaux accrus de transfert de données élevés, souvent motivés par l'utilisation de la vidéo, l'IEEE a cherché à garder une longueur d'avance sur les exigences et à faire en sorte que le Wi-Fi soit en mesure de répondre aux besoins des utilisateurs pour les années à venir.

L'industrie est parvenue à un accord de fond sur les fonctionnalités du système LAN sans fil 802.11n au début de 2006. Cela a donné à de nombreux fabricants de puces suffisamment d'informations pour démarrer leurs développements.

Le projet a été finalisé en novembre 2008 avec sa publication officielle en juillet 2009. Telle était l'anticipation de la norme, que de nombreux produits sont devenus disponibles sur le marché au moment du lancement de la norme, car des exemplaires préliminaires étaient disponibles pour le développement et les travaux le standard.

Spécifications de base pour la norme IEEE 802.11n

L'idée derrière la norme IEEE 802.11n était qu'elle serait en mesure de fournir de bien meilleures performances et d'être capable de suivre le rythme de croissance rapide des vitesses fournies par des technologies telles qu'Ethernet. Lorsque la norme 802.11n a été introduite, elle offrait un niveau de performance impressionnant pour l'époque, dont les principaux points sont résumés ci-dessous:


Principales caractéristiques IEEE 802.11n
ParamètreNorme IEEE 802.11n
Débit de données maximal (Mbps)600
Bande RF (GHz)2,4 ou 5
ModulationCCK, DSSS ou OFDM
Nombre de flux spatiaux1, 2, 3 ou 4
Largeur de canal (MHz)20 ou 40

Pour y parvenir, un certain nombre de nouvelles fonctionnalités ont été intégrées à la norme LAN sans fil IEEE 802.11n pour permettre des performances plus élevées. Les principales innovations sont résumées ci-dessous:

  • Modifications de la mise en œuvre de l'OFDM
  • Introduction de MIMO
  • Économie d'énergie MIMO
  • Bande passante de canal plus large
  • Technologie d'antenne
  • Prise en charge réduite de la compatibilité descendante dans des circonstances spéciales pour améliorer le débit de données

Bien que chacune de ces nouvelles innovations ajoute de la complexité au système, une grande partie de cela peut être incorporée dans les chipsets, ce qui permet d'absorber une grande partie de l'augmentation des coûts par les grandes séries de production des chipsets.

Commutation de compatibilité descendante

802.11n offre une rétrocompatibilité pour les périphériques d'un réseau utilisant des versions antérieures du Wi-Fi, ce qui ajoute une surcharge importante à tous les échanges, réduisant ainsi la capacité de transfert de données. Pour fournir les vitesses de transfert de données maximales lorsque tous les périphériques du réseau sans fil fonctionnent selon la norme 802.11n, la fonction de compatibilité descendante peut être supprimée.

Lorsque des appareils antérieurs entrent dans le réseau sans fil, la charge et les fonctionnalités de compatibilité descendante sont réintroduites. Comme avec le 802.11g, lorsque des appareils antérieurs entrent dans un réseau, le fonctionnement de l'ensemble du LAN sans fil est considérablement ralenti. Par conséquent, l'exploitation d'un réseau en mode 802.11n uniquement offre des avantages considérables.

Compte tenu des fonctionnalités associées à la rétrocompatibilité, il existe trois modes dans lesquels un point d'accès 802.11n peut fonctionner:

  • Legacy (uniquement 802.11 a, b et g)
  • Mixte (802.11 a, b, g et n)
  • Greenfield (802.11 n uniquement) - performances maximales

En implémentant ces modes, le 802.11n est capable de fournir une compatibilité descendante complète tout en maintenant les débits de données les plus élevés. Ces modes ont un impact significatif sur la couche physique, PHY et la façon dont le signal est structuré.

Mise en œuvre du signal 802.11n / OFDM

Cette version de la norme LAN sans fil Wi-Fi utilise OFDM pour fournir les différents paramètres requis.

Remarque sur l'OFDM:

Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM est une forme de format de signal qui utilise un grand nombre de porteuses rapprochées qui sont chacune modulées avec un flux de données à faible débit. On s'attend normalement à ce que les signaux rapprochés interfèrent les uns avec les autres, mais en rendant les signaux orthogonaux les uns par rapport aux autres, il n'y a pas d'interférence mutuelle. Les données à transmettre sont partagées entre toutes les porteuses, ce qui offre une résilience contre les évanouissements sélectifs dus aux effets multi-trajets.

En savoir plus sur OFDM, Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence.

La manière dont l'OFDM a été utilisé a été adaptée pour lui permettre de répondre aux différentes exigences du 802.11n.

Pour y parvenir, deux nouveaux formats sont définis pour le protocole de convergence de couche PHY, PLCP, à savoir le mode mixte et le champ vert. Ceux-ci sont appelés formats HT à haut débit. En plus de ces formats HT, il existe également un format de duplication hérité. Cela duplique le paquet hérité de 20 MHz dans deux moitiés de 20 MHz du canal global de 40 MHz.

Les formats de signal sont modifiés en fonction du mode dans lequel le système fonctionne:

  • Mode hérité: Cela peut se produire sous la forme d'un signal de 20 MHz ou d'un signal de 40 MHz:
    • 20 MHz: Dans ce mode, le signal 802.11n est divisé en 64 sous-porteuses. 4 signaux pilotes sont insérés dans les sous-porteuses -21, -7, 7 et 21. Dans le mode hérité, le signal est transmis sur les sous-porteuses -26 à -1 et 1 à 26, 0 étant la porteuse centrale. Dans les modes HT, le signal est transmis sur les sous-porteuses -28 à -1 et 1 à 28.
    • 40 MHz: Pour cette transmission, deux canaux adjacents de 20 MHz sont utilisés et dans ce cas le canal est divisé en 128 sous-porteuses. 6 signaux pilotes sont insérés dans les sous-porteuses -53, -25, -11, 11, 25, 53. Le signal est transmis sur les sous-porteuses -58 à -2 et 2 à 58.
    En termes de trames transmises, elles sont conformes au format OFDM 802.11a / g hérité.
  • Mode mixte: Dans ce mode 802.11n, les paquets sont transmis avec un préambule compatible avec l'ancien 802.11a / g. Le reste du paquet a un nouveau format de séquence d'entraînement MIMO.
  • Mode Greenfield: En mode Greenfield, les paquets à haut débit sont transmis sans une partie compatible héritée. Comme cette forme de paquet ne contient aucun élément hérité, le débit de données maximal sur le LAN sans fil est beaucoup plus élevé.

802.11n MIMO

Afin de pouvoir transporter des débits de données très élevés sur le LAN sans fil, souvent dans un bureau ou un environnement domestique, le 802.11n a utilisé MIMO. Cela donne une utilisation maximale de la bande passante disponible.

Remarque sur MIMO:

MIMO est une forme de technologie d'antenne qui utilise plusieurs antennes pour permettre aux signaux voyageant via différents chemins en raison de réflexions, etc., d'être séparés et leur capacité utilisée pour améliorer le débit de données et / ou le rapport signal sur bruit, améliorant ainsi la performance du système.

En savoir plus sur Technologie MIMO

La norme 802.11n permet jusqu'à quatre flux spatiaux pour donner une amélioration significative du débit de données disponible car il permet à un certain nombre de flux de données différents d'être transportés sur le même canal.

Comme on pouvait s'y attendre, le nombre de flux de données et donc la capacité globale de données est limité par le nombre de flux spatiaux qui peuvent être transportés - l'une des limites à cela est le nombre d'antennes disponibles à chaque extrémité.

Pour donner une indication rapide de la capacité d'un système ou d'une radio donnée, une simple notation peut être utilisée. Il est de la forme: a x b: c. Où a est le nombre maximal d'antennes d'émission ou de chaînes RF au niveau de l'émetteur; b est le maximum d'antennes de réception ou de chaînes RF de réception; et c est le nombre maximal de flux spatiaux de données.

Un exemple pourrait être 2 x 4: 2 pour une radio qui peut émettre sur deux antennes et recevoir sur quatre, mais ne peut envoyer ou recevoir que deux flux de données.

La norme 802.11n permet des systèmes avec une capacité allant jusqu'à 4 x 4: 4. Cependant, les configurations courantes utilisées incluent 2 x 2: 2; 2 x 3: 2; 3 x 2: 2. Ces configurations ont toutes la même capacité de débit de données et ne diffèrent que par le niveau de diversité fourni par les antennes. Une autre configuration de 3 x 3: 3 est de plus en plus répandue car elle a un débit plus élevé, en raison du flux de données supplémentaire présent.

Economie d'énergie

L'un des problèmes liés à l'utilisation de MIMO est qu'il augmente la puissance des circuits matériels. Davantage d'émetteurs et de récepteurs doivent être pris en charge et cela implique l'utilisation de plus de courant.

S'il n'est pas possible d'éliminer l'augmentation de puissance résultant de l'utilisation de MIMO en 802.11n, il est possible d'en faire l'utilisation la plus efficace.

Les données sont normalement transmises de manière "en rafale". Cela signifie qu'il y a de longues périodes pendant lesquelles le système reste inactif ou fonctionne à une vitesse très lente. Pendant ces périodes où MIMO n'est pas nécessaire, les circuits peuvent être maintenus inactifs afin de ne pas consommer d'énergie.

Augmentation de la bande passante

Un mode facultatif pour les nouvelles puces 802.11n consiste à utiliser une bande passante de canal double. Les systèmes précédents utilisaient une bande passante de 20 MHz, mais les nouveaux ont la possibilité d'utiliser 40 MHz.

Le principal compromis pour cela est qu'il y a moins de canaux qui peuvent être utilisés pour d'autres appareils. Il y a suffisamment de place à 2,4 GHz pour trois canaux de 20 MHz, mais un seul canal de 40 MHz peut être accueilli. Ainsi, le choix d'utiliser 20 ou 40 MHz doit être fait de manière dynamique par les appareils du réseau.

Technologie d'antenne

Pour le 802.11n, les technologies associées aux antennes ont été considérablement améliorées par l'introduction de la formation et de la diversité des faisceaux.

La formation de faisceaux concentre les signaux radio directement le long du trajet de l'antenne de réception afin d'améliorer la portée et les performances globales. Un niveau de signal plus élevé et un meilleur rapport signal sur bruit signifieront que la pleine utilisation peut être faite du canal.

La diversité utilise les multiples antennes disponibles et combine ou sélectionne le meilleur sous-ensemble parmi un plus grand nombre d'antennes pour obtenir les conditions de signal optimales. Ceci peut être réalisé car il y a souvent des antennes en surplus dans un système MIMO. Comme le 802.11n prend en charge n'importe quel nombre d'antennes entre un et quatre, il est possible qu'un appareil puisse avoir trois antennes tandis qu'un autre avec lequel il communique n'en aura que deux. L'antenne prétendument excédentaire peut être utilisée pour fournir une réception ou une transmission en diversité selon le cas.

L'introduction de la norme IEEE 802.11n a été une avancée majeure dans la technologie LAN sans fil. Il a permis au Wi-Fi de répondre à la demande croissante requise par le nombre croissant de smartphones et d'autres appareils électroniques compatibles Wi-Fi.

Le 802.11n a été le pionnier d'un certain nombre de nouvelles technologies qui ont été intégrées dans les versions ultérieures de la norme Wi-Fi 802, et de nombreux appareils électroniques ont continué à l'utiliser pendant de nombreuses années par la suite.

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Voir la vidéo: IEEE Wireless LAN WLAN Part 1 - Fundamental Concepts (Juillet 2021).