Mikä on Wi-Fi-kaistanleveys? Tietoa verkon nopeudesta

Wi-Fi-verkkojen kaistanleveys on kasvanut jatkuvasti standardin elinkaaren aikana. Yli kahden vuosikymmenen ajan langattomat verkot ovat kasvattaneet huomattavasti verkon nopeutta.

Tässä artikkelissa tarkastelemme Wi-Fi:n historiaa ja kehitystä sekä analysoimme, miten ja miksi tekniikan maksiminopeus on kasvanut ja kasvaa edelleen!

Langattomien verkkojen kehitys

Wi-Fi määritellään IEEE 802.11 -standardissa. Vuonna 1997 julkaistu alkuperäinen standardi tarjosi enintään 2 Mbit/s verkon kaistanleveyden. Teknologian viimeisimmän, vielä julkaisemattoman version, joka määritellään IEEE 802.11be -standardissa ja jonka odotetaan julkaistavan virallisesti vuoden 2024 alussa, odotetaan tarjoavan 40 Gbit/s kaistanleveyttä.

Se on ilmiömäinen 20 000-kertainen kasvu kaistanleveyden nopeudessa!!!

Langattoman verkon kaistanleveyden historiallinen kehitys

Seuraavassa esitetään Wi-Fi:n kehityksen tärkeimmät virstanpylväät, päivämäärät, enimmäisnopeudet ja kunkin standardin käyttämät taajuudet. Mukana on myös Wi-Fi-standardin virallinen nimi, jota on käytetty standardin viimeisimmissä versioissa:

• 1997
• 1999
• 1999
• 2003
• 2008
• 2014
• 2019
• 2020
• 2024*

\* Arvioitu

Mikä vaikuttaa Wi-Fi-verkon nopeuteen?

Monet Wi-Fi-verkon tekijät vaikuttavat saavutettavissa olevaan verkon kaistanleveyteen. Kaistanleveyteen vaikuttavat eniten seuraavat tekijät:

• Käytetyt taajuusalueet
• Kanavan leveys
• Modulaatiomenetelmät
• Antennijärjestelyt
• Prosessorin teho

Taajuusalueet

Tiedonsiirtoon käytettävän langattoman signaalin taajuus vaikuttaa langattoman linkin enimmäiskapasiteettiin. Mitä korkeampi taajuus, sitä suurempia nopeuksia voidaan yleensä saavuttaa. Tämä johtuu siitä, että korkeammilla taajuuksilla on suurempi datakapasiteetti ja tiheys.

Lisensoimattomat taajuusalueet

Wi-Fi käyttää lisensoimattomia taajuuskaistoja, jotka ovat käytettävissä useimmissa maissa maailmanlaajuisesti. Lisensoimaton tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että niitä voi käyttää vapaasti ilman ennakkolupaa, kunhan signaalin voimakkuus pysyy laillisissa rajoissa. Nämä taajuuskaistat ovat 2,4 GHz:n, 5 GHz:n ja 6 GHz:n taajuusalueilla. Erityisalueet ovat:

• 2,4 GHz: 2,401-2,495 GHz, 11-14 päällekkäistä kanavaa.
• 5 GHz: 5,030 - 5,990 GHz, yli 25 päällekkäistä kanavaa.
• 6 GHz: 5,945 - 7,125 GHz, yli 50 päällekkäistä kanavaa.

Kullakin alueella käytettävissä olevien Wi-Fi-kanavien määrä riippuu kyseisestä maasta tai maailman alueesta. Kaikkien kolmen alueen kanavanleveys on 20 MHz.

Seuraavassa kuvassa on esitetty 2,4 GHz:n taajuusalueella käytettävissä oleva taajuusalue ja kanavat.

Huomaa, että vain kolme kanavaa ei ole päällekkäisiä, punaisella merkityt kanavat. Loput ovat päällekkäisiä. Tämä osoittaa, kuinka pieni ja joustamaton tämä Wi-Fi-kaista on.

Häiriöt

Lisäksi se, kuinka suuren kaistanleveyden voit saavuttaa, riippuu myös mahdollisista häiriöistä, joita langaton verkkolaite kokee läheisistä lähteistä samoilla taajuuksilla.

Internet-palveluntarjoajat tarjoavat internet-yhteyden usein langattomilla reitittimillä, jotka toimivat samoilla taajuuksilla kuin muut langattomat laitteet, joten häiriöiden mahdollisuus on suuri. 2,4 GHz:n taajuusalueella on paljon väkeä, kun taas 5 ja 6 GHz:n taajuusalueet ovat paljon väljempiä, jolloin häiriöiden mahdollisuus on pienempi ja keskimääräinen kaistanleveys siten suurempi.

Kanavan leveys

Käytettävissä olevien taajuuksien kukin taajuusalue tarjoaa kanavia, joiden vakioleveys on 20 MHz. Eri Wi-Fi-standardit tarjoavat kuitenkin mahdollisuuden kanavien yhdistämiseen laajempien langattomien kanavien muodostamiseksi kaistanleveyden lisäämiseksi.

Standardit, joissa käytetään kanavien yhdistämistä

Esimerkiksi 2,4 GHz:n taajuusalueella toimiva 802.11n-standardi voi yhdistää kaksi 20 MHz:n kanavaa yhdeksi 40 MHz:n kanavaksi, mikä tarjoaa asiakkaalle enemmän kaistanleveyttä. Vastaavasti 802.11ax-standardi, joka tunnetaan myös nimellä Wi-Fi 6, voi yhdistää useita kanavia 40, 80 tai jopa 160 MHz:n levyiseksi kanavaksi.

Kanavien yhdistämisen hyvät ja huonot puolet

Kanavien yhdistäminen on merkittävä edistysaskel, joka on auttanut lisäämään langattomien verkkojen kaistanleveyttä. Kanavien yhdistäminen vie kuitenkin enemmän käytettävissä olevaa taajuusaluetta, mikä lisää häiriöiden mahdollisuutta muiden laitteiden kanssa.

Modulaatiotekniikat

Modulaatio on menetelmä, jolla tieto koodataan langattomaan signaaliin. Mitä tehokkaampi modulaatiomenetelmä on, sitä suurempi on signaalin datatiheys; näin ollen voidaan saavuttaa suurempia nopeuksia.

Modulaatiotyypit

Puhumme pian hieman enemmän MIMO:sta. OFDM:ää on jatkuvasti parannettu käyttämällä yhä tiheämpiä modulaatiotyyppejä, joiden ansiosta samaan signaaliin saadaan pakattua enemmän dataa. Näitä modulaatiotyyppejä kutsutaan kvadraattoriseksi amplitudimodulaatioksi (QAM).

Uusimmassa 802.11be-standardissa on tarkoitus käyttää 4096-QAM- tai 4K-QAM-menetelmää, joka tuottaa 12 bittiä dataa langatonta signaalipulssia kohti, jolloin 12 bittiä dataa voi tuottaa jopa 4096 eri arvoa. Vertaa tätä varhaisissa WI-Fi-standardeissa käytettyyn yhteen, kahteen tai kolmeen bittiin langatonta signaalipulssia kohti.

Antennijärjestelyt

Antenneilla on suuri merkitys langattomien verkkoyhteyksien nopeuden lisäämisessä. Langattoman lähiverkon nopeutta lisätään tekniikalla nimeltä MIMO (Multiple-in, Multiple-out) hyödyntämällä niin sanottua monitie-etenemistä. Tämä on ilmiö, joka esiintyy langattomien signaalien heijastuessa erilaisista kiinteistä esineistä.

Mitä MIMO tekee?

MIMO käyttää useita antenneja vastaanottamaan useita heijastuneita signaaleja, mikä mahdollistaa useiden datasignaalien samanaikaisen lähettämisen ja vastaanottamisen samalla radiokanavalla. 802.11n-standardi, joka käytti ensimmäisenä MIMO:ta, mahdollistaa jopa neljä samanaikaista tietovirtaa. 802.11be-standardin odotetaan tuottavan jopa 16 samanaikaista tietovirtaa. Sanomattakin on selvää, että tämä johtaa suurempaan kapasiteettiin ja nopeampiin nopeuksiin,ja lisää kaistanleveyttä.

MIMOa voidaan käyttää modulaatiotekniikan kanssa langattomien standardien määrittelemien latausnopeuksien ja latauskapasiteetin saavuttamiseksi.

Prosessorin teho

Modulaatio, MIMO, kanavanhallinta ja datatiheys edellyttävät prosessointitehoa. Liityntäpisteissä, reitittimissä ja asiakkaissa on oltava prosessorikapasiteettia, joka pystyy käsittelemään signaaleja nopeammalla nopeudella, jotta voidaan saavuttaa näitä langattomia kaistanleveysyhteyksiä kuvaavien standardien lupaamat paremmat kaistanleveydet.

Onneksi yhä suurempia prosessoritehoja pakataan yhä pienempiin ja pienempiin laitteisiin, jolloin langattoman verkon useille laitteille voidaan tarjota enemmän kaistanleveyttä.

WiFi-kaistanleveyden lisäämisen käytännön hyödyt

Älkäämme huijatko itseämme. Suurempi kaistanleveys on aina parempi kaikissa olosuhteissa. Mutta mitkä edut ovat erityisen tärkeitä langattomalle verkolle? Seuraavassa on muutamia kaistanleveyden lisäämiseen vaikuttavia tekijöitä.

Internet-palveluntarjoajien tarjoama Internet-nopeus

Internetin nopeus on kasvanut siitä lähtien, kun ensimmäiset valintamodeemit tulivat markkinoille. Nykyään paikallinen Internet-palveluntarjoaja voi tarjota monissa osissa maailmaa yli 1 Gbps:n langallisen yhteyden nopeuden. Jotta näitä nopeuksia voitaisiin hyödyntää, langattoman kaistanleveyden vaatimusten on oltava vähintään yhtä suuret kuin käytettävissä olevan Internet-yhteyden nopeus.

Vaativat verkkosovellukset

Monet nykypäivän verkkosovellukset ja -palvelut vaativat valtavaa kaistanleveyttä. Videon suoratoisto, musiikin suoratoisto, suurten tiedostojen jakaminen, virtuaalinen ja lisätty todellisuus sekä nykyaikaiset pelit vaativat usein valtavia Internet-resursseja.

Yhä lisääntyvä digitaalinen toiminta langattomilla laitteilla ja se, että yhä useammat laitteet vaativat yhä enemmän dataa, lisäävät langattomien nopeuksien kysyntää.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan langattomille nopeuksille?

Langattoman viestinnän nopeuden kasvulle ei näytä olevan mitään luonnollista rajaa. Tähän jatkuvaan kasvuun vaikuttavat monet tekijät, joita ovat muun muassa seuraavat:

Lisensoimattomien taajuuksien laajentaminen

Hallitukset vapauttavat jatkuvasti lisää taajuuksia Wi-Fi-käyttöön. Tähän kuuluvat 900 MHz:n, 3,65 GHz:n ja 60 GHz:n taajuudet. Vaikka nämä taajuudet eivät ole tällä hetkellä lisensoimattomia, Federal Communications Commission (FCC) ja muut sääntelyelimet eri puolilla maailmaa suunnittelevat uusien taajuusalueiden avaamista kysynnän kasvaessa.

Kehittyvät laiteteknologiat

Kaksitaajuuksinen Wi-Fi ja kaksitaajuuksinen reititin ovat vain kaksi esimerkkiä tekniikoista ja laitteista, joita pidettiin innovaatioina vain muutama vuosi sitten. Tämän päivän langattomat laitteet ovat paljon kehittyneempiä, ja niiden prosessointitehot ja antennijärjestelyt ovat valtavia. Tämän innovaation odotetaan lisääntyvän, ja sen odotetaan lisäävän nopeutta ja kaistanleveyttä lähivuosina.

Kysynnän kasvu

Internetin nopeus ja entistä vaativammat sovellukset lisäävät kaistanleveysvaatimuksia, mikä vain lisää langattomien verkkojen kaistanleveysvaatimuksia tulevaisuudessa.

Päätelmä

Nopeudella tarkoitetaan monia asioita, kun puhutaan Wi-Fi-kaistanleveydestä. Tärkeintä on kuitenkin yhdistetyn laitteen latauskapasiteetti ja latausnopeus. Tämä on tärkein mittari, jonka perusteella käyttäjät arvioivat langattoman yhteyden laatua. Teknologian kehittyessä nopeudet kasvavat jatkuvasti, ja vielä vuosikymmen sitten niistä voitiin vain unelmoida.