Kas ir Wi-Fi joslas platums? Viss par tīkla ātrumu

Standarta darbības laikā Wi-Fi tīklu joslas platums ir nepārtraukti palielinājies. Jau vairāk nekā divas desmitgades bezvadu tīklos ir krasi palielinājies tīkla ātrums.

Šajā rakstā mēs izpētīsim Wi-Fi vēsturi un attīstību, kā arī analizēsim, kā un kāpēc ir palielinājies un turpina palielināties šīs tehnoloģijas maksimālais ātrums... un turpina palielināties!

Bezvadu tīkla attīstība

Wi-Fi ir definēts IEEE 802.11 standartā. 1997. gadā izdotais sākotnējais standarts nodrošināja maksimālo tīkla joslas platumu 2 Mb/s. Jaunākajā, vēl neizdotajā tehnoloģijas versijā, kas definēta IEEE 802.11be un ko oficiāli paredzēts publicēt 2024. gada sākumā, paredzēts nodrošināt 40 Gb/s joslas platumu.

Tas ir fenomenāls joslas platuma ātruma pieaugums 20 000 reižu!!

Bezvadu tīkla joslas platuma vēsturiskā attīstība

Turpmāk ir parādīti galvenie Wi-Fi attīstības posmi, norādīti datumi, maksimālais ātrums un frekvences, kas izmantotas katrā standartā. Ir iekļauts arī Wi-Fi standarta oficiālais nosaukums, kas ir izmantots jaunākajās standarta iterācijās:

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

\* Paredzamais

Kas ietekmē Wi-Fi tīkla ātrumu?

Daudzi Wi-Fi tīkla faktori ietekmē sasniedzamo tīkla joslas platumu. Visvairāk joslas platumu ietekmē šādi faktori:

• Izmantotās frekvenču joslas
• Kanāla platums
• Modulēšanas metodes
• Antenu izvietojums
• Procesora jauda

Frekvenču joslas

Datu pārraidei izmantotā bezvadu signāla frekvence ietekmē bezvadu savienojuma maksimālo jaudu. Parasti, jo augstāka frekvence, jo lielāku ātrumu var sasniegt. Tas ir tāpēc, ka augstākām frekvencēm ir lielāka datu ietilpība un blīvuma iespējas.

Nelicencētas frekvenču joslas

Wi-Fi izmanto nelicencētas frekvenču joslas, kas ir pieejamas lielākajā daļā pasaules valstu. Nelicencētas vienkārši nozīmē, ka tās var brīvi izmantot bez iepriekšējas atļaujas saņemšanas, ja vien signāla stiprums nepārsniedz atļautās robežas. Šīs frekvenču joslas ir atrodamas 2,4 GHz, 5 GHz un 6 GHz diapazonā. Konkrētie diapazoni ir šādi:

• 2,4 GHz: 2,401 - 2,495 GHz ar 11 līdz 14 pārklājošiem kanāliem
• 5 GHz: 5,030 - 5,990 GHz ar vairāk nekā 25 nepārklājošiem kanāliem
• 6 GHz: 5,945 - 7,125 GHz ar vairāk nekā 50 nepārklājošiem kanāliem

Katram diapazonam pieejamo Wi-Fi kanālu skaits ir atkarīgs no attiecīgās pasaules valsts vai reģiona. Kanāla platums visiem trim diapazoniem ir 20 MHz.

Nākamajā attēlā ir parādīts frekvenču diapazons un kanāli, kas pieejami 2,4 GHz frekvenču joslā.

Ievērojiet, ka ir tikai trīs nepārklājošies kanāli, kas atzīmēti sarkanā krāsā. Pārējie pārklājas. Tas parāda, cik maza un neelastīga ir šī konkrētā Wi-Fi josla.

Interference

Turklāt tas, cik lielu joslas platumu varat sasniegt, ir atkarīgs arī no iespējamiem traucējumiem, ko bezvadu tīkla ierīcei radīs tuvumā esošie avoti, kas darbojas tajās pašās frekvencēs.

Interneta pakalpojumu sniedzēji interneta pieslēgumu bieži nodrošina ar bezvadu maršrutētājiem, kas darbojas tajās pašās frekvencēs, kurās darbojas citas bezvadu ierīces, tāpēc ir liela iespēja, ka var rasties traucējumi. 2,4 GHz josla ir ļoti pārpildīta, savukārt 5 un 6 GHz joslas ir daudz plašākas, ar mazāku traucējumu iespējamību un līdz ar to arī lielāku vidējo joslas platumu.

Kanāla platums

Katrs pieejamā spektra frekvenču diapazons nodrošina kanālus ar standarta platumu 20 MHz. Tomēr dažādos Wi-Fi standartos ir paredzēta kanālu savienošanas iespēja, lai veidotu plašākus bezvadu kanālus un palielinātu joslas platumu.

Standarti, kuros izmanto kanālu savienošanu

Piemēram, 802.11n standarts, kas darbojas 2,4 GHz frekvenču joslā, var savienot divus 20 MHz kanālus vienā 40 MHz kanālā, nodrošinot klientam lielāku joslas platumu. Līdzīgi 802.11ax, kas pazīstams arī kā Wi-Fi 6, var savienot vairākus kanālus vienā 40, 80 vai pat 160 MHz platā kanālā.

Kanālu savienošanas plusi un mīnusi

Kanālu savienošana ir būtisks sasniegums, kas ir palīdzējis panākt lielāku joslas platumu bezvadu tīklos. Tomēr kanālu savienošana aizņem lielāku pieejamā spektra daļu, tādējādi palielinot traucējumu iespējamību ar citām ierīcēm.

Modulācijas metodes

Modulācija ir metode, ar kuras palīdzību informācija tiek iekodēta bezvadu signālā. Jo efektīvāka modulācijas metode, jo lielāks datu blīvums signālā; tādējādi ir iespējams sasniegt lielāku ātrumu.

Sākotnējā 802.11 standartā kā modulācijas shēma izmantots tiešās secības izkliedētais spektrs (DSSS) un frekvenču pārlēcienu izkliedētais spektrs (FHSS). Vēlākajās standarta iterācijās tās nomainīja ortogonālā frekvenču dalīšanas multipleksācija (OFDM) un OFDM ar vairākiem ievadiem un vairākiem izvadiem (MIMO-OFDM).

Modulācijas veidi

Par MIMO mēs drīzumā runāsim nedaudz vairāk. OFDM ir nepārtraukti pilnveidots, izmantojot arvien blīvākus modulācijas veidus, kas ļauj vienā signālā ievietot vairāk datu. Šos modulācijas veidus sauc par kvadrātisko amplitūdas modulāciju (QAM).

Jaunākajā Wi-Fi standartā 802.11be paredzēts izmantot 4096-QAM jeb 4K-QAM, kas būtībā nodrošina 12 bitu datu uz vienu bezvadu signāla impulsu, kur 12 bitu dati var nodrošināt līdz pat 4096 dažādām vērtībām. Salīdziniet to ar vienu, diviem vai trim bitiem datu uz vienu bezvadu signāla impulsu, kas tika nodrošināti agrīnajos WI-Fi standartos.

Antenu izvietojums

Antenām ir liela nozīme, lai nodrošinātu lielāku lejupielādes un augšupielādes jaudu bezvadu tīkla savienojuma ātrumam. Lai palielinātu bezvadu LAN ātrumu, tiek izmantota metode, ko sauc par multiple-in, multiple-out jeb MIMO, izmantojot tā saukto daudzceļu izplatīšanos. Tā ir parādība, kas rodas bezvadu signāliem, kas rodas, tos atstarojot no dažādiem cietiem objektiem.

Ko dara MIMO?

MIMO izmanto vairākas antenas, lai saņemtu vairākus atstarotos signālus, tādējādi ļaujot vienlaicīgi sūtīt un saņemt vairākus datu signālus vienā radio kanālā. 802.11n, kas pirmais izmantoja MIMO, ļauj vienlaicīgi izmantot līdz pat četrām datu plūsmām. 802.11be standartā paredzēts nodrošināt līdz pat 16 vienlaicīgām datu plūsmām. Lieki piebilst, ka tas nodrošina lielāku jaudu un lielāku ātrumu,un papildu joslas platumu.

MIMO var izmantot kopā ar modulācijas tehniku, lai sasniegtu bezvadu standartiem noteikto augšupielādes ātrumu un lejupielādes jaudu.

Procesora jauda

Modulācijai, MIMO, kanālu pārvaldībai un datu blīvumam ir nepieciešama apstrādes jauda. Piekļuves punktiem, maršrutētājiem un klientiem ir jābūt ar procesora iespējām apstrādāt signālus ar lielāku ātrumu, lai sasniegtu šos uzlabotos bezvadu joslas platuma savienojumus, ko sola tos aprakstošie standarti.

Par laimi, arvien lielāka un lielāka procesora jauda tiek ievietota arvien mazākās ierīcēs, nodrošinot lielāku joslas platumu vairākām ierīcēm bezvadu tīklā.

Wi-Fi joslas platuma palielināšanas praktiskie ieguvumi

Neņemsimies sevi mānīties. Lielāks joslas platums vienmēr ir labāks jebkuros apstākļos. Bet kādas priekšrocības ir īpaši svarīgas bezvadu tīklam? Lūk, daži no lielākas joslas platuma izmantošanas faktoriem.

Interneta pakalpojumu sniedzēju nodrošinātais interneta ātrums

Interneta ātrums ir palielinājies jau kopš brīža, kad bija pieejami pirmie zvanāmā savienojuma modemi. Mūsdienās vietējais interneta pakalpojumu sniedzējs daudzviet pasaulē var nodrošināt vadu savienojuma ātrumu, kas pārsniedz 1 Gb/s. Lai izmantotu šos ātrumus, bezvadu joslas platuma prasībām ir jāsasniedz vismaz pieejamais interneta savienojuma ātrums.

Prasīgas tīkla lietojumprogrammas

Daudzām mūsdienu tīkla lietojumprogrammām un pakalpojumiem ir nepieciešams milzīgs joslas platums. Video straumēšana, mūzikas straumēšana, lielu failu koplietošana, virtuālā un papildinātā realitāte un modernās spēles bieži vien prasa milzīgus interneta resursus.

Mūsu arvien pieaugošās digitālās aktivitātes bezvadu ierīcēs, kā arī tas, ka vairāk ierīcēm ir nepieciešams vairāk datu, palielina pieprasījumu pēc bezvadu ātruma.

Kāda ir bezvadu ātruma nākotne?

Nešķiet, ka bezvadu sakaru ātruma pieaugumam būtu kādi dabiski ierobežojumi. Šo nepārtraukto pieaugumu veicina dažādi faktori, un tie ir šādi:

Nelicencētā radiofrekvenču spektra paplašināšana

Valdības nepārtraukti atbrīvo arvien vairāk frekvenču spektra Wi-Fi izmantošanai. Tas ietver frekvences 900 MHz, 3,65 GHz un 60 GHz diapazonā. Lai gan pašlaik tās nav nelicencētas, Federālā sakaru komisija (FCC) un citas regulatīvās iestādes visā pasaulē plāno atvērt jaunus diapazonus, jo pieprasījums palielinās.

Uzlabotas ierīču tehnoloģijas

Divjoslu Wi-Fi un divjoslu maršrutētājs ir tikai divi piemēri tehnoloģijām un ierīcēm, kas vēl pirms dažiem gadiem tika uzskatītas par inovācijām. Mūsdienu bezvadu ierīces ir daudz modernākas, ar milzīgu skaitļošanas jaudu un antenu izvietojumu. Paredzams, ka turpmākajos gados šīs inovācijas palielināsies, nodrošinot lielāku ātrumu un joslas platumu.

Pieprasījuma pieaugums

Interneta ātrums un prasīgākas lietojumprogrammas turpinās paaugstināt prasības attiecībā uz joslas platumu. Tas nākotnē tikai vēl vairāk palielinās prasības attiecībā uz bezvadu tīkla joslas platumu.

Secinājums

Runājot par Wi-Fi joslas platumu, ātrums attiecas uz daudzām lietām. Tomēr vissvarīgākā ir pieslēgtās ierīces augšupielādes jauda un lejupielādes ātrums. Tas ir svarīgākais rādītājs, pēc kura lietotāji vērtē bezvadu savienojuma kvalitāti. Tehnoloģijām attīstoties, mēs redzēsim arvien lielāku ātrumu, par kādu vēl pirms desmit gadiem varējām tikai sapņot.