Čo je šírka pásma Wi-Fi? Všetko o rýchlosti siete

Šírka pásma sietí Wi-Fi sa počas existencie tohto štandardu neustále zvyšuje. Už viac ako dve desaťročia dochádza v bezdrôtových sieťach k prudkému nárastu rýchlosti siete.

V tomto článku sa budeme zaoberať históriou a vývojom Wi-Fi a analyzovať, ako a prečo sa maximálna rýchlosť tejto technológie zvýšila... a stále sa zvyšuje!

Vývoj bezdrôtovej siete

Wi-Fi je definované štandardom IEEE 802.11. Pôvodný štandard vydaný v roku 1997 poskytoval maximálnu šírku pásma siete 2 Mb/s. Najnovšia, zatiaľ nevydaná verzia technológie definovaná štandardom IEEE 802.11be, ktorá by mala byť oficiálne zverejnená začiatkom roka 2024, by mala poskytovať kapacitu 40 Gb/s.

To je fenomenálne 20 000-násobné zvýšenie rýchlosti pásma!!

Historický vývoj šírky pásma bezdrôtovej siete

Nasledujúci prehľad znázorňuje hlavné míľniky vývoja Wi-Fi a obsahuje dátumy, maximálnu rýchlosť a frekvencie používané v jednotlivých štandardoch. Zahrnutý je aj oficiálny názov štandardu Wi-Fi, ktorý sa používa pre najnovšie iterácie štandardu:

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

\* Odhadovaný

Čo ovplyvňuje rýchlosť siete Wi-Fi?

Na dosiahnuteľnú šírku pásma siete Wi-Fi vplýva mnoho faktorov. Medzi tie, ktoré najviac ovplyvňujú šírku pásma, patria:

• Použité frekvenčné pásma
• Šírka kanála
• Metódy modulácie
• Usporiadanie antén
• Výkon procesora

Frekvenčné pásma

Frekvencia bezdrôtového signálu používaného na prenos údajov ovplyvňuje maximálnu kapacitu bezdrôtového spojenia. Zvyčajne platí, že čím vyššia je frekvencia, tým vyššie rýchlosti možno dosiahnuť. Je to preto, že vyššie frekvencie majú vyššiu kapacitu a schopnosť hustoty prenosu údajov.

Nelicencované frekvenčné pásma

Wi-Fi využíva nelicencované frekvenčné pásma, ktoré sú k dispozícii vo väčšine krajín na celom svete. Nelicencované jednoducho znamená, že ich možno voľne používať bez predchádzajúceho povolenia na ich používanie, pokiaľ sila signálu zostáva v zákonných medziach. Tieto frekvenčné pásma sa nachádzajú v rozsahu 2,4 GHz, 5 GHz a 6 GHz. Konkrétne rozsahy sú tieto:

• 2,4 GHz: 2,401 - 2,495 GHz s 11 až 14 prekrývajúcimi sa kanálmi
• 5 GHz: 5,030 - 5,990 GHz s viac ako 25 neprekrývajúcimi sa kanálmi
• 6 GHz: 5,945 - 7,125 GHz s viac ako 50 neprekrývajúcimi sa kanálmi

Počet dostupných kanálov Wi-Fi pre každý rozsah závisí od príslušnej krajiny alebo regiónu sveta. Šírka kanála pre všetky tri rozsahy je 20 MHz.

Nasledujúci obrázok zobrazuje frekvenčný rozsah a kanály dostupné v pásme 2,4 GHz.

Všimnite si, že sa neprekrývajú iba tri kanály, ktoré sú označené červenou farbou. Ostatné sa prekrývajú. To ilustruje, aké malé a nepružné je toto konkrétne pásmo Wi-Fi.

Interferencia

Okrem toho, akú šírku pásma môžete dosiahnuť, závisí aj od potenciálneho rušenia, ktoré bude bezdrôtové sieťové zariadenie pociťovať z blízkych zdrojov na rovnakých frekvenciách.

Poskytovatelia internetových služieb často poskytujú svoje internetové pripojenie pomocou bezdrôtových smerovačov, ktoré fungujú na rovnakých frekvenciách ako iné bezdrôtové zariadenia, takže potenciál rušenia je veľký. 2,4 GHz pásmo je veľmi preplnené, zatiaľ čo 5 a 6 GHz pásma sú oveľa priestrannejšie, s menším potenciálom rušenia, a teda s väčšou priemernou šírkou pásma.

Šírka kanála

Každý frekvenčný rozsah v dostupnom spektre poskytuje kanály so štandardnou šírkou 20 MHz. Rôzne štandardy Wi-Fi však poskytujú možnosť spájania kanálov na vytvorenie širších bezdrôtových kanálov s cieľom zvýšiť šírku pásma.

Štandardy využívajúce spájanie kanálov

Napríklad štandard 802.11n pracujúci v pásme 2,4 GHz môže spojiť dva 20 MHz kanály do jedného 40 MHz kanála, čím klientovi poskytne väčšiu šírku pásma. Podobne aj štandard 802.11ax, známy aj ako Wi-Fi 6, môže spojiť viacero kanálov do 40, 80 alebo dokonca 160 MHz širokého kanála.

Výhody a nevýhody spájania kanálov

Spájanie kanálov je významným pokrokom, ktorý pomohol dosiahnuť vyššiu šírku pásma bezdrôtových sietí. Spájanie kanálov však zaberá viac dostupného spektra, čím sa zvyšuje možnosť rušenia iných zariadení.

Modulačné techniky

Modulácia je metóda, ktorou sa informácie kódujú do bezdrôtového signálu. Čím je metóda modulácie účinnejšia, tým je hustota dát v signále vyššia, a tým je možné dosiahnuť vyššie rýchlosti.

Pôvodný štandard 802.11 používa ako modulačnú schému rozprestreté spektrum s priamou sekvenciou (DSSS) a rozprestreté spektrum s frekvenčným skokom (FHSS). Tieto schémy v neskorších iteráciách štandardu ustúpili ortogonálnemu multiplexovaniu s frekvenčným delením (OFDM) a multiple-input multiple-output OFDM (MIMO-OFDM).

Typy modulácie

O MIMO si povieme čoskoro trochu viac. Pokiaľ ide o OFDM, neustále sa zdokonaľuje vďaka používaniu stále hustejších typov modulácie, čo vedie k tomu, že sa do toho istého signálu vmestí viac údajov. Tieto typy modulácie sa nazývajú kvadratúrna amplitúdová modulácia (QAM).

Najnovší štandard Wi-Fi definovaný štandardom 802.11be má používať 4096-QAM alebo 4K-QAM, ktorý v podstate poskytuje 12 bitov dát na jeden impulz bezdrôtového signálu, pričom 12 bitov dát môže poskytovať až 4096 rôznych hodnôt. Porovnajte to s jedným, dvoma alebo tromi bitmi dát na jeden impulz bezdrôtového signálu poskytovanými v prvých štandardoch WI-Fi.

Usporiadanie antén

Antény zohrávajú hlavnú úlohu pri poskytovaní väčšej kapacity sťahovania a odosielania dát v prípade rýchlosti pripojenia k bezdrôtovej sieti. Na zvýšenie rýchlosti bezdrôtovej siete LAN sa používa technika nazývaná multiple-in, multiple-out alebo MIMO, ktorá využíva tzv. viaccestné šírenie. Ide o jav, ktorý sa vyskytuje pri bezdrôtových signáloch a ktorý je výsledkom ich odrazu od rôznych pevných objektov.

Čo robí MIMO?

MIMO využíva viacero antén na príjem viacerých odrazených signálov, čo umožňuje súčasné vysielanie a prijímanie viacerých dátových signálov cez ten istý rádiový kanál. 802.11n, ktorý ako prvý využíva MIMO, umožňuje až štyri súčasné dátové toky. Očakáva sa, že štandard 802.11be bude poskytovať až 16 súčasných dátových tokov. Netreba zdôrazňovať, že to vedie k väčšej kapacite a vyšším rýchlostiam,a dodatočnú šírku pásma.

MIMO možno použiť s technikou modulácie na dosiahnutie rýchlosti odosielania a kapacity sťahovania, ktoré definovali bezdrôtové normy.

Výkon procesora

Modulácia, MIMO, správa kanálov a hustota dát si vyžadujú výpočtový výkon. Prístupové body, smerovače a klienti musia mať procesorové kapacity na spracovanie signálov pri vyšších rýchlostiach, aby sa dosiahla zvýšená šírka bezdrôtového pásma, ktorú sľubujú normy, ktoré ich popisujú.

Našťastie sa do čoraz menších zariadení vkladá čoraz vyšší výkon procesora, ktorý poskytuje väčšiu šírku pásma viacerým zariadeniam v bezdrôtovej sieti.

Praktické výhody zvýšenej šírky pásma WiFi

Nebudeme si klamať, väčšia šírka pásma je vždy lepšia za každých okolností. Aké výhody sú však obzvlášť dôležité pre bezdrôtové pripojenie? Tu je niekoľko faktorov, ktoré podporujú väčšiu šírku pásma.

Rýchlosť internetu poskytovaná poskytovateľmi internetových služieb

Rýchlosť internetu sa zvyšuje už od čias, keď boli k dispozícii prvé modemy s vytáčaným pripojením. Dnes môže miestny poskytovateľ internetu v mnohých častiach sveta poskytovať káblové pripojenie rýchlosťou presahujúcou 1 Gb/s. Aby bolo možné využiť tieto rýchlosti, musia požiadavky na šírku pásma bezdrôtového pripojenia dosiahnuť aspoň rýchlosť dostupného internetového pripojenia.

Náročné sieťové aplikácie

Mnohé dnešné sieťové aplikácie a služby si vyžadujú obrovskú šírku pásma. Streamovanie videa, streamovanie hudby, zdieľanie veľkých súborov, virtuálna a rozšírená realita a moderné hry si často vyžadujú obrovské internetové zdroje.

Naša stále rastúca digitálna aktivita na zariadeniach využívajúcich bezdrôtové pripojenie a skutočnosť, že viac zariadení vyžaduje viac dát, zvyšuje dopyt po rýchlosti bezdrôtového pripojenia.

Aká je budúcnosť bezdrôtových rýchlostí?

Zdá sa, že neexistuje žiadny náznak prirodzeného obmedzenia zvyšovania rýchlosti bezdrôtovej komunikácie. K tomuto neustálemu zvyšovaniu prispievajú rôzne faktory, medzi ktoré patria:

Rozširovanie bezlicenčného spektra

Vlády neustále uvoľňujú ďalšie frekvenčné spektrá na používanie Wi-Fi. Patria sem frekvencie v pásmach 900 MHz, 3,65 GHz a 60 GHz. Hoci v súčasnosti nie sú bezlicenčné, Federálna komunikačná komisia (FCC) a ďalšie regulačné orgány na celom svete plánujú s rastúcim dopytom uvoľniť nové pásma.

Pokrokové technológie zariadení

Dvojpásmové Wi-Fi a dvojpásmový router sú len dva príklady technológií a zariadení, ktoré sa ešte pred niekoľkými rokmi považovali za inovácie. Dnešné bezdrôtové zariadenia sú oveľa pokročilejšie, majú obrovský výpočtový výkon a usporiadanie antén. Očakáva sa, že tieto inovácie sa budú v nasledujúcich rokoch zvyšovať a prinesú väčšiu rýchlosť a šírku pásma.

Zvýšenie dopytu

Rýchlosť internetu a náročnejšie aplikácie budú aj naďalej vyžadovať väčšiu šírku pásma. To bude v budúcnosti len ďalej zvyšovať požiadavky na šírku pásma bezdrôtových sietí.

Záver

Keď hovoríme o šírke pásma Wi-Fi, rýchlosť sa vzťahuje na mnoho vecí. Najdôležitejšia je však kapacita odosielania a rýchlosť sťahovania pripojeného zariadenia. Ide o najdôležitejšie meradlo, podľa ktorého používatelia posudzujú kvalitu bezdrôtového pripojenia. S technologickým pokrokom budeme svedkami stále vyšších rýchlostí, o ktorých sme ešte pred desiatimi rokmi mohli len snívať.