Vad är Wi-Fi-bandbredd? Allt om nätverkshastighet

Bandbredden i Wi-Fi-nätverk har ökat konstant under standardens livstid. I över två decennier har trådlösa nätverk upplevt en drastisk ökning av nätverkshastigheten.

I den här artikeln utforskar vi Wi-Fi-teknologins historia och utveckling och analyserar hur och varför den maximala hastigheten för tekniken har ökat... och fortsätter att göra det!

Utveckling av trådlösa nätverk

Wi-Fi definieras av IEEE 802.11-standarden. Den ursprungliga standarden, som släpptes 1997, gav högst 2 Mbps nätverksbandbredd. Den senaste, ännu inte släppta versionen av tekniken, som definieras av IEEE 802.11be och som förväntas bli officiellt publicerad i början av 2024, förväntas ge 40 Gbps bandbreddskapacitet.

Det är en fenomenal 20 000-faldig ökning av bandbreddshastigheten!!

Historisk utveckling av bandbredd för trådlösa nätverk

Nedan visas de viktigaste milstolparna i Wi-Fi-utvecklingen med datum, högsta hastighet och frekvenser som används av varje standard. Det officiella namnet på Wi-Fi-standarden som har använts för de senaste versionerna av standarden finns också med:

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

\* Uppskattad

Vad påverkar hastigheten på Wi-Fi-nätverk?

Många faktorer i ett Wi-Fi-nätverk påverkar den möjliga bandbredden i nätverket. De faktorer som påverkar bandbredden mest är bland annat:

• Frekvensband som används
• Kanalens bredd
• Moduleringsmetoder
• Antennarrangemang
• Processorkraft

Frekvensband

Frekvensen för den trådlösa signal som används för att överföra data påverkar den trådlösa länkens maximala kapacitet. Ju högre frekvens, desto högre hastigheter kan uppnås. Detta beror på att högre frekvenser har högre datakapacitet och täthet.

Olicensierade frekvensband

Wi-Fi använder olicensierade frekvensband som är tillgängliga i de flesta länder i världen. Olicensierade innebär helt enkelt att de kan användas fritt utan att man behöver få förhandstillstånd för att använda dem, så länge signalstyrkan håller sig inom de lagliga gränserna. Dessa frekvensband finns i frekvensområdena 2,4 GHz, 5 GHz och 6 GHz. De specifika frekvensområdena är:

• 2,4 GHz: 2,401-2,495 GHz med 11-14 överlappande kanaler.
• 5 GHz: 5,030 - 5,990 GHz med över 25 kanaler som inte överlappar varandra.
• 6 GHz: 5,945 - 7,125 GHz med över 50 kanaler som inte överlappar varandra.

Antalet tillgängliga Wi-Fi-kanaler för varje område beror på vilket land eller vilken region i världen det gäller. Kanalbredden för alla tre områdena är 20 MHz.

Följande bild visar frekvensområdet och de kanaler som är tillgängliga i 2,4 GHz-bandet.

Lägg märke till att det bara finns tre kanaler som inte överlappar varandra, de rödmarkerade. Resten överlappar varandra. Detta visar hur litet och oflexibelt det här Wi-Fi-bandet är.

Interferens

Hur stor bandbredd du kan uppnå beror dessutom på den potentiella störning som en trådlös nätverksenhet kan utsättas för från närliggande källor på samma frekvenser.

Internetleverantörer tillhandahåller ofta sin internetanslutning med trådlösa routrar som fungerar på samma frekvenser som andra trådlösa enheter, så risken för störningar är stor. 2,4 GHz-bandet är mycket trångt, medan 5 och 6 GHz-banden är mycket rymligare, med mindre risk för störningar och därmed en högre genomsnittlig bandbredd.

Kanalens bredd

Varje frekvensområde i det tillgängliga spektrumet ger kanaler med en standardbredd på 20 MHz. Olika Wi-Fi-standarder ger dock möjlighet att skapa bredare trådlösa kanaler för att öka bandbredden genom kanalbindning.

Standarder som använder channel bonding

Exempelvis kan 802.11n-standarden som används i 2,4 GHz-bandet sammanföra två 20 MHz-kanaler till en 40 MHz-kanal, vilket ger mer bandbredd till klienten. På samma sätt kan 802.11ax, även känd som Wi-Fi 6, sammanföra flera kanaler till en 40, 80 eller till och med 160 MHz bred kanal.

För- och nackdelar med kanalbindning

Kanalbindning är ett stort framsteg som har bidragit till att uppnå högre bandbredd för trådlösa nätverk. Kanalbindning tar dock mer av det tillgängliga spektrumet i anspråk, vilket ökar risken för interferens med andra enheter.

Modulationstekniker

Modulation är den metod genom vilken information kodas i den trådlösa signalen. Ju effektivare modulationsmetoden är, desto högre datatäthet i signalen, vilket innebär att högre hastigheter kan uppnås.

Den ursprungliga 802.11-standarden använder Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) och Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) som modulationsschema, som i senare versioner av standarden ersattes av Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) och Multiple Input Multiple Output OFDM (MIMO-OFDM).

Modulationstyper

Vi kommer att tala lite mer om MIMO inom kort. OFDM har kontinuerligt förbättrats genom användning av allt tätare modulationstyper, vilket gör att mer data kan packas in i samma signal. Dessa modulationstyper kallas QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Den senaste Wi-Fi-standarden 802.11be är tänkt att använda 4096-QAM eller 4K-QAM, vilket i princip ger 12 bitar data per trådlös signalpuls, där 12 bitar data kan ge upp till 4096 olika värden. Jämför detta med de en, två eller tre bitar data per trådlös signalpuls som gavs i de tidiga Wi-Fi-standarderna.

Antennarrangemang

Antenner spelar en viktig roll för att ge större nedladdnings- och uppladdningskapacitet för trådlösa nätverksanslutningar. En teknik som kallas multiple-in, multiple-out eller MIMO används för att öka hastigheten på ett trådlöst LAN genom att dra nytta av det som kallas multipath propagation. Detta är ett fenomen som uppstår med trådlösa signaler och som beror på att de reflekteras av olika fasta föremål.

Vad gör MIMO?

MIMO använder flera antenner för att ta emot flera reflekterade signaler, vilket gör det möjligt att sända och ta emot flera datasignaler samtidigt på samma radiokanal. 802.11n, som var den första som använde MIMO, tillåter upp till fyra samtidiga dataströmmar. 802.11be-standarden väntas ge upp till 16 samtidiga dataströmmar. Det behöver inte sägas att detta resulterar i en större kapacitet och högre hastigheter,och ytterligare bandbredd.

MIMO kan användas tillsammans med modulationstekniken för att uppnå de uppladdningshastigheter och den nedladdningskapacitet som trådlösa standarder har definierat.

Processorkraft

Modulation, MIMO, kanalhantering och datatäthet kräver processorkraft. Accesspunkter, routrar och klienter måste alla ha CPU-kapacitet för att kunna bearbeta signaler i högre hastigheter för att kunna uppnå de förbättrade trådlösa bandbreddsanslutningar som utlovas i de standarder som beskriver dem.

Lyckligtvis kan allt högre CPU-kapacitet packas in i allt mindre enheter, vilket ger större bandbredd till flera enheter i ett trådlöst nätverk.

Praktiska fördelar med ökad WiFi-bandbredd

Låt oss inte lura oss själva: Mer bandbredd är alltid bättre under alla omständigheter. Men vilka fördelar är särskilt viktiga för trådlösa nätverk? Här är några av drivkrafterna bakom större bandbredd.

Internethastighet som tillhandahålls av leverantörer av Internettjänster

Internethastigheten har ökat ända sedan de första uppringningsmodemen fanns tillgängliga. I dag kan den lokala Internetleverantören leverera trådbundna anslutningshastigheter på över 1 Gbps i många delar av världen. För att dra nytta av dessa hastigheter måste kraven på trådlös bandbredd vara minst lika höga som hastigheten på den tillgängliga Internetanslutningen.

Krävande nätverkstillämpningar

Många av dagens nätverkstillämpningar och -tjänster kräver enorm bandbredd. Videoströmning, strömmande musik, delning av stora filer, virtuell och förstärkt verklighet samt moderna spel kräver ofta enorma internetresurser.

Vår ständigt ökande digitala aktivitet på trådlösa enheter och det faktum att fler enheter kräver mer data ökar efterfrågan på trådlösa hastigheter.

Hur ser framtiden ut för trådlösa hastigheter?

Det verkar inte finnas någon naturlig gräns för ökningen av trådlösa kommunikationshastigheter. Olika faktorer bidrar till denna kontinuerliga ökning, bland annat:

Utvidgning av det olicensierade spektrumet

Regeringar frigör kontinuerligt fler frekvensspektrum för Wi-Fi-användning. Detta inkluderar frekvenser inom 900 MHz, 3,65 GHz och 60 GHz. Även om dessa frekvenser för närvarande inte är olicensierade har Federal Communications Commission (FCC) och andra regleringsorgan runt om i världen planer på att öppna upp nya frekvensområden när efterfrågan ökar.

Avancerad teknik för anordningar

Wi-Fi med dubbla band och router med dubbla band är bara två exempel på teknik och utrustning som ansågs vara innovationer för bara några år sedan. Dagens trådlösa enheter är mycket mer avancerade, med enorm processorkraft och antennarrangemang. Denna innovation förväntas öka och ge mer hastighet och bandbredd under de kommande åren.

Ökad efterfrågan

Internethastigheten och mer krävande tillämpningar kommer att fortsätta att ställa högre krav på bandbredd, vilket bara kommer att öka kraven på bandbredd för trådlösa nätverk ytterligare i framtiden.

Slutsats

Hastighet avser många saker när vi talar om Wi-Fi-bandbredd. Den viktigaste är dock en ansluten enhets uppladdningskapacitet och nedladdningshastighet. Detta är det viktigaste måttet för att användare ska kunna bedöma kvaliteten på en trådlös anslutning. I takt med att tekniken utvecklas kommer vi att få se allt högre hastigheter som vi bara kunde drömma om för ett decennium sedan.