معرفی استانداردهای وای-فای 802.11ac و 802.11n

چهار نسخه‌ی وای-فای 802.11

استاندارد802.11 برای ارتباط بی‌سیم در سال 1997 معرفی شده است. استانداردی که سرعت دانلود و آپلود باندها و کانال‌های ارتباطی و مودم‌ها و روترهای بی‌سیم و در واقع وای-فای را توضیح می‌دهد. سرعت وای-فای و قابلیت‌های آن به مرور زمان تغییر کرده اما تغییرات در حدی نیست که موسسه‌ی استانداردهای مهندسی برق و الکترونیک (به اختصار IEEE یا IEEE-SA) نام جدیدی انتخاب کند. به جای نام جدید، از حروف a، b و g و n استفاده شده و در نهایت 802.11ac در سال 2013 معرفی شده است. سال معرفی نسخه‌های جدید استاندارد وای-فای به قرار زیر است:

• 802.11a: سال 1999
• 802.11b: سال 1999
• 802.11g: سال 2003
• 802.11n: سال 2009
• 802.11ac: سال 2013

همان‌طور که اشاره شد، حروف فوق صرفاً به سرعت ارتباطی اشاره نمی‌کنند بلکه قابلیت‌ها هم تغییر می‌کند. مثلاً با معرفی 802.11ac در سال 2013، فرکانس ارتباطی 5 گیگاهرتزی به عنوان یک الزام جدید اضافه شد. آنچه تا سال 2013 متداول بوده، فرکانس 2.4 گیگاهرتز است. دقت کنید که 802.11n هم از فرکانس 5 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند اما این پشتیبانی به عنوان یک لازمه مطرح نشده و در نتیجه اغلب محصولات و به خصوص محصولات رده‌پایین و متوسط، فاقد باند فرکانس 5 گیگاهرتز و به اصطلاح تک‌بانده هستند.

تداخلی که بین وسایل مختلف بی‌سیم با فرکانس مشابه پیش می‌آید، به کمک فرکانس جدید و متفاوت 5 گیگاهرتزی از بین می‌رود.

سرعت وای-فای AC به لحاظ تبلیغاتی و روی کاغذ، بیش از یک گیگابیت بر ثانیه است، 1.3 گیگابیت بر ثانیه که سه برابر بیشتر از وای-فای 802.11n است ولیکن در دنیای واقعی، سرعت این دو استاندارد حداکثر 720 و 240 مگابیت بر ثانیه است.

اضافه شدن کانال‌های ارتباطی اضافی، پشتیبانی از MIMO (مخفف multiple-input and multiple-output و به معنی چند ورودی و چند خروجی است) و در نهایت افزایش محدوده‌ی ارتباطی نیز در سهولت استفاده و سرعت انتقال داد موثر است.

کانال ارتباطی و فرکانس ارتباطی، RX و TX در ارتباط بی‌سیم

ارتباط بی‌سیم از طریق وای-فای، بلوتوث یا هر روش دیگری، از طریق امواج حامل صورت می‌گیرد. موج حامل می‌تواند داده‌ای که به موج تبدیل شده را منتقل کند و خود دارای فرکانس مشخصی است. به عنوان مثال باند فرکانس ارتباطی 2.4 گیگاهرتز در بیشتر وسایل الکترونیکی مرسوم است.

تفاوت باند فرکانسی و کانال ارتباطی

فرکانس 2.4 گیگاهرتز فرکانس اصلی است و خود شامل چندین کانال جزئی است و می‌توان از کانال‌های مختلف برای ارتباط وسایل مختلف استفاده کرد. در این صورت تداخل امواج کمتر اتفاق می‌افتد.

به خاطر داشته باشید که باند فرکانسی با کانال‌های ارتباطی متفاوت است. مودم‌هایی دو بانده یا Dual Band از دو باند فرکانسی مختلف که معمولاً 2.4 گیگاهرتز سابق و 5 گیگاهرتز جدید است پشتیبانی می‌کنند و تداخل را کاهش می‌دهند.

به عنوان مثال برخی موس‌های بی‌سیم به همراه نرم‌افزاری جهت تنظیم کانال ارتباطی ارایه می‌شوند. می‌توان کانال فرضاً 14 را برای این موس انتخاب کرد تا فرکانس دقیق ارتباطی آن، به 2.5 گیگاهرتز نزدیک شود. مودم وای-فای منزل را هم می‌توان طوری تنظیم کرد که کانال ارتباطی آن 1 باشد و بدین ترتیب تداخل کمتری به وجود می‌آید. دقت کنید که موس‌ها و مودم‌ها و به طور کلی وسایل مجهز به وای-فای، به صورت خودکار کانال ارتباطی را انتخاب می‌کنند. بنابراین بدون انجام تنظیمات دقیق، ممکن است کانال ارتباطی همه‌ی آنها نزدیک به هم باشد و نتوان با خیال راحت از موس، هدست بی‌سیم، کیبورد بی‌سیم، تلویزیون هوشمند و گوشی‌های مجهز به وای-فای در مجاورت هم استفاده کرد!

هر کانال ارتباطی پهنای 20 یا 40 مگاهرتز دارد که می‌توان آن را به دلخواه انتخاب کرد.

تعداد آنتن و پیکربندی ارسال و دریافت مودم‌ها و روترها

در مودم‌ها و روترها RX و TX به معنی دریافت و ارسال (Recieve و Transmit) سیگنال است. در وای-فای 802.11n از حداکثر 4 ورودی و 4 خروجی و در واقع 4 استریم رفت و برگشت داده پشتیبانی می‌شود و مودمی با 4 ارسال و 4 دریافت به صورت زیر معرفی می‌شود:

چنین مودمی دارای 4 آنتن است؛ هر آنتن برای یک استریم ارتباطی. ممکن است تعداد ارسال و دریافت یکسان نباشد اما معمولاً تعداد ورودی و خروجی برابر است.

اگر وسایل قدیمی به مودم متصل شود، پهنای کانال 20 مگاهرتز خواهد بود و اگر وسایل جدید با پشتیبانی از پهنای کانال 40 مگاهرتز به آن متصل شوند، پهنای کانال ارتباطی 40 مگاهرتز خواهد بود. در وای-فای 802.11ac از 8 استریم رفت و برگشت داده پشتیبانی شده و پهنای هر کانال ارتباطی 80 مگاهرتز است و می‌توان کانالی با پهنای کانال 160 مگاهرتز هم تشکیل داد.

بنابراین پهنای باند وای-فای AC در قیاس با وای-فای N به مراتب بیشتر است، 8 در 160 مگاهرتز در برابر 4 در 40 مگاهرتز استاندارد قبلی و در واقع حداکثر پهنای باند 8 برابر بیشتر است. عملاً مودم‌هایی با 4 آنتن و بیشتر، کمتر تولید می‌شوند لذا بهتر است بگوییم روترها و مودم‌های AC حدود سه برابر سریع‌تر از روترهای 802.11n هستند.

دقت کنید که مودم‌ها و روترهای ارزان‌قیمت دارای 4 عدد RX و TX نیستند، به عنوان مثال دانگل HDMI مودم گیمینگی که ازراک چندی پیش معرفی کرده، از Wi-Fi N 2×2 بهره می‌برد. لذا نیمی از پهنای باند حداکثر استاندارد 802.11n را دارد.

مزایای مودم‌ها و روترهای AC چیست؟

منظور از مودم و روتر AC این است که پروتکل ارتباطی آن 802.11ac است. اولین مزیت این نوع مودم‌ها، پهنای باند طیفی بالاتر است. Spectral Bandwidth یا پهنای باند طیفی به سرعت ارسال داده در یک یا چندین باند فرکانسی مشخص گفته می‌شود.

دومین مزیت استاندارد AC مدولاسیون بهتر است. در وای-فای N از مدولاسیون 64-QAM استفاده می‌شود و در استاندارد جدید از 256-QAM.  عددی که در این عبارات می‌بینید، تعداد سیگنال‌هایی است که می‌توان در یک باند فرکانسی خاص منتقل کرد. با افزایش تعداد سیگنال‌های ارسالی، سرعت ارتباط وسایل بی‌سیم و همین‌طور کیفیت ارتباط بهبود پیدا می‌کند.

سومین و شاید مهم‌ترین مزیت مودم‌ها و روترهای AC این است که با نسخه‌های قبلی سازگار است. معمولاً در ارتباطات بی‌سیم حفظ سازگاری با استانداردهای قدیمی‌تر دشوار است اما وای-فای 802.11ac با 802.11b و g و n مشکلی ندارد. دقت کنید که سازگاری داشتن به این معنی است که مودم با سرعت بسیار پایین‌تری با وسایل قدیمی مجهز به وای-فای 802.11b ارتباط برقرار می‌کند و عملکرد بهینه نیست.

چهارمین مزیتی که به آن اشاره شد، باند ارتباطی جدید 5 گیگاهرتزی است. این باند ارتباطی فقط در وسایل جدید و سریع به کار رفته و لذا تداخل سیگنال به شدت کمتر است. حتی اگر تمام وسایل از باند فرکانسی 5 گیگاهرتز استفاده کنند هم با توجه به بالاتر بودن فرکانس امواج، نفوذ در دیوارهای بتونی، فولاد و … ساده‌تر خواهد بود و لذا محدوده‌ی کاربری بیشتر است.

آخرین مزیت beamforming یا شکل دادن به موج ارسالی است. مودم‌ها و روترهای AC می‌توانند موقعیت وسایل متصل شده را تا حدودی تشخیص داده و به جای ارسال سیگنال در تمام جهات به صورت یکسان (Omnidirectional) آنها را با قدرت بیشتر و در جهات خاص ارسال کنند. بدین ترتیب محدوده‌ی کاربری باز هم بیشتر می‌شود.