Wi-Fi – это технология, которая использует радиоволны, чтобы компьютеры, смартфоны, умные часы и другие электронные устройства получали доступ в Интернет, а также общались друг с другом в беспроводной персональной сети.
Постоянно разрабатываются новые поколения стандартов Wi-Fi, которые имеют более высокие характеристики, обычно это скорость и удобство использования. Тем не менее, новая версия по некоторым параметрам всегда пересекается с предыдущей. Поэтому тем, кто использует Wi-Fi и интернет-технологии, нужно знать основные различия между Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6. Например, чтобы выбрать наиболее подходящую версию.
В серии статей мы рассмотрим, какие новые и улучшенные технологии используются в Wi-Fi 6 по сравнению с Wi-Fi 5. Вы узнаете, за счёт чего увеличена скорость, как обновили MIMO, что такое Target Wake Time, BSS Coloring, и многое другое.
QAM-модуляция и скорость передачи данных
Скорость передачи данных – это одно из основных требований, которое пользователи предъявляют к сети Wi-Fi и роутерам. Каждое следующее поколение Wi-Fi поддерживает более высокую скорость.
Теория: радиоволны, модуляция и спектр.
Максимальная скорость Wi-Fi 6 увеличена до 9,6 Гбит/с, что примерно на 40% выше, чем скорость Wi-Fi 5 (6,9 Гбит/с).
Скорость Wi-Fi зависит от величины QAM (квадратурной амплитудной модуляции) и количества устройств, подключенных к одной точке доступа или маршрутизатору. При QAM-модуляции сигнал кодируется частотами с одной длиной волны, но со сдвигом по фазе. К примеру, модуляция 16-QAM передает 4 бита информации, а модуляция 256-QAM — 8 бит
В Wi-Fi 5 используется модуляция 256-QAM. При этом теоретическая максимальная скорость передачи данных Wi-Fi 5 составляет 6,9 Гбит/с, хотя в реальных условиях стандарт 802.11ac имеет среднюю скорость около 200 Мбит/с. Кроме того, технология Wi-Fi 5 MU-MIMO (о ней мы расскажем позже) позволяет подключать одновременно только четыре устройства. Большее количество устройств приведет к перегрузке и совместному использованию полосы пропускания, что снизит скорости для каждого устройства.
Стандарт Wi-Fi 6 более предпочтительный вариант с точки зрения скорости, особенно когда речь идет о перегруженных сетях. Он использует модуляцию 1024-QAM, когда каждый символ передает 10 бит по сравнению с 8 битами для Wi-Fi 5. Это позволяет вместить на 25% больше информации и обеспечить теоретическую максимальную скорость до 9,6 Гбит/с.
Стоит отметить, что в этом случае растет требование к качеству сигнала, так как передача большего объема данных повышает вероятность их потери при прохождении через препятствия. Из-за этого схема модуляции более высокого порядка будет работать только при большом соотношении сигнал/шум, то есть хорошем качестве сигнала.
Однако, несмотря на то, что Wi-Fi 6 безусловно быстрее, разница между скоростями Wi-Fi 5 и Wi-Fi 6 на одно устройство не так велика, а реальное преимущество в скорости достигается, когда к сети Wi-Fi подключено несколько устройств.
Виды модуляции
Wi-Fi 6 поддерживает модуляцию 1024-QAM (2^10 бит/символ). Это увеличивает скорость на 25% по сравнению с модуляцией 256-QAM (2^8 бит/символ), используемой стандартом Wi-Fi 5. Это улучшение похоже на оптимизацию дорожного полотна. Мы можем сузить ширину полосы, то есть увеличить число полос, не вызывая заторов на дорогах.
Источник: dzen.ru
Выходной сигнал DVB -Тпередатчика
Для передачи информации в системе вещания DVB — Т используется модуляция OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплексирование с разделением на ортогональные частоты). В рабочей полосе частот OFDM сигнал представляет собой набор несущих, каждая из которых модулирована по амплитуде и фазе.
Рис. 31 — Спектр сигнала DVB — Т.
Стандартом предусмотрено использование нескольких способов модуляции несущих — QPSK (или 4 — QAM), 16 — QAM, 64 — QAM.
Модуляция QPSK
Для примера возьмем одну из 6817 несущих (режим 8К). Эта несущая будет иметь одно значение амплитуды, но при этом могут быть четыре варианта фазы этой несущей. Соответственно возможно одной несущей в конкретный момент времени (в течении 896 мкс) передать информацию о состоянии двух битов.
Рис. 32 — Вектор несущей в режиме QPSK.
Модуляция 16 — QAM
В случае модуляции 16 — QAM каждая несущая может иметь 3 значения амплитуды и 12 значений фазы. В конкретный момент времени каждая несущая несет информацию 4 бита. Соседние по горизонтали и вертикали символы отличаются только в одном бите. Следовательно, если при демодуляции происходит ошибка из-за помех и за демодулированный символ принимается соседний (а такие ошибки наиболее вероятны), то это приводит к ошибке только в одном бите.
Рис. 33 — Возможный вектор несущей в режиме 16 — QAM.
Модуляция 64 — QAM
В случае модуляции 64 — QAM каждая несущая может иметь 9 значения амплитуды и 48 значения фазы. В конкретный момент времени каждая несущая несет информацию 6 бит.
Рис. 34 — Возможный вектор несущей в режиме 64 — QAM.
Иерархический режим
Иерархический режим нужен для одновременной передачи двух транспортных потоков. Например, один транспортный поток предназначен для мобильных телевизоров. В этом случае требуется достаточно низкая скорость передачи и используется самый помехоустойчивый режим — QPSK. Второй транспортный поток предназначен для стационарного приема и имеет больше скорость, но значительно меньше помехоустойчивость.
При иерархической передаче применяется неоднородная квадратурная модуляция. Особенности иерархической передачи (16 — QAM) иллюстрируют диаграммы рисунка 27. Каждая точка диаграммы определяется четырьмя битами, из которых yO,q’ и уl,q’ являются битами высшего приоритета, a y2,q’ и y3,q’ — низшего. Как видно, четыре явно выраженные группы по четыре точки характеризуются одинаковыми битами высшего приоритета.
Расположение точек векторной диаграммы зависит от параметра модуляции, обозначаемого в системе DVB — Т буквой а. Этот параметр равен отношению расстояния между соседними точками в двух разных квадрантах к расстоянию между точками в одном квадранте. Стандарт DVB — Т предусматривает три значения параметра. При использовании однородной модуляции параметр устанавливается равным 1, в случае неоднородной: а-2 или а=4 (рис. 35а и 356).
Рис. 35 Возможный вектор несущей в режиме 16 — QAM с параметром модуляции а=2 и а=4.
Источник: bstudy.net
Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)
Данный способ модуляции относится к комбинированным. В случае QAM промодулированный сигнал представляет собой сумму двух ортогональных несущих: косинусоидальной и синусоидальной, амплитуды, которых принимают независимые дискретные значения.
где Uc — амплитуда сигнала; щc — частота несущей,
c1(t), c2(t) — модулирующие сигналы в квадратурных каналах.
При приеме сигнала с QAM производится когерентное детектирование.
Если модулирующие сигналы c1(t), c2(t) принимают значения ±1, то получим QAM-4 (четырехпозиционную QAM). Если же для модуляции как в синфазном, так и в квадратурном каналах используются четырехуровневые сигналы c(t) = ±1; ±3, то при этом получается 16-позиционная QAM (QAM-16), которую можно описать выражением (4) и представить в фазово-амплитудном пространстве в виде специального рисунка 2, где точками показаны положения концов вектора сигнала At при различных значениях i. Оси координат на рисунке 2 соответствуют синфазной J и квадратурной Q составляющим сигнала. Кроме модуляции типа QAM-16 в системах цифрового телевидения широко используется QAM-64. В данном случае числа в обозначениях типа модуляции означают количество вариантов суммарного сигнала.
Рисунок 2 — Векторная диаграмма возможных состояний сигнала при QAM-16 (х = 1).
Расположение сигнальных точек в фазово-амплитудном пространстве при различных типах QAM определяют сигнальные созвездия модулированных сигналов.
Практически используются как обычные равномерные, так и неравномерные сигнальные созвездия с различными расстояниями между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах, что количественно оценивается коэффициентом неравномерности сигнального созвездия х- Данный параметр равен отношению расстояния между соседними точками в двух разных квадрантах к расстоянию между точками в одном квадранте. Применительно к модуляции типа QAM-16 и 64 рекомендуются три значения коэффициента х.
X = 1 соответствует обычной QAM с равномерным сигнальным созвездием (рис. 2); % = 2 характеризует QAM с неравномерным сигнальным созвездием, когда расстояние между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах в два раза больше расстояния в пределах одного квадранта (рис. 3,а); %= 4 оценивает QAM с неравномерным сигнальным созвездием, когда различие расстояний между точками внутри и между квадрантами является четырехкратным (рис. 3,6).
Применение неравномерной структуры сигнальных созвездий с коэффициентами %=2, Х=4 обеспечивает улучшение декодирования потока данных, модулированных методами QAM-16 и QAM-64. Однако при этом требуется увеличение отношения сигнал-шум для потока данных, так как шумы и помехи трансформируют сигнальные точки созвездия в «облака». Центром «облака» остается сигнальная точка, а его «размытость» характеризует остаточный уровень несущей, нарушение баланса уровней сигналов J и Q, коэффициент модуляционных состояний сигнала при QAM-16 (х = 2) состояний сигнала при QAM-16 (х = 4) ошибок и другие параметры.
При очень сильном шуме различить сигнальные точки внутри квадрантов становится практически невозможным. Однако благодаря введенной неравномерности в сигнальные созвездия сигнальные точки между квадрантами различаются достаточно хорошо, т. е. декодирование может осуществляться с приемлемой вероятностью ошибок.
Для получения QAM сигнала можно использовать квадратурную схему модулятора, показанную на рис. 4.
Последовательность двоичных символов х0, xh х2, подается на последовательно-параллельный преобразователь ППП. Здесь двоичные символы группируются в модуляционные символы по N бит. Старшие разряды x 0, x 1 выделяются отдельно и служат для управления фазовращателями УФ 1 , УФQв каналах I и Q. Фазовращатели изменяют фазу несущего колебания на 180°,, если х0 = 1 и x 1= 1.
Рисунок 4 — Структурная схема модулятора QAM
Таким образом, определяется квадрант сигнального созвездия, в котором будут находиться позиции суммарного вектора несущей U? . Сочетание 00 соответствует первому квадранту, 10 — второму, 11 — третьему, 01 — четвертому. Младшие разряды модуляционного символа разделяются на четные х2, х4, .. и нечетные х3, х5, которые затем поступают в кодер Грея. В этом кодере производится перекодировка полученных символов в код Грея для того одном бите. В Таблице 2 представлены натуральные двоичные числа и соответствующие им коды Грея.
Таблица 2- натуральные двоичные числа и соответствующие им коды Грея
Источник: studwood.net