Définition de la norme wifi 802.11n
La norme IEEE 802.11n se fonde sur les précédentes normes de 802.11 en y ajoutant la technologie des entrées-sorties multiples (MIMO) et l'utilisation d'une fréquence de 40 MHz pour le fonctionnement de la couche physique (PHY). La technologie MIMO utilise plusieurs antennes émettrices/rééceptrices pour améliorer la performance du système. La fréquence de 40 MHz utilise des bandes passantes plus larges, comparativement à la fréquence de 20 MHz des précédentes normes 802.11, avec comme résultat des débits de données plus élevés. Les largeurs de bandes plus larges sont plus rentables au niveau du coût et plus faciles à accomplir avec une augmentation modérée dans le traitement numérique du signal.
Des canaux wifi à 40 Mhz
Si ils sont correctements implémentés, les canaux 40-MHz peuvent fournir plus que deux fois de bande passante utilisable que les canaux 20Mhz des normes 802.11 actuelles. L'utilisation couplée de la technologie MIMO avec des canaux utilisant une bande passante plus large offre la possibilité de créer des approches très puissantes et rentables pour augmenter le taux de transfert physique. MIMO peut offrir de nombreux avantages, tous tirés de la capacité de traiter simultanément différents signaux spatialement. Deux avantages importants étudiés ici concerne la diversité des antennes et du multiplexage spatial. Le multiplexage spaciale est un principe consistant à utiliser des données provenant de chemins (au niveau des ondes wifis) différents en utilisant des antennes séparée au niveau électronique et spacial (emplacement, orientation, longueur, etc...). En utilisant plusieurs antennes, la technologie MIMO offre la possibilité de recevoir de façon cohérente les informations.
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Les possibilités de la technologie MIMO
Une autre opportunité que la technologie MIMO peut fournir est le Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM multiplexe spatialement de multiples flux de données indépendant qui sont transmis simultanément à l'intérieur d'un canal. La technologie MIMO SDM peut augmenter considérablement le débit des données étant donné que le nombre de flux de données spatiales utililisables est augmenté. Chaque flux (de donnée) spatiale nécessite sa propre paire d'antenne TX/RX (transmission/réception) à chaque extrémité de la transmission. L'utilisation de MIMO nécessite des fréquences radios séparées ce qui implique un circuit de traitement du signal pour chaque antenne MIMO. Cette complexité croissante du matériel se traduit en fin de compte par une augmentation des coûts de mise en oeuvre car des systèmes plus performants sont requis.
Une deuxième technologie en cours d'implémentation dans la norme 802.11n est la liaison de canaux, qui permet d'utiliser simultanément deux canaux ne se chevauchant pas, pour la transmission des données. ce qui augmente la capacité quantité de données pouvant être transmises.
Une troisième technologie 802.11n est appelée "payload optimization" ou "packet aggregation" pour optimisation de la charge utile effectuée par l'agrégation de paquets. En des termes plus simple cela signifie que plus de données peuvent être contenues dans chaque paquet transmis.
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Encodage des données 802.11n
L'émetteur et le récepteur 802.11n utilisent des techniques de précodage et de postcodage, pour atteindre la capacité d'un lien MIMO. Le précodage comprend la formation spatiale d'un faisceau et le codage spacial. La formation du faisceau améliore la qualité du signal reçu au moment du décodage. Le codage spacial permet d'augmenter le débit via un multiplexage spatial et d'augmenter la portée en exploitant la diversité spatiale, grâce à des techniques telles que le codage Alamouti.
Différences au niveau du nombre d'antennes
Le nombre de flux de données simultanés est limité par le nombre minimum d'antennes en service des deux côtés de la liaison. Cependant, les radios individuelles limitent souvent davantage le nombre de flux spatiaux qui peuvent transporter des données unique. L'indice [ A X B : C ] aide à identifier les capacités d'une radio donnée.
(A) est le nombre maximum d'antennes de transmission ou de fréquences radios qui peuvent être utilisées simultanément par la radio.
(B) est le nombre maximum d'antennes de réception ou de fréquences qui peuvent être utilisées simultanément par la radio.
(C) est le nombre maximum de flux de données spatiales peuvant être utilisé par la radio.
Par exemple, une radio pouvant transmettre sur deux antennes, recevoir sur trois, mais permettant seulement d'envoyer ou de recevoir deux flux de données donne [2 X 3 : 2].
Le draft 802.11n permet un maximum de [4 X 4: 4], toutefois, la certification de l'alliance Wi-Fi 802.11n Draft 2.0 permet seulement deux flux de données spatiales. Le configuration courantes des appareils certifiés par l'Alliance Wi-Fi Draft 2.0 sont [2 X 2 : 2], [2 X 3 : 2] et [3 X 3 : 2].
Toutes les trois configurations ont les mêmes fonctionnalités et débits maximum et diffèrent uniquement par le nombre de d'antenne à disposition.
L'aggrégation de Frame
Le principal fonctionnalité améliorée se situe au niveau de la gestion de l'adresse MAC (Medium Access Controller) par l'agrégation de Frame.
Deux types d'agrégation sont définis :
1. L'agrégation des MSDU (MAC service data units pour Unités de données du service MAC) qui se fait à haut-niveau (qui est appelée agrégation A-MSDU)
2. L'agrégation des MPDU (MAC protocol data units pour unités de données du protocole MAC ou plus simplement Frame) qui se fait à bas-niveau (que est appelée agrégation A-MPDU)
L'agrégation au niveau de MAC est nécessaire pour utiliser au mieux les propriétés de la couche physique du draft 802.11n car l'augmentation du taux de transfert augmente aussi l'overhead (temps passé à gérer les connexions). L'agrégation A-MPDU nécessite l'utilisation du Block Acknowledgement ou BlockAck, qui a été introduite avec le 802.11e et qui a été optimisé avec le 802.11n. Reverse Direction est une fonctionnalité optionnel du MAC 802.11n qui permet un flux de données bidirectionnels pour un seul canal d'accès.
Rétro-compatibilité avec le 802.11g/b/a
Lorsque la norme 802.11g à été définie pour partager la bande passante avec les périphériques 802.11b existants, elle devait fournir les moyens d'assurer la coexistence entre les anciens périphériques et les nouveaux. La norme 802.11n étend la gestion de la coexistence en protégeant ses transmissions des périphérique plus anciens (802.11g, 802.11b et 802.11a).
La norme 802.11n possède trois différences dans le type de protection qu'elle permet:
1. Les appareils certifiés par l'Alliance Wi-Fi 11n Draft 2.0 opèrent souvent en "mode mixte". En mode mixte, chaque transmission 802.11n est toujours encapsulée dans une transmission 802.11a ou 802.11g. Pour les transmissions à 20MHz, ce plongement se charge de la compatibilité 802.11a et 802.11g. Toutefois, les appareils 802.11b ont encore besoin de la protection CTS.
2. Les transmissions à 40MHz en présence de client en 802.11a, 802.11b ou 802.11g ont besoin d'une protection CTS sur chaque bande passante de 20MHz des deux côtés du canal à 40MHz, pour éviter les interférences avec les anciens périphériques.
An access point may also advertise for devices to use CTS or RTS/CTS protection, even with mixed-mode transmissions.
3. Un point d'accès 802.11n doit pouvoir gérer des périphérique utilisant la protection CTS ou RTS/CTS, même avec des transmissions un mode mixte.
Même avec la protection, de grandes divergences peuvent exister entre le débit qu'un périphérique 802.11n peut obtenir avec ou sans la présence de périphérique utilisant une ancienne norme 802.11.
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