Une nouvelle norme sans fil à haut débit : 802.11ax

La norme sans fil à haut débit IEEE 802.11ax (HEW, High-Efficiency Wireless) en cours de validation promet un débit de données par utilisateur quatre fois plus rapide. Elle s’appuie sur des technologies multi-utilisateurs pour tirer le meilleur parti des canaux Wi-Fi disponibles et pour alimenter davantage d’appareils dans des environnements à grand nombre d’utilisateurs. Découvrez les nouvelles applications de la norme 802.11ax, les innovations techniques clés apportées à cette norme et les problématiques pour la tester et la mesurer.

Augmenter le débit utilisateur dans les zones denses (Un des Buts de cette nouvelle norme)
La première norme Wi-Fi 802.11b, ratifiée en 1999, présentait un débit maximal de 11 Mbit/s – un premier pas positif, certes, mais ces performances étaient toujours bien inférieures à celles d’une connexion filaire. Quatre années plus tard, la révision 802.11a/g augmentait la vitesse de transmission à 54 Mbit/s avec l’utilisation de la technologie de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM).
L’avancée suivante correspond à l’arrivée du 802.11n, en 2009, qui fournit aux utilisateurs un débit binaire jusqu’à 150 Mbit/s. La révision 802.11ac datant de 2013 permet quant à elle un débit binaire de 866 Mbit/s par canal, avec des canaux plus larges (160 MHz) et des ordres de modulation plus élevés (256 QAM). Avec jusqu’à 8 canaux agrégés, cette merveille de l’ingénierie peut atteindre une vitesse de transmission théorique de 6,97 Gbit/s. Autant dire que l’arrivée du 802.11ac revient à passer d’une berline familiale à une Ferrari gonflée à bloc…

Cependant, un débit proche de 7 Gbit/s n’est atteignable que dans l’enceinte fermée et contrôlée d’un laboratoire RF. En réalité, les utilisateurs sont souvent confrontés à un trafic de données désespérément lent lorsqu’ils souhaitent consulter leur boîte mail avec une connexion Wi-Fi publique dans un terminal d’aéroport bondé. C’est à ce problème précis que devra remédier la future révision de la norme LAN sans fil IEEE 802.11, le 802.11ax.
La norme 802.11ax, également connue sous la dénomination HEW (High-Efficiency WLAN), a pour but ambitieux de quadrupler le débit moyen par utilisateur dans les zones denses. Au-delà de l’amélioration de la vitesse de transmission par rapport au 802.11ac, cette évolution consistera à mettre en œuvre des mécanismes destinés à fournir un débit de données plus important et plus fiable à davantage d’utilisateurs mobiles dans les zones d’utilisation intensive.
2. Caractéristiques principales et domaines d’application
Le HEW présente les caractéristiques suivantes :
 Rétrocompatibilité avec les normes 802.11a/b/g/n/ac
 Débit moyen par utilisateur quadruplé dans les zones denses (gares, aéroports et stades, notamment)
 Débits de données et largeur de voies similaires au 802.11ac, mais nouvelles caractéristiques de modulation et de codage (MCS 10 et 11) avec modulation 1024 QAM.
 Fonctionnement multi-utilisateur en liaisons montante et descendante au moyen des techniques OFDMA et MU-MIMO.
 FFT quatre fois plus grandes en OFDM, espacement des sous-porteuses divisé par quatre, et durée de symbole quatre fois plus longue pour de meilleures performances en extérieur et en environnements propices à l’évanouissement dû à la propagation par trajets multiples
 Flux de données plus fluide et meilleur accès aux canaux
 Gestion d’énergie plus efficace pour une meilleure autonomie de batterie

Le HEW (802.11ax) convient aux domaines d’application suivants :
 Délestage de données mobiles : d’ici 2020, 38,1 exaoctets de données seront générés chaque mois, ce qui dépasse le trafic mensuel de données cellulaires et mobiles prévu (30,6 exaoctets).[2] Cela équivaut à transférer sur ces réseaux plus de 6 000 films au format Blue-ray chaque minute.
 Environnements présentant de nombreux points d’accès ainsi qu’une forte concentration d’utilisateurs avec des appareils hétéroclites (Wi-Fi d’aéroport ≠ Wi-Fi domestique)
 Environnements mixtes intérieur/extérieur

Fonctionnement multi-utilisateur : MU-MIMO et OFDMA
La norme 802.11ax a deux modes de fonctionnement :
Utilisateur unique : dans ce mode séquentiel, les STA émettent et reçoivent des données les unes après les autres dès que l’accès au média est assuré, comme expliqué plus haut.
Multi-utilisateur : ce mode permet d’effectuer des opérations simultanées sur plusieurs stations non AP. La norme distingue également le mode multi-utilisateur en liaison montante du mode multi-utilisateur en liaison descendante.
 Le mode multi-utilisateur en liaison desendante fait référence aux données transmises en même temps par l’AP à plusieurs STA sans fil. La norme 802.11ac actuelle présente déjà cette caractéristique.
 Le multi-utilisateur en liaison montante correspond quant à lui au transfert simultané de données à partir de plusieurs STA vers l’AP. Il s’agit d’une nouvelle fonctionnalité propre au 802.11ax qu’aucune variante antérieure de la norme Wi-Fi ne présentait jusque là.

En mode de fonctionnement multi-utilisateur, la norme spécifie également deux méthodes différentes de multiplexage impliquant davantage d’utilisateurs dans une zone donnée : le MU-MIMO (entrées multiples, sorties multiples à utilisateurs multiples) et le MU-OFDMA (accès multiple par répartion orthogonale de la fréquence à utilisateurs multiples). Dans les deux cas, l’AP agit comme le centre de contrôle de tous les aspects relatifs au fonctionnement multi-utilisateur, de la même façon qu’une station de base cellulaire LTE contrôle le multiplexage de plusieurs utilisateurs. Un AP 802.11ax associe également le fonctionnement OFDMA au MU-MIMO.

MU-MIMO
En s’inspirant de la mise en œuvre du 802.11ac, les dispositifs 802.11ax utilisent des techniques de formation de faisceau pour diriger simultanément des paquets à des utilisateurs géographiquement dispersés. Ainsi, l’AP calcule une matrice de canal pour chaque utilisateur et dirige au même instant tous les faisceaux vers les différents utilisateurs, chaque faisceau contenant des paquets spécifiques à son destinataire. Le 802.11ax supporte jusqu’à huit transmissions MU-MIMO en même temps, soit quatre de plus que le 802.11ac. Par ailleurs, chaque transmission MU-MIMO se distingue par des caractéristiques de modulation et de codage (MCS) et un nombre de flux spatiaux particuliers. Dans le cadre du multiplexage spatial MU-MIMO, l’AP peut être comparé à une matrice de commutation Ethernet, qui réduit le domaine de collision d’un vaste réseau d’ordinateurs à un seul et unique port.
Nouvelle caractéristique de la liaison montante MU-MIMO : l’AP initie simultanément des transmissions montantes depuis chaque station au moyen d’une trame de déclenchement. Lorsque plusieurs utilisateurs y répondent en même temps en transmettant leur paquet, l’AP applique la matrice de canal aux faisceaux reçus et décompose les informations qu’ils contiennent. L’AP peut également initier des transmissions mutli-utilisateur montantes pour recevoir des informations de rétroaction de la part de toutes les STA concernées,

MU-OFDMA
La norme 802.11ax emprunte une technique propre à la technologie mobile 4G pour multiplexer davantage d’utilisateurs dans la même largeur de bande : l’accès mutliple par répartition orthogonale de la fréquence (OFDMA). En reprenant les schémas de modulation numériques reposant sur l’OFDM déjà utilisés par le 802.11ac, le 802.11ax assigne à chaque utilisateur individuel des ensembles particuliers de sous-porteuses. Cela signifie que les canaux 802.11 existants (de largeur 20, 40, 80 et 160 MHz) sont divisés en sous-canaux plus étroits avec un nombre prédéfini de sous-porteuses. Le 802.11ax puise aussi dans la terminologie LTE moderne puisque les plus petits sous-canaux, comportant au minimum 26 sous-porteuses, sont nommés « unités de ressources » (RU).
En fonction du trafic multi-utilisateur requis, l’AP détermine l’allocation des canaux de manière à toujours assigner toutes les RU disponibles en liaison descendante. Il peut allouer l’intégralité du canal à un seul utilisateur – comme c’est actuellement le cas avec le 802.11ac – ou le répartir entre plusieurs utilisateurs de manière simultanée

Donc comme Conclusion si vous avez pas investi dans un nouveau Équipement 802.11ac il sera bon d’attendre la venu de ces nouveaux équipements 802.11ax attendu vers la fin de cette année 2017 ou le début de 2018.