En route vers les 100 Mbs réels en sans fil avec le 802.11n
Tout le monde sait aujourd’hui que la vitesse réelle de transmission dans un réseau Wi-Fi est très inférieure à la vitesse brute correspondant à la vitesse du support physique.
En moyenne, la vitesse réelle est de l’ordre du tiers de la vitesse brute. L’objectif des réseaux Wi-Fi étant de répondre aussi largement que possible aux attentes des utilisateurs, il est nécessaire que leur vitesse réelle de transmission augmente fortement pour atteindre au moins 100 Mbit/s.
Deux solutions sont envisageables :
- élargir la partie du spectre utilisée
- ou utiliser plus efficacement la bande passante disponible.
La première solution, très simple, est quasiment impossible puisque le spectre de fréquences est totalement utilisé.
Il faut cependant noter qu’une réflexion est en cours dans les organismes de régulation pour éventuellement élargir un peu la partie du spectre dévolue aux bandes sans licence.
La seule solution raisonnable aujourd’hui est d’utiliser mieux le spectre disponible.
La technique MIMO (Multiple-Input/Multiple-Output) a été développée pour augmenter le débit en parallélisant les différents bits d’un même flot.
Le flot à transmettre est séparé en sous-flots affectés chacun à une antenne.
Les antennes de réception sont capables de récupérer les bits émis en parallèle sur la même fréquence grâce aux effets multi-chemins qui décalent temporellement très légèrement les signaux émis sur les différentes antennes.
L’objectif du standard IEEE 802.11n est donc d’accroître le débit pour permettre à un utilisateur d’obtenir un fichier de taille moyenne presque instantanément.
Le débit réel devrait être situé entre 100 et 200 Mbit/s pour un débit brut qui pourrait atteindre 600 Mbit/s.
La proportion entre le débit brut et le débit réel devrait rester du même ordre de grandeur que dans les systèmes IEEE 802.11b et IEEE 802.11a/g.
En fait, la sortie de cette norme IEEE 802.11n a été retardée par rapport à la date annoncée il y a quelques années qui devait se situer vers la fin 2005, début 2006.
Ce retard s’explique par de nombreux problèmes plus industriels que techniques qui sont résolus en cette fin de janvier 2006.
La raison principale a été la compétition entre deux groupes de normalisation TGnSync (Task Group "n" synchronisation) et WWiSE (World Wide Spectrum Efficiency).
Heureusement, en octobre 2005, est née une nouvelle initiative Enhanced Wireless Consortium (EWC) avec pour objectif de rassembler les deux camps sous une même bannière.
Cette initiative a été récompensée par l’acceptation d’une nouvelle spécification proposée en janvier 2006, de telle sorte que la sortie de la norme IEEE 802.11n est
maintenant devenue une certitude à l’horizon d’un an.
Des renseignements supplémentaires sur les vingt sept industriels et sur les propositions de spécification peuvent être trouvés sur le site de ce consortium : http://www.enhancedwirelessconsortium.org
802 .11n utilise la technologie MIMO (Multiple-Input/Multiple-Output) et propose une compatibilité avec les générations précédentes.
La largeur du canal pour réaliser une transmission est toujours de 20 MHz mais avec une possibilité de doubler la largeur en passant à 40 MHz lorsque la bande
disponible le permet. Commençons la description de la future norme IEEE 802.11n par le mécanisme de base qui est préconisé depuis le début des discussions qui
concerne l’adoption de la technologie MIMO.
Multiple-Input/Multiple-Output (MIMO)
L’idée de base de MIMO est d’effectuer une transmission en parallèle de plusieurs bits en utilisant plusieurs antennes d’émission et de réception.
Chaque couple antenne émission et réception est capable de travailler sur la même fréquence que les autres antennes en utilisant des propriétés de réflexion sur
les obstacles et donc de temps de parcours des signaux pour différentier les différents flots.
Chaque chaine émission/réception est donc responsable d’un flot partiel provenant de la fragmentation du flot principale.
Cette fragmentation permet de paralléliser les différents flots simultanément.
Les sous-flots sont rassemblés au récepteur pour reformer le flot initial.
Le schéma de fonctionnement de la méthode MIMO est décrit à la Figure 1.
Dans cette figure le flot de base est découpé en trois flots. Chaque sous-flot émis par une antenne est reçu par les trois antennes de réception.
Cependant, les trois flots n’arrivent pas exactement au même moment sur les trois récepteurs.
Les multiples chemins qui peuvent être empruntés par le signal radio impliquent une arrivée dispersée aux récepteurs.
En d’autres termes, les différents sous-flots sont réceptionnés par les trois antennes.
Un décodeur installé dans le récepteur est capable à partir des trois flots de récupérer proprement les flots 1, 2 et 3.
Le fonctionnement attendu après le décodage est décrit à la figure 2.
Figure 1 –La technique MIMO
Figure 2 –La technique MIMO
Il est à noter qu’un seul récepteur serait suffisant pour récupérer les trois flots mais la qualité serait alors très moyenne et le taux d’erreur tellement important
qu’il n’y aurait aucun gain sur le débit réel. Il faut aussi préciser que plus il y a d’obstacles et plus les chemins ont des temps de parcours différents, ce qui
permet de mieux discerner les différents signaux. La méthode MIMO marche donc mieux en intérieur qu’en extérieur sans obstable (par exemple dans les zones rurales).
MIMO fait partie de la proposition EWC.
La configuration des antennes MIMO est souvent décrite avec l’abréviation YxZ, où Y et Z sont des entiers indiquant le nombre d’antennes de transmission et le
nombre d’antennes de réception. Une transmission 2x2 indiquera qu’il doit y avoir deux antennes d’émission et deux antennes de réception.
EWC
Les spécifications EWC contiennent un certain nombre d’éléments techniques qui se trouveront dans la norme IEEE 802.11n. Les plus importants sont :
- Une interopérabilité avec les réseaux IEEE 802.11a/b/g.
- Une utilisation du mécanisme MIMO qui devrait permettre d’atteindre un débit brut de l’ordre de 600 Mbit/s.
- Un débit crête pouvant permettre la transmission simultanée de plusieurs flux HDTV, tout en réduisant la consommation d’énergie en minimisant les temps
pendant lesquels les émetteurs et les récepteurs travaillent.
- Un niveau trame amélioré en permettant une agrégation des trames.
Cette agrégation a deux avantages : baisser la consommation d’énergie et permettre une meilleure utilisation du support pour atteindre un débit d’au moins 100 Mbit/s
au niveau de la couche application. Suivant le nombre d’antenne, des débits réels pouvant aller jusqu’à 200 Mbit/s sont envisagés.
- Une utilisation simultanée des bandes sans licence 2,4 et 5 GHz.
La nouvelle version IEEE 802.11n devrait tenir compte des bandes déjà utilisées par les réseaux Wi-Fi en cours de fonctionnement dans les environnements.
- Possibilité d’utiliser des bandes d’une largeur de 20 MHz comme dans la génération précédente mais également de 40 MHz si une telle bande peut être disponible
pour améliorer simplement les performances.
- Un mode de multiplexage spatial permettant la transmission en utilisant de une à quatre antennes, ce qui comme nous l’avons vu peut permettre
l’utilisation d’un mécanisme MIMO pour augmenter le débit et la qualité de la communication.
- Une portée améliorée grâce aux antennes multiples et directionnelles et à des techniques de codage et décodage de nouvelle génération.
L’objectif étant de multiplier par quatre la portée actuelle.
En conclusion, la norme IEEE 802.11n est maintenant bien programmée pour la fin 2006 ou le début 2007.
La couche physique est arrêtée et le travail à effectuer pour aller au terme de la normalisation consiste essentiellement à finaliser la couche MAC.
