Principales technologies radio pour le WiFi
MIMO
MIMO (Multiple Input Multiple Output) permet au Wifi d'exploiter simultanément plusieurs flux. On parle de
MIMO 2 x 2 pour deux antennes en émission et deux antennes en réception. Ainsi nous avons un débit doublé en
émission ainsi qu'en réception par rapport à une configuration sans MIMO. Le Wifi N peut atteindre du MIMO 4 x 4
soit un maximum de 600 Mbps en absolu.
OFDMA
OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) se rencontre surtout sur les réseaux mobiles récents
et également sur les réseaux Wifi 802.11ax (Wifi-6 et suivants). OFDMA repose sur du multiplexage
temporel et en fréquences, afin de pouvoir partager une source radio (autrement dit une bande de fréquence)
et de la rendre disponible pour plusieurs utilisateurs. C'est une des fonctionnalités essentielles
pour améliorer les performances du réseau.
L'OFDMA (Accès Multiple par répartition orthogonale de Fréquence) prend en charge plusieurs
utilisateurs accédant simultanément au réseau. C'est une évolution de l'OFDM, qui est actuellement
en usage sur les Wifi 802.11a/g/n/ac.
Le principe de l'OFDM est de diviser le spectre de fréquences disponibles en un grand
nombre de porteuses, chacune transportant une partie du flux de données. C'est comme si l'on combinait le signal à transmettre sur un grand nombre
de systèmes de transmission indépendants et à des fréquences différentes. Pour transmettre
un maximum d'information sur une portion de fréquences donnée, l'OFDM utilise des porteuses orthogonales
entre elles.
Les fréquences peuvent se chevaucher en fréquence sans interférer pour mieux exploiter
le spectre de fréquence et accroître la robustesse de la transmission.
L'orthogonalité des fréquences : chaque sous-porteuse est une onde sinusoïdale
de fréquence différente, espacée d'un multiple de \( \frac{1}{T} \) où \(T\) est
la durée du symbole OFDM.
Pour illustrer, on peut imaginer plusieurs ondes sinusoïdales dont les signaux se
croisent à zéro à chaque instant où une autre est à son pic. C'est ce que l'on appelle
l'orthogonalité. Avec un peu de mathématiques ?
\(\int_{0}^{T}s_i(t).s_j(t)dt=0\) si \(i \neq j\) stipule que deux signaux sont orthogonaux
s'ils vérifient cette condition.
Avant la mise en place de OFDM, les signaux étaient portés par un multiplexage fréquentiel.
Avec une meilleure répartition des fréquences, comme avec les Wifi récents, nous aurons
un chevauchement des fréquences.
La modulation OFDM va prendre des éléments binaires qu'elle va transformer en symboles
numériques avec des fréquences quadratiques.
Ainsi la bande de base va permettre d'augmenter les transports
simultanés. Et les flux transportés sont indépendants les uns des autres donc pas d'interférences.
Le principe élémentaire pour accroître un débit d'un facteur n est de transmettre
en parallèle sur n voies.
Par contre, l'OFDM donne une tranche temporelle à une donnée et répartie sur l'ensemble des sous-porteuses.
Le problème est alors que dans un quantum de temps le signal global ne transporte les données
que d'un seul équipement.
Mais avec l'augmentation du nombre d'équipements à faire communiquer, l'OFDM va montrer
ses limites. L'OFDMA va subdiviser chaque canal en attributions en paquets plus petits pour
ne pas gaspiller les temps d'attribution des signaux.
MLO (Multi Link Operation)
Par défaut les équipements Wifi ne peuvent se connecter qu'à une seule bande de fréquence, que ce
soit en 2.4 GHz, 5 GHz ou 6 Ghz (avec le Wifi-6E). Le MLO, apparu avec le Wifi-7, permet de
résoudre cette connexion sur une bande de fréquence unique en permettant aux appareils d'envoyer
simultanément des données sur différentes bandes de fréquences. Les gains sont multiples, notamment
une augmentation des débits du lien, une réduction de la latence et une augmentation de la fiabilité du lien.
Il est évident que l'émetteur et le récepteur soient capables de gérer le Wifi 7 et la technologie MLO.
MLO peut fonctionner par défaut sur deux modes :
- STR (Simultaneous Transmit and Reveive) : c'est le mode asynchrone dans lequel
plusieurs liens fonctionnent de manière indépendante sans interférer les uns avec les autres, certains
liens envoyant de l'information, d'autres liens recevant de l'information. Le DL (DownLoad)
et le UL (UpLoad) se font sur des liens distincts en simultané..
- NSTR (Non-Simultaneous Tranmit and Receive) : c'est le mode synchrone dans lequel
tous les liens reçoivent ou envoien en même temps. Le DL et le UL se font sur des liens distincts
mais tous en même temps.
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Dans la technologie Wifi, QAM se charge de traduire les paquets numériques en signal analogique, utilisé pour
transmettre des données sur le signal hertzien. En faisant varier la phase et l'amplitude des ondes radio,
l'efficacité spectrale est améliorée en incorporant davantage de données dans chaque transmission.
La modulation de phase et la modulation d'amplitude ne permettent que le transport de deux types d'information : 0 et 1.
- La modulation d'amplitude distingue le 0 du 1 en changeant l'amplitude de la porteuse.
- La modulation de phase distingue le 0 du 1 en changeant la phase de la porteuse. BPSK (Binary Phase Shift Keying)
utilise des phases de 0° et 180° (déphasage de \( PI \)). QPSK (Quadratic Phase Shift Keying) utilise des phases
de 0°, 90°, 180° et 270°, donc à décalage de phase \(PI/2\). QPSK est un type spécial de QAM : le 4-QAM.
QAM peut moduler encore plus de symboles, avec chacun sa phase et son amplitude propres. Par exemple, 16-QAM
peut moduler des symboles sur 16 ondes sinusoïdales distinctes, représentant des valeurs de 4 bits (2^4 symboles)
de 0000 à 1111.
QAM envoie ses signaux à deux porteuses (sinus et cosinus), ajuste l'amplitude de ces porteuses, et superpose
leurs amplitudes pour générer les signaux modulés par la phase et l'amplitude.
Le QAM (Modulation d'amplitude en Quadrature) résulte de la composition de deux fréquences porteuses
sinusoïdales déphasées l'une de l'autre de \(PI/2\)
Les deux porteuses sont généralement notées I et Q donnant le nom de modulation IQ.
QAM travaillant sur le binaire avec les communications numériques, le nombre de points de chaque quadrant
est un multiple de puissance de 2 correspondant au nombre de bits par symbole. Ainsi on parle de 4-QAM
quand la grille supporte 4 bits, agencés en 2 lignes de 2 colonnes pour représenter 4 symboles encodés
00, 01, 10 ou 11.
Le Wifi-7 supporte le 4K-QAM, à savoir le 4096-QAM, autrement dit chaque symbole
dispose de 12 bits de support, entraînant une augmentation de 20% par rapport au
Wifi-6 (802.11ax) et à son 1024-QAM (2^10 bits). C'est ce qui permet une prise en charge
d'un plus grand nombre de connexions simultanées et le transport de données plus lourdes,
jusquà lors réservées au support câble (comme le streaming 4K ou les jeux vidéos en haute qualité).
