Wi-Fi , principes de base (1)

Malgré ses atouts, un réseau sans fil Wi-Fi n’est pas paré de toutes les vertus. Performant sur un site dégagé de tout obstacle, il renacle à délivrer un débit acceptable pour transmettre, par exemple, une vidéo de manière fiable. Surtout si des murs épais et autres pertubateurs s’interposent dans le flux de données. Pour pallier ces défauts, les constructeurs misent beaucoup sur le Mimo (Multiple In Multiple Out). Cette technologie utilise les réflexions parasites au lieu de les combattre. Par quel tour de force ? C’est ce que vous allez comprendre dans cet article.Nous aborderons également le problème des risques potentiels liés à la propagation électromagnetique.

Afin d’offrir une véritable alternative aux réseaux filaires, le Wi-Fi devait évoluer rapidement. Surtout, à cause des flux vidéos qui exigent des débits importants. Le standard HDTV pour la télévision haute définition, exige entre 15 et 20 Mbits/s. D’autre part, la stabilité de la vitesse de transfert du Wi-Fi laisse à désirer. Si cet inconvénient n’est pas trop pénalisant pour l’échange de textes et de photos, il est rédhibitoire pour la vidéo voire l’audio. Impossible de garantir un débit correct dans toutes les pièces d’une habitation. Un inconvénient plutôt gênant pour les réseaux numériques domestiques. Les mesures effectuées avec des tests rigoureux démontrent que le débit réel dépasse les 100 Mbit/s, à savoir le débit d’une liaison filaire Ethernet 10/100 Mbit/s. En augmentant en outre la portée et la stabilité. A ce sujet, consultez les résultats intéressants d’un comparatif (en anglais) à lire sur le site américain Network World. Pour répondre à ces défis, les développeurs sont revenus aux fondamentaux de la transmission des ondes radio. Paradoxe des technologies MIMO, elles exploitent les réflexions parasites, ce qui cause d’ordinaire des pertes de portée et de l’instabilité dans les performances. En d’autres termes, Mimo transforme une nuisance, les réflexions parasites, en critère favorable. Pour comprendre ce paradoxe, rappelons que la propagation d’un signal radio tel celui du WiFi, subit de nombreuses réflexions crées par les obstacles (murs, cloisons, sujets en mouvements, etc.). Or, ces réflexions peuvent, dans le pire des cas annuler le signal direct. C’est pourquoi elles ont toujours été considérées comme l’ennemi à combattre par les électroniciens depuis l’avènement de la radio inventée par Marconi en 1896.
Notez aussi qu’un banal four à micro ondes travaille sur la bande fréquence du Wi-Fi (2,4 GHz). Lorsque cet appareil est en service, des tests ont démontré que le débit est sensiblement atténué. D’autres dispositifs peuvent également interférer avec le Wi-Fi. Il s’agit des transmetteurs audio-vidéo, des caméras sans-fil, des radioamateurs , des périphériques domotique, de la télé-médecine, etc. Pour contrer ces perturbations, le Wi-Fi utilise plusieurs canaux placés autour de la fréquence de base de 2,4 GHz. Par défaut, il s’agit du canal 11 (fréquence de 2462 Mhz) mais il existe d’autres fréquences utilisables. Outre la présence de ces canaux, Mimo apporte une meilleure protection contre les dispositifs perturbateurs.

Mieux qu’une « antenne intelligente »

Pour améliorer la fiabilité d’une liaison radio, les constructeurs de périphériques WiFi ont d’abord utilisé une technique connue dite « Smart antennas » (antennes intelligentes). Cela signifie simplement qu’on utilise plusieurs antennes afin d’améliorer les performances en choisissant le signal le plus puissant et le moins bruité. Ce système a été repris pour les périphériques Mimo. Il existe des systèmes 2X2 (2 antennes d’emission et 2 de réception), 3X2 (3 antennes émission et 2 antennes de réception) mais d’autres combinaisons sont possibles. Netgear utilise ainsi 7 antennes minuscules à la réception.

antenna

Sur cette photo, notez la taille minuscule des 4 antennes du récepteur Wi-Fi Mimo et les 2 antennes de l’émetteur.

L’approche du Mimo diffère de celle des Smart Antennas. S’il conserve toujours le principe des antennes multiples, Mimo est associé à une technique de modulation du signal, très efficace. Il s’agit de l’OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), l’association la plus prometteuse pour le WiFi et plus largement pour les réseaux sans fil du futur: WiMAX, la 4G en téléphonie mobile (flash OFDM) et même les étiquettes RFID(Radio Frequency Identification). Ces balises intègrent une antenne et une puce électronique. Cette technique devrait remplacer les codes barres. La combinaison des technologies d’antennes multiples et de la modulation ODFM accroit l’efficacité spectrale. Concrètement, il est possible de faire passer beaucoup plus d’informations sur un canal radio sans augmenter la bande passante.

reflections2

Les réflexions radio sont mises à profit par le Wi-Fi Mimo. Elles constituent autant de trajets possibles pour transmettre les données.
Mimo: une histoire de plus de 20 ans
Le MIMO a fait l’objet d’un brevet déposé par Jack Winters des laboratoires Bell en 1984. L’année suivante, un autre ingénieur de cette société, Jack Salz, publie un document de travail sur MIMO. D’autres articles ont ensuite été publiés de 1986 à 1995. En 1996, Greg Raleigh et Gérald J.Foschini inventent de nouvelles approches du MIMO. Greg Raleigh est le fondateur d’Airgo Networks, un fabricant important de chipsets MIMO aujourd’hui racheté par Qualcomm. L’autre concurrent majeur est l’américain Atheros. Leurs approches techniques sont différentes. Il est à noter que les réseaux d’antennes multiples sont exploités depuis longtemps dans le domaine des radars civils et militaires.

 

belkin_carte
Circuit imprimé d’un transmetteur Wi-Fi Mimo d’Airgo Networks. Notez les 3 antennes à droite de l’image.

 

Pour utiliser la totalité de la bande passante. , la partie transmetteur d’un périphérique Mimo sépare le signal en autant de flux que d’antennes utilisées. Ces flux dits « spatiaux » viennent ensuite moduler la porteuse en OFDM. Des signaux de service et de synchronisation sont mélangés avec les données puis envoyés avec chaque flux. Cela permet au récepteur de restituer les données d’origine qui sont captées par chacune des antennes de réception.

Nous allons maintenant voir de près les principes de base de l’OFDM

 

Page 1  Page 2  Page 3

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *