Le Wi-Fi est partout : des ordinateurs à certaines montres connectées en passant par les smartphones et les tablettes. La quasi-totalité de nos appareils électroniques possède une puce Wi-Fi, mais elles ne se valent pas toutes. Que ce soit la norme utilisée ou le nombre d’antennes, les débits peuvent être multipliés par plus de 100 ! Petit tour d’horizon des différentes solutions Wi-Fi proposées par les constructeurs sur les terminaux mobiles.

wi-fi

Le Wi-Fi a vu le jour à la fin des années 90. A l’époque, on ne parlait pas encore de Wi-Fi mais on trouvait l’AirPort d’Apple dans l’iBook en 1999. Quelques années plus tard, le terme Wi-Fi se généralisait pour l’ensemble des normes 802.11 dont la certification est prise en charge par la WECA (devenue Wi-Fi Alliance). Le Wi-Fi couvre de nombreuses normes différentes qui ont toutes le préfixe 802.11. Un suffixe sous forme de lettre permet de distinguer les normes entre elles. Pour les particuliers, il existe en tout cinq normes différentes : 802.11a/b/g/n/ac. Chacune représente une évolution par rapport à la précédente. Intéressons- nous de plus près à leurs spécificités !

802.11Bande de fréquenceDébit théorique maximalPortéeCongestionLargeur canalMIMO
a5 GHz54 MbpsFaibleFaible20 MHzNon
b2,4 GHz11 MbpsCorrecteElevée20 MHzNon
g2,4 GHz54 MbpsCorrecteElevée20 MHzNon
n2,4 GHzDe 72 à 288 MbpsBonneElevée20 MHzNon
n5 GHzDe 72 à 600 MbpsCorrecteFaible20 ou 40 MHzOui
ac (Wave 1)5 GHzDe 433 à 1300 MbpsCorrecteFaible20, 40 ou 80 MHzOui
ac (Wave 2)5 GHzDe 433 à 2600 MbpsCorrecteFaible20, 40, 80 ou 160 MHzOui (+MU-MIMO)

Comme on peut le voir dans le tableau ci-dessus, il existe énormément de débits théoriques différents. Avant d’entrer davantage dans les détails, il faut noter que le débit relevé en pratique est largement inférieur au débit théorique maximal. Cela est dû au fonctionnement du protocole 802.11. De plus, le débit est fortement dépendant de la distance entre les appareils mais également des obstacles (comme les murs) qui se dressent sur le passage. Dans le meilleur des cas, il faut compter sur un débit pratique environ deux fois inférieur au débit théorique. Et dans le pire des cas (murs, interférences), le débit peut littéralement s’effondrer jusqu’à une perte de signal.

Wi-Fi 802.11b : les débuts

Le Wi-Fi a donc fait ses débuts en 1999 avec les normes 802.11a destinée à l’entreprise et 802.11b destinée aux particuliers. Le Wi-Fi B exploite la bande des 2,4 GHz et une modulation DSSS avec laquelle il plafonne à 11 Mb/s. Le Wi-Fi A exploite quant à lui la bande des 5 GHz et une modulation OFDM qui lui permettent d’atteindre 54 Mb/s.

Rappelons, et c’est une vérité générale, que plus la fréquence est basse, plus le signal porte, mais en contrepartie plus il est soumis aux interférences. Non seulement aux interférences d’autres réseaux Wi-Fi, en l’occurrence, mais aussi et surtout à celles d’autres signaux, la bande des 2,4 GHz étant aussi celle du Bluetooth, des téléphones sans-fil DECT et… des micro-ondes.

Wi-Fi 802.11g : l’unification

Le Wi-Fi G remplace à lui seul les Wi-Fi A et B en 2003. La norme IEEE 802.11g associe effectivement la modulation OFDM plus performante du Wi-Fi A à la bande de fréquences 2,4 GHz du Wi-Fi B, ce qui permet d’offrir au grand public le débit maximal théorique de 54 Mb/s du Wi-Fi A, avec la portée supérieure du Wi-Fi B, tout en assurant la rétro-compatibilité avec les équipements Wi-Fi B pré-existants.

Le Linksys WRT54G, routeur Wi-Fi emblématique de l’ère Wi-Fi G

Wi-Fi 802.11n : la montée en débit

L’IEEE 802.11n est une révision majeure qui décuple littéralement le débit maximal théorique. La norme apporte pour ce faire deux évolutions : la technologie MIMO et une bande passante doublée.

Le Wi-Fi N peut fonctionner avec une bande de 20 MHz de large, comme auparavant — auquel cas il délivre un maximum de 72,2 Mb/s — et désormais de 40 MHz de large. Le débit étant proportionnel à la bande passante, comme avec la 4G, un flux de 40 MHz est deux fois plus rapide qu’un flux de 20 MHz, soit 150 Mb/s.

MIMO signifie Multiple Input Multiple Output. Comme son nom l’indique, cette technologie permet au Wi-Fi d’exploiter simultanément plusieurs flux. On parle par exemple de MIMO 2×2 pour deux antennes en émission et deux en réception, ce qui double le débit par rapport à une configuration sans MIMO, soit 300 Mb/s avec 40 MHz. Le Wi-Fi N peut atteindre du MIMO 4×4, soit un maximum absolu de 600 Mb/s.

Wi-Fi 802.11ac : jusqu’à 2600 Mbps

Le Wi-Fi AC est la base en 2017. Il multiplie encore les débits en améliorant chacune des techniques de transmission employée :

  • compte-tenu de la largeur de canal, le Wi-Fi AC ne fonctionne que sur la bande des 5 GHz, les points d’accès basculent en Wi-Fi N sur la bande des 2,4 GHz
  • le beamforming, qui permet aux points d’accès d’orienter les ondes vers les terminaux, est désormais standardisé
  • la modulation passe du 64QAM au 256QAM, ce qui augmente la bande passante de 25%
  • nouvelles largeurs de canal de 80 MHz et de 160 MHz, ce qui double et quadruple la bande passante par rapport aux 40 MHz maximum du Wi-Fi N
  • jusqu’à 8 flux en MIMO, ce qui double encore la bande passante par rapport aux 4 flux maximum du Wi-Fi N
  • prise en charge du Multi-user (le MU de MU-MIMO), qui permet aux points d’accès de communiquer avec plusieurs terminaux simultanément, plutôt que tour à tour (à très haute fréquence)

L’IEEE a spécifié le 802.11ac, mais la Wi-Fi Alliance a certifié les appareils en deux vagues.

  • On a donc vu les premiers appareils 802.11ac Wave 1 dès 2014. Limités au Single User et à 3 flux de 80 MHz, ils délivraient déjà une bande passante maximale de 1300 Mb/s (433 Mb/s par flux de 80 MHz)
  • Depuis 2017, on trouve des produits 802.11ac Wave 2 compatibles Multi User avec 4 flux de 80 MHz, qui permettent d’atteindre 1733 Mb/s par appareil. Certains appareils revendiquent 2166 Mb/s, mais c’est avec une modulation 1024QAM qui n’est pas standardisée, ce qui peut poser des problèmes d’interopérabilité entre équipements de marques différentes.
  • Il n’en existe encore aucun mi-2017, mais à terme on trouvera des appareils avec 8 flux ou avec 160 MHz, ce qui portera le débit maximal théorique à… 6,9 Gb/s !

Un routeur « AC5300 » (addition des débits sur 3 bandes) bardé d’antennes

Wi-Fi 802.11ad : le très haut débit à très courte portée

Vient ensuite le Wi-Fi AD, qui n’est pas tant le successeur du Wi-Fi AC qu’une norme complémentaire. L’IEEE 802.11ad a d’ailleurs été ratifié avant l’IEEE 802.11ac et jouit de sa propre WiGig Alliance, littéralement alliance pour le sans-fil Gigabit.

Comme son nom l’indique, le WiGig atteint avec un seul flux des débits exprimés en gigabits par seconde. Il fonctionne pour ce faire à très haute fréquence, sur la bande des 60 GHz, avec une largeur de canal de… 2160 MHz. Le Wi-Fi AD ne traverse donc pas les murs, il peut tout juste se réfléchir contre les surfaces pour atteindre des appareils en vue indirecte. Sa portée maximale est de 10 mètres.

En pratique, un mode Single Carrier offre un débit maximal de 4,6 Gb/s, et un mode OFDM triple bande exploitant aussi les bandes 2,4 et 5 GHz offre un débit maximal de 7,2 Gb/s.

En 2017, le WiGig sert essentiellement à concevoir des stations d’accueil sans fil pour ordinateurs portables professionnels. Les débits très élevés permettent de raccorder un ou deux écrans et des périphériques USB. Pour les réseaux locaux, on se contente encore du Wi-Fi AC.

La compatibilité entre toutes ces normes

Dans le meilleur des mondes, toutes ces normes seraient compatibles entre elles. Malheureusement, nous sommes dans le monde de l’informatique, et l’interopérabilité entre toutes les normes est parfois délicate. Tout d’abord, si le routeur est configuré sur la bande des 5 GHz, il ne sera pas visible par les appareils de la bande des 2,4 GHz et vice versa. Pour outrepasser cette limitation, la plupart des routeurs sont dual-band pour que l’utilisateur puisse configurer deux réseaux Wi-Fi différents : un sur la bande des 2,4 GHz et un autre sur celle des 5 GHz.

wifi

Mis à part cette contrainte, toutes les normes Wi-Fi évoquées dans cet articles sont rétrocompatibles entre elles. Du moment que les deux appareils sont situés sur la même bande de fréquence, l’appareil qui supporte la norme la plus récente (ou plus performante) s’adaptera à la norme la plus ancienne (ou moins performante). Par exemple, un smartphone Wi-Fi 802.11g pourra se connecter à un routeur ac si ce dernier est dual-band et possède donc un réseau sur la bande des 2,4 GHz.

 

Et dans la pratique ?

Toutes ces normes et ces débits théoriques sont bien jolis, mais dans la pratique, qu’est-ce que ça donne ? Comme nous l’avons déjà abordé dans l’article, par rapport au débit théorique, le débit pratique est à peu près divisé par deux, même si l’appareil se trouve à côté du routeur. Avec un smartphone ou une tablette, les usages s’orientent de plus en plus vers le visionnage de contenu multimédia comme les vidéos ou le streaming musical. Pour ce dernier, le Wi-Fi 802.11g devrait suffire.

En revanche, pour la lecture de flux Full HD, le Wi-Fi 802.11n peut se révéler nécessaire afin d’éviter les micro-coupures. De plus, si vous avez la fibre, votre connexion Internet débite au moins du 100 Mbps. Il serait donc dommage de la brider avec du Wi-Fi trop lent. Le Wi-Fi 802.11n sur un flux monte à environ 70 Mbps en pratique, il faudra donc au moins du Wi-Fi 802.11ac pour profiter pleinement de la fibre. Et encore, c’est sans compter sur les offres Gigabits qui nécessitent alors le Wi-Fi 802.11ac dans sa toute dernière version.

Orange TV Livebox 4 (6 sur 7)

La Livebox d’Orange

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Le Wi-Fi sur les ordinateurs et smartphones

Concernant les ordinateurs portables, la situation est un peu différente puisqu’ils intègrent souvent plusieurs flux spatiaux. Les plus haut de gamme comme les MacBook Pro 15 pouces avec touch bar intègrent trois flux (trois antennes), ce qui permet d’atteindre les 1300 Mbps théoriques. Mais le MacBook Pro 13 pouces sans touch bar, lui n’intègre que 2 antennes et se voit donc limité à 867 Mbps théoriques.

En tout cas, pour profiter de ces 3 antennes, il faut également que le routeur supporte lui aussi les 3 flux spatiaux, ce qui n’est pas le cas de toutes les box des opérateurs. En effet, seule la Livebox 4, sortie il y a quelques mois supporte le MU-MIMO avec 4 antennes en réception sur la bande 5 GHz. Dans les autres cas, il vous faudra acheter un routeur compatible, dont le prix peut vite grimper.

Au final, à moins d’être prêt à acheter un routeur compatible et avoir des besoins énormes en débit le Wi-Fi 802.11ac Wave 1 représente toujours pour le moment le meilleur compromis en terme de débit-prix. Cependant, ceux qui veulent un smartphone ou une tablette qui supporte dès aujourd’hui la norme 802.11ac Wave 2 verront leur choix limité. Actuellement, une cinquantaine d’appareils mobiles sont compatibles MU-MIMO comme on peut le voir sur le site de Qualcomm. On peut citer les Galaxy S7 de Samsung ou encore le OnePlus 3, mais également des appareils plus anciens comme le Moto G premier du nom avec son Snapdragon 400.

 

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