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.

 

Le Wi-Fi 802.11a/b/g : jusqu’à 54 Mbps

Les normes 802.1 1a/b/g sont celles qui posent le moins de problèmes puisque leur fonctionnement est simple. La première fonctionne dans la bande des 5 GHz, et c’est ce qui lui permet d’avoir un débit élevé pour l’époque, à 54 Mbps. Cependant, sa portée est faible puisque plus une fréquence est élevée et plus sa portée diminue. En revanche, l’avantage de la bande des 5 GHz est sa faible congestion (= moins d’interférences) qui permet, dans les faits, d’atteindre des débits plus élevés et une meilleure stabilité de la connexion. Pour information, la bande des 2,4 GHz est congestionnée puisque de nombreux appareils l’utilisent également : les micro-ondes, les téléphones DECT ou encore les appareils Bluetooth.

Concernant les normes b et g, elles sont très proches l’une de l’autre puisque la deuxième est une légère évolution de la première qui permet tout de même de rehausser fortement les débits avec un fonctionnement différent : de 11 Mbps, on passe à 54 Mbps, soit le même débit que la version a, avec une meilleure portée.

 

Wi-Fi 802.11n : MIMO jusqu’à 450 Mbps

La norme n a introduit deux éléments importants à prendre en compte pour le calcul du débit théorique maximal : le MIMO et la largeur de canal. MIMO est l’acronyme de Multiple Input Multiple Output. Comme son nom l’indique, il permet à un appareil de disposer de plusieurs antennes pour envoyer et recevoir les informations. De base, un appareil dispose d’une seule antenne (on parle de stream ou de canal spatial) pour télécharger les informations (download) et pour les émettre (upload). Avec le MIMO 2×2, un appareil dispose alors de deux antennes. On peut monter actuellement jusqu’à 3×3 (3 antennes en réception et 3 en émission) ou des configurations plus exotiques comme 3×2 (3 pour la réception et 2 pour l’émission). Passer à 2 antennes (MIMO 2×2) permet de doubler le débit par rapport à une seule antenne.

MIMO

Le MIMO en 802.11n : 300 Mbps (150 Mbps x 2 en 40 MHz)

La largeur de canal ressemble fortement à ce qui se fait actuellement sur la 4G avec l’agrégation de porteuses. Un canal plus large permet de faire transiter plus de données dans un même cycle d’horloge. Pour un nombre d’antennes équivalent, un appareil utilisant un canal de 20 MHz de large sera donc moins rapide qu’un appareil faisant appel à un canal de 40 MHz de large. La largeur des canaux a commencé à évoluer depuis la norme n. De 20 MHz, il est possible de passer à 40 MHz et même 80 MHz avec la dernière norme ac.

channel-bonding1

Doubler la largeur de canal permet de doubler le débit

Le cas du Wi-Fi n est le plus délicat puisqu’il existe 12 modes différents, selon que l’utilisateur configure son réseau sur la bande des 2,4 ou 5 GHz, avec une largeur de canal de 20 ou 40 MHz et avec 1, 2 ou 3 antennes. Avec une antenne sur la bandes des 2,4 GHz et une largeur de canal de 20 MHz, on atteint 72 Mbps. Si on rajoute une antenne, on double le débit, qui pourra tripler avec trois antennes. Si on passe à une largeur de canal de 40 MHz, on double encore le débit. Enfin, le fait de passer de la bande des 2,4 GHz à celle des 5 GHz permet de bénéficier d’un débit de 150 Mbps pour une antenne sur une largeur de 40 MHz. Ce qui donne 450 Mbps avec 3 antennes.

 

Wi-Fi 802.11ac : jusqu’à 2600 Mbps

Concernant la norme ac, elle utilise exclusivement la bande des 5 GHz. Elle existe en deux versions, la Wave 1, qui a commencé à équiper les smartphones et routeurs il y a plusieurs années, et la Wave 2 bien plus récente.

Si les premiers produits 802.11ac aient déjà été commercialisés depuis longtemps, le HTC One de 2013 étant le premier, de nouveaux débits sont devenus accessibles ces derniers mois via la commercialisation de nouvelles puces et routeurs dits “Wave 2”.

Les principales différences entre ces deux normes est le support de la technologie MU-MIMO par le Wave 2, d’une largeur de canal de 160 MHz contre 80 MHz au maximum pour la Wave 1 et enfin de la possibilité d’utiliser quatre antennes. La distinction entre les capacités des matériels “Wave 1” et “Wave 2” est d’ailleurs résumée par Cisco, qui commercialise des routeurs et participe également aux travaux sur les évolutions du protocole.

802.11ac_Wave1_Wave2

Avec un flux spatial (une antenne) en 80 MHz, on atteint déjà 433 Mbps, jusqu’à 1300 Mbps pour 3 flux spatiaux en Wave 1, et jusqu’à 3470 Mbps en Wave 2 avec quatre antennes. Avec un smartphone compatible Wi-Fi 802.11ac et un unique flux spatial, le débit est pratiquement 10 fois plus élevé qu’en Wi-Fi 802.11g, à 433 Mbps contre 54 Mbps.

 

Le beamforming

La norme 802.11ac (en Wave 1 et Wave 2) fait également appel au beamforming. Cette technique permet de concentrer la puissance du signal vers les appareils présents dans la pièce, au lieu d’envoyer toute la puissance dans toutes les directions. De quoi augmenter la pusisance du signal reçu, et donc la qualité de réception.

BZ-130401Router-Beamforming

 

La question de la compatibilité des appareils mobiles

Pour bénéficier de toutes ces techniques, le routeur doit être compatible avec la bande de 5 GHz, mais aussi avec les différentes largeurs de canal. Certains routeurs se limitent par exemple à la bande de fréquence de 5 GHz et 40 MHz sur seulement deux canaux. C’est la même chose pour les tablettes et smartphones : ils doivent être compatibles avec la bande de fréquence 5 GHz ainsi qu’avec les différentes largeurs de canaux différents mais également posséder plusieurs antennes.

Pour la première information, elle est facilement trouvable. Une puce Wi-Fi qui supporte le Wi-Fi 802.11ac ou 802.11n sera forcément compatible 5 GHz. Si la puce ne supporte pas les normes ac ou n, alors il faudra se contenter de la bande des 2,4 GHz. Pour la largeur des canaux, cette information n’est quasiment jamais communiquée par les constructeurs, tout comme le nombre d’antennes. En l’absence d’information sur ces sujets, on considère que l’appareil ne contient qu’une antenne pour chaque opération (1×1) et travaille avec une largeur de canal de 20 MHz.

 

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

 

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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