Wi-Fi n, ac, ad, ax, 6E... tout savoir sur le réseau sans fil et ses débits
Le Wi-Fi a vu le jour à la fin des années 90. À 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, on parle de sept générations différentes : 802.11a/b/g/n/ac/ad/ax. Chacune représente une évolution par rapport à la précédente. Intéressons-nous de plus près à leurs spécificités !
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 est à 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 2 (802.11b) : les débuts
Le Wi-Fi a donc fait ses débuts en 1999 avec les normes 802.11a (WiFi 1), 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 répartition fréquentielle 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 plus il est soumis aux interférences. Non seulement aux interférences d'autres réseaux Wi-Fi, 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 3 (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 rétrocompatibilité avec les équipements Wi-Fi B préexistants.
Wi-Fi 4 (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.
Le cas du MIMO
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 2x2 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 4x4, soit un maximum absolu de 600 Mb/s.
Wi-Fi 5 (802.11ac) : jusqu'à 2600 Mb/s
Le Wi-Fi AC 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 voir 5330 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.
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.
Wi-Fi 6 (802.11ax) : libérer le réseau
Cette nouvelle évolution du Wi-Fi
permet théoriquement de dépasser les 10 Gb/s tout en gardant une compatibilité avec les deux fréquences des précédentes versions : 2,4 et 5 GHz.
Développée avec l'IoT et les smartphones en tête, cette norme doit réduire la consommation énergétique, et donc augmenter l'autonomie de nos appareils.
L'objectif de cette nouvelle génération est en outre d'améliorer la gestion des réseaux denses, c'est-à-dire principalement les lieux publics où peuvent circuler plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines d'appareils mobiles. Un cas d'usage auquel ne répondait pas le Wi-Fi 802.11ac.
Wi-Fi 6E (ou Wi-Fi 6 GHz) : toujours moins d'interférences et plus de vitesse
Développé aux États-Unis en parallèle du Wi-Fi 6, le Wi-Fi 6E fonctionne non seulement sur les bandes de fréquence 2,4 et 5 GHz, mais également sur la bande des 6 GHz. Celle-ci étant déjà occupée en Europe, le spectre alloué chez nous est de seulement 480 MHz supplémentaires, contre 1,2 GHz aux États-Unis.
Selon le routeur, le Wi-Fi 6E propose donc 6 canaux supplémentaires de 80 MHz chacun, ou 3 canaux de 160 MHz. Cela permet notamment d'éviter l'encombrement des fréquences dans les zones très peuplées, et donc les interférences.
Théoriquement, le Wi-Fi 6E promet par ailleurs d'atteindre des vitesses de pointe supérieures de 30 % à celles du Wi-Fi 5. Dans les faits, c'est difficilement réalisable à l'heure actuelle.
Enfin, les modes de distribution des signaux sont améliorés grâce à de nouvelles méthodes de multiplexage, rendant la connexion Wi-Fi plus polyvalente et stable lorsqu'un grand nombre d'appareils sont connectés simultanément au même point d'accès.
Wi-Fi 7 (802.11be) : l'alternative aux câbles ?
Le Wi-Fi 7 est évoqué depuis 2021 et étudié depuis plus longtemps encore. Comme souvent avec les nouvelles normes Wi-Fi, les promesses sont : plus de vitesse (on parle d'un débit théorique pouvant aller jusqu'à 30 Gb/s), une latence plus basse et une meilleure gestion des interférences.
Le Wi-Fi 7 apporterait des bandes de fréquences supplémentaires, des tailles de canal allant jusqu'à 320 MHz (le double du Wi-Fi 6) et une modulation 4096-QAM au lieu de 1024-QAM sur le Wi-Fi 6. Cela permettrait en théorique de remplacer les câbles Ethernet en proposant des débits supérieurs, une latence réduite et une excellente stabilité en toutes conditions. MediaTek cite parmi les usages le streaming vidéo en 8K, la réalité virtuelle sans fil ou encore le cloud gaming.
Initialement, l'IEEE (« Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens » en français) visait un déploiement commercial en 2024. Il se pourrait que cela n'arrive pas avant 2025.
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.
Mis à part cette contrainte, toutes les normes Wi-Fi évoquées dans cet article 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. Aujourd'hui, la bande de fréquences 2,4 GHz est souvent saturée, en particulier en milieu urbain, et les appareils Wi-Fi 802.11g et n qui l'utilisent seront donc souvent limités aux tâches les plus simples : chargement de page web et streaming de musique.
Avec un smartphone ou une tablette, les usages s'orientent de plus en plus vers le visionnage de contenu vidéo. Dans ce cas, en particulier pour des vidéos HD, le Wi-Fi 802.11n 5 GHz peut se révéler nécessaire afin d'éviter les micro-coupures. De plus, si vous avez la fibre, votre connexion Internet propose au moins du 100 Mb/s. Il serait donc dommage de la brider avec du Wi-Fi trop lent. Le débit théorique du Wi-Fi 802.11n étant limité à 70 Mb/s, il faudra donc au moins du Wi-Fi 802.11ac pour profiter pleinement de la fibre.
Le Wi-Fi sur les ordinateurs et smartphones
Concernant les ordinateurs portables, la situation est un peu différente puisqu'ils intègrent souvent plusieurs antennes. Les plus haut de gamme comme les MacBook Pro 15 pouces avec touch bar intègrent trois antennes, ce qui permet d'atteindre les 1300 Mb/s théoriques. Mais le MacBook Pro 13 pouces sans touch bar, lui, n'intègre que 2 antennes et se voit donc limité à 867 Mb/s 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 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.
Finalement, à moins d'être prêt à acheter un routeur compatible et avoir des besoins énormes en débit le Wi-Fi 802.11ac dans sa forme la plus simple, sans surenchère d'antennes, représente pour le moment le meilleur compromis en termes de débit-prix.
https://www.frandroid.com/produits-android/maison-connectee/232622_dossier-bluetooth-fonctionnement-interet-les-objets-connectes