Normes Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac : Comprendre le Wifi et ses normes

Aujourd’hui les appareils Wifi sont de partout et beaucoup d’entre vous ont déjà du remarquer un petit chiffre comme 802.11a dans la description des caractéristiques de leurs smartphone ou de leurs tablette préférée. Seulement à quoi correspondent ces chiffres et comment faire son choix au moment de l’achat ? Sachez que toutes ne se valent pas et que certaines normes ne sont pas compatibles avec d’autres…

L’évolution du Wifi

C’est dans les années 90 que la première version du Wifi fait son apparition et c’est à Apple qu’on doit cette invention (ça me fait mal de l’admettre en tant que Fanboy android mais bon…) qui s’appelle à l’époque le AirPort. Quelques années plus tard le terme de Wifi se généralise pour toutes les normes sans fil 802.11.

Il en existe plusieurs aujourd’hui et toutes les normes relatives au wifi sont reconnaissables par leurs identifiant 802.11 suivi d’une lettre pour indiquer de la génération utilisée. Aujourd’hui vous avez accès à cinq normes différentes et deux nouvelles normes ont vu le jour il y a peu et devraient être utilisées dans les années qui viennent sur les appareils connectés :

802.11Débit max (Théorie)PortéeFréquence (Ghz)Largeur bandeCongestionMIMO
802.11 - 19972 Mbit/s20 m2,479 ou 22ElevéeNon
802.11a
(1999)
54 Mbit/s35 m520FaibleNon
802.11b
(1999)
11 Mbit/s35 m2,422ElevéeOui
802.11g
(2003)
54 Mbit/s38 m2,420ElevéeOui
802.11n
(2009)
72 - 288 Mbit/s70 m2,420ElevéeOui
Max 4
802.11n
(2009)
150 - 600 Mbit/s35 m520 ou 40FaibleOui
Max 4
802.11ac
(2013)
433 - 1300 Mbit/s35 m520, 40 ou 80 MHzFaibleOui
Max 8
802.11ac
(2013)
433 - 2600 Mbit/s35 m520, 40, 80 ou 160 MHzFaibleOui
Max 8
802.11ad
(2012)
Jusqu'à 6750 Mbit/s10 m602, 160Très faibleNon
802.11ah
(2016)
8 Mbit/s100 m0,91 à 8FaibleOui
Max 2

Comme vous pouvez le voir les normes jusqu’en 2009 visaient les meilleures performances globales pour être utilisées sur tous les appareils. C’est une stratégie qui a porté ses fruits pendant l’explosion d’internet mais aujourd’hui la donne a changé. En effet depuis 2012 ce sont des Wifi plus “spécialisés” qui font leurs apparition. La norme 802.11 ad par exemple dispose d’un excellent débit pour une portée courte, c’est peut-être l’élément qui va remplacer nos câbles HDMI pour transmettre des images de très bonne qualité sur de courtes distances. La norme 802.11ah quand à elle est optimisée pour la portée justement, avec ses 100 mètres de portée au max et l’utilisation d’une fréquence (0.9 Mhz) permet d’assurer que le signal pourra passer à travers les murs et les portes sans problèmes.

Un débit maximal théorique ?

Théorique, oui. Et ce mot est très important car vous n’atteindrez jamais cette vitesse de pointe avec un routeur. Le débit observé lors de tests est d’ailleurs souvent bien en dessous de ce débit théorique. Mais alors pourquoi indiquer un débit aussi haut ? Je ne sait pas vraiment, certainement une décision des constructeurs pour avoir des valeurs les plus précises possibles.

Quoi qu’il en soit ne vous attendez pas à atteindre ces débits maximum mais plutôt sur une valeur souvent deux fois plus faible que ce débit indiqué. De plus le débit chute encore en fonction de la distance et si des obstacles (Portes murs…) se trouvent entre les deux appareils. Si vous avez des murs épais chez vous il est possible que le Wifi ne passes tout simplement pas d’une pièce à l’autre.

Le Wi-Fi 802.11a/b/g : un débit dépassé

Avec un débit maximal de 54 Mbit/s les normes Wifi 802.11a/b et g sont un peu dépassées aujourd’hui. Ce sont pourtant des normes qui ont été très utiles durant de longues années lors des balbutiements du Wifi. Voyons comment s’en sortent ces normes Wifi aujourd’hui :

  • La norme 802.11a : Avec une vitesse maximale de 54 Mbit/s cette norme fait partie des plus rapides à l’époque. Cette vitesse est due à l’utilisation de la bande 5 Ghz qui permet un bon transfert des données. Cette fréquence limite aussi la portée du signal qui sera de 35 m. Cette fréquence est moins congestionnée et permet d’avoir une connexion plus stable et avec moins d’interférences.
  • La norme 802.11b : c’est un débit inférieur qu’on retrouve avec cette norme, en effet le 802.11b est limité à 11 Mbit/s. Cette bande passante limitée est due à l’utilisation de la fréquence 2.4 Ghz.  La portée est encore une fois limitée a 35 m.
  • La norme 802.11g : Datant de 2003 c’est la plus récente des 3, elle permet d’atteindre un débit de 54 Mbit/s en utilisant la fréquence 2.4 Ghz. Les concepteurs de cette nouvelle norme ont réussi a étendre la portée du signal jusqu’à 40 m environ. En 2003 c’est la meilleure norme Wifi existante à la fois stable, rapide et avec la meilleure portée du signal jamais observée.

La norme g est en fait une amélioration de la norme b utilisée depuis 4 ans, les constructeurs se sont rendus compte qu’ils pouvaient améliorer grandement le débit et un peu la portée facilement.

Le Wifi 802.11n : L’arrivée du haut débit

Avec l’apparition de la fibre optique à la fin des années 2000, les constructeurs ont du trouver une nouvelle norme pour garantir le meilleur débit possible aux particuliers. C’est à ce moment (en 2009) que la norme wifi 802.11n apparaît. Cette norme a révolutionné le wifi en apportant un débit incroyable allant jusqu’à 288 Mbit/s sur la fréquence 2.4 Ghz et jusqu’à 600 Mbit/s sur la fréquence 5 Ghz.

D’ailleurs la portée du signal a aussi été améliorée, en effet sur la fréquence 2.4 Ghz la portée est maintenant de 70 m soit le double de ce qu’on faisait avant.

C’est aussi avec cette norme Wifi que fait son apparition le fameux “Qos” ou “Quality of service”, un outil très pratique qui permet de répartir les utilisateurs sur les deux bandes en fonction de leurs consommation. Par exemple un PC ira sur la bande 5 Ghz avec un débit suppérieur et un téléphone mobile ira sur la 2.4 avec une liberté de mouvement améliorée (70 m de portée) et un débit plus bas adapté à la consommation du portable.

Deux autres éléments importants ont fait leurs apparition avec la norme 802.11n : le MIMO et la largeur de canal. Commençons avec le MIMO, il s’agit en fait d’un nouveau type d’antenne bien plus performant. Jusqu’ici les routeurs sont équipés d’une ou deux antennes : Une pour émettre et une pour recevoir les informations. Ces antennes sont maintenant dépassées et leurs mode de fonctionnement est sur le point de se faire chambouler !

MIMO signifie “Multiple Inputs, Multiple Outputs” cela signifie en anglais “entrées multiples, sorties multiples”, ces antennes sont donc capables d’émettre et de recevoir à destination de plusieurs sources. Les antennes les plus répandues de ce type sont les MIMO 2×2 (2 entrées et 2 sorties) mais pour les réseaux chargés il est possible d’utiliser une antenne 3×3 par exemple ou encore 4×4. Quoi qu’il en soit cette révolution du monde des antennes Wifi a permis de multiplier le débit maximal de la norme utilisée, en utilisant une antenne MIMO 2×2 on peut théoriquement doubler la bande passante du réseau !

Le deuxième élément qui a été ajouté sur la norme 802.11n c’est la largeur de bande. Jusqu’ici celle-ci était systématiquement autours des 20 Mhz, cependant les concepteurs de la nouvelle norme 802.11n se sont rendu compte que plus la largeur de bande était importante plus les débits qui y transitent pouvaient être élevés. Un canal plus large permet en effet de faire transiter plus de données sur le même intervalle de temps. Sur la norme 802.11n on retrouve donc 2 largeurs de canaux différentes : 20 Mhz ou 40 Mhz. Comme vous vous en doutez le débit de la bande large de 40 Mhz est l’équivalent du double de celui sur la bande 20 Mhz.

Maintenant que vous maîtrisez ces deux nouveaux termes (MIMO et Largeur de bande) vous allez pouvoir comprendre pourquoi le Wifi 802.11 peut s’adapter à vos besoins en toutes circonstances… Selon vous en jouant de ces deux facteurs combien de modes différents sont disponibles avec la norme Wifi n ? Vous avez répondu 4, 8 ou 10 ? Perdu ! Cette norme permet d’atteindre le nombre impressionnant de 12 modes de fonctionnement. Vous vous en doutez, pour améliorer la bande passante on va pouvoir jouer sur le nombre d’antennes MIMO et sur la largeur de bande utilisée. En fonction de la configuration de l’utilisateur le routeur Wifi n pourra donc se configurer sur la fréquence 2.4 Ghz ou 5 Ghz avec une largeur de bande de 20 Mhz ou 40 Mhz et avec 1, 2 ou 3 antennes MIMO. Les modèles avec 3 antennes sont rares et peu utilisés aujourd’hui.

Avec un routeur Wifi 802.11n sur la fréquence 2.4 Ghz avec une largeur de bande de 20 Mhz et une antenne MIMO on atteint 72 Mbit/s. Avec une antenne MIMO supplémentaire on atteint 144 Mbit/s. En passant de la largeur de bande 40 Mhz on double encore le débit.

Avec le même routeur 802.11n sur la bande 5 Ghz on passe à un débit de 150 Mbit/s avec une antenne. On peut donc augmenter le débit à 300 Mbit/s en ajoutant une antenne et à 600 Mbit/s en passant à la largeur de bande de 40 Mhz.

Le wifi 802.11ac : La toute puissance du Wifi

La norme wifi 802.11ac est arrivée par étapes, en 2013 c’est la première vague d’appareils équipés de cette norme qui voient le jour, quelques années plus tard la seconde vague équipe les smartphones et dépasse la première génération. Cette nouvelle norme Wifi n’utilise que la fréquence 5Ghz sur des largeurs de bande de 20, 40, 80 ou 160 Mhz (160 Mhz uniquement sur la vague 2).

Alors que la norme 802.11ac équipe nos appareils connectés depuis 2013, ce n’est que récemment que nous avons vu arriver la deuxième vague de produits équipés du 802.11 ac wave 2. Les principales différences entre ces deux vagues de Wifi sont :

  • La prise en charge du Mu-MIMO
  • Une largeur de canal 160 Mhz supplémentaire

Quelque soit la vague de 802.11ac il est maintenant possible d’y brancher 4 antennes MIMO 2×2. Pour bien comprendre la différence entre ces deux normes je vous propose une petit tableau créé par Cisco, une entreprise de réseau qui utilise et aide à développer les nouvelles normes Wifi.

Le débit disponible avec ces appareils est de 433 Mbit/s sur la bande 80 Mhz avec une antenne. On peut passer à un débit maximal de 1300 Mbit/s avec la vague 1 en utilisant les 3 flux spatiaux et on peut même passer à une vitesse max de 3470 Mbit/s avec la vague 2 en y installant 4 antennes.

Pour se rendre bien compte de la puissance de cette nouvelle norme on peut comparer le débit à la norme 802.11 g de 2003, on remarque alors qu’un téléphone mobile connecté avec 1 flux spatial atteint 433 Mbit/s soit presque 10x plus que les 54 Mbit/s de l’ancienne norme.

En plus de tout cela, les appareils qui utilisent la norme 802.11 ac sont capable d’utiliser la technologie du Beamforming. C’est un procédé révolutionnaire qui permet de concentrer le signal émis vers la cible pour le renforcer et éviter au maximum les pertes de signal. Avant l’apparition de cette technologie le signal était émis dans tous les sens à pleine puissance en espérant que l’appareil récepteur allait bien recevoir le signal. Cette technologie permet d’obtenir de meilleures performances de la portée du signal.

Les normes ad et ah

Encore très récentes les normes Wifi 802.11ad et 802.11ah sont très peu utilisées (Voire pas utilisées du tout dans les appareils pour particuliers) aujourd’hui. Ce sont des normes très prometteuses qui ont été approuvées respectivement en 2012 et en 2016. Ce sont des normes très intéressantes qui utilisent de nouvelles fréquences ce qui permet d’atteindre des performances alors jamais atteintes :

  • La norme 802.11ad : Avec un débit max de 6750 Mbit/s cette norme est la plus rapide aujourd’hui. Malheureusement sa portée très limitée (10m seulement) va limiter ses utilisations. Je pense que c’est cette norme qui va définitivement nous débarrasser de tous nos câbles. En effet aujourd’hui il est encore nécessaire d’utiliser un câble entre l’ordinateur et la télé ou entre la box et la télé, cette norme avec un débit impressionnant va pouvoir remplacer ces fils gênants.
  • La norme 802.11ah : Avec un débit de seulement 8 Mbit/s cette norme pourrait sembler peu prometteuse et vouée à disparaître… Pourtant ce n’est pas le débit mais bien la portée maximale du signal qui nous intéresse. Avec 100m de portée pour le signal, grâce à l’utilisation de la fréquence 0.9 Ghz, cette norme est celle qui peut envoyer des fichiers le plus loin de sa source. Cette norme centralisera d’après moi le “cerveau de la maison” par exemple. En effet la domotique se repends et un système centralisé de contrôle de toute la maison permettrais de facilement régler la température et l’ambiance de votre maison lorsque vous arrivez.

Des normes Wifi il en existe plein d’autres, j’ai décidé de ne vous présenter ici que les plus utilisées par les consommateurs et les deux nouvelles normes qui ont des chances de faire leurs apparition dans nos vies.

La compatibilité

Question compatibilité les normes Wifi sont plutôt pratiques. Alors en effet il est possible que votre smartphone ne puisse pas se connecter à la bande 5 Ghz, mais ne vous en faites pas, je vais vous donner tous les conseils et les astuces de compatibilité Wifi ici :

  • Si votre routeur est configuré en 5 Ghz il ne sera pas visible par les appareils qui fonctionnent sur la fréquence 2.4 Ghz et inversement. La plus part des téléphones mobiles sont équipés d’une carte Wifi en 2.4 Ghz tandis que les PC utilisent plus souvent la norme 5 Ghz. Pour palier à ce problème il est possible de trouver des routeurs “Dual Bande” qui émettent sur les deux fréquences en même temps.
  • La rétrocompatibilité est valable, cela signifie qu’un appareil qui fonctionne sur la  norme 802.11ac pourra fonctionner aussi sur la norme 802.11a ou n. Attention cependant car il est impossible de connecter un appareil plus ancien à un appareil utilisant une norme plus récente.

La compatibilité des OS sur PC est aussi très importante ! En effet, il est possible que votre carte réseau soit adaptée au réseau mais pas votre système d’exploitation ! Ainsi sur Windows :

  • Les anciennes versions de Windows ne géraient tout simplement pas le Wifi.
  • Windows XP : C’est la première version Windows a supporter le Wifi, avec cet OS il est possible de se connecter sur des réseaux 802.11 a/b/g et n. La norme ac n’est pas prise en compte par ce système.
  • Windows Vista, 7 et 8 : La norme 802.11 ac a été ajoutée pour permettre aux PC de bénéficier de la meilleure vitesse de connexion possible.
  • Windows 10 : La dernière version de Windows a intégré récemment le support de la norme ad qui devrais se démocratiser dans les mois qui arrivent.

Pour aller plus loin intéressez vous aussi aux différentes normes de câbles ethernet et les manières d’améliorer le signal wifi chez vous.

1 Partage = 1 routeur sauvé en Alaska
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