Avant toute chose, il est important de préciser que la communication 5G est différente du Wi-Fi 5 GHz dont nous allons parler aujourd'hui. La 5G est l'abréviation de « cinquième génération de réseaux mobiles », une technologie de communication mobile cellulaire. Dans le contexte du Wi-Fi, le terme 5G fait référence à la fréquence de 5 GHz utilisée pour la transmission des données.
Presque tous les appareils Wi-Fi disponibles sur le marché prennent désormais en charge la fréquence de 2,4 GHz, et les appareils les plus performants peuvent prendre en charge les deux fréquences, à savoir 2,4 GHz et 5 GHz. Ces routeurs haut débit sont appelés routeurs sans fil bi-bande.
Parlons ci-dessous des fréquences 2,4 GHz et 5 GHz dans le réseau Wi-Fi.
Le développement de la technologie Wi-Fi a une histoire de 20 ans, de la première génération 802.11b à 802.11g, 802.11a, 802.11n, et jusqu'à l'actuel 802.11ax (WiFi6).
norme Wi-Fi
Le terme « Wi-Fi » est une simple abréviation. Il désigne en réalité un sous-ensemble de la norme de réseau local sans fil 802.11. Depuis sa création en 1997, plus de 35 versions de différentes tailles ont été développées. Parmi elles, les six versions les plus abouties sont les 802.11a/b/g/n/ac.
IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11a est une version révisée de la norme 802.11 originale et a été approuvée en 1999. Elle utilise le même protocole de base que la norme originale. Sa fréquence de fonctionnement est de 5 GHz, elle emploie 52 sous-porteuses multiplexées par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) et son débit de transmission de données brut maximal est de 54 Mbit/s, ce qui correspond au débit moyen requis par un réseau réel (20 Mbit/s).
Face à la saturation croissante de la bande de fréquence 2,4 GHz, l'utilisation de la bande 5 GHz représente une amélioration significative par rapport à la norme 802.11a. Cependant, elle engendre également des problèmes. La portée de transmission est inférieure à celle des normes 802.11b/g ; en théorie, les signaux 5 GHz sont plus facilement bloqués et absorbés par les murs, ce qui explique une couverture moins étendue. La norme 802.11a peut également être sujette aux interférences, mais la faible densité de signaux parasites à proximité lui confère généralement un meilleur débit.
IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11b définit les standards des réseaux locaux sans fil (WLAN). Sa fréquence porteuse est de 2,4 GHz, offrant des débits de transmission de 1, 2, 5,5 et 11 Mbit/s. Elle est parfois appelée, à tort, Wi-Fi. En réalité, Wi-Fi est une marque déposée de la Wi-Fi Alliance. Cette marque garantit uniquement la compatibilité des produits qui l'utilisent et n'a aucun lien avec la norme elle-même. La bande de fréquences ISM de 2,4 GHz comprend 11 canaux d'une largeur de bande de 22 MHz, répartis sur 11 bandes de fréquences qui se chevauchent. La norme IEEE 802.11g succède à la norme IEEE 802.11b.
IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11g a été adoptée en juillet 2003. Sa fréquence porteuse est de 2,4 GHz (identique à celle de la norme 802.11b), elle utilise 14 bandes de fréquences et offre un débit de transmission initial de 54 Mbit/s, tandis que le débit de transmission net est d'environ 24,7 Mbit/s (identique à celui de la norme 802.11a). Les appareils compatibles 802.11g sont rétrocompatibles avec la norme 802.11b.
Par la suite, certains fabricants de routeurs sans fil ont développé de nouvelles normes basées sur la norme IEEE 802.11g en réponse aux besoins du marché, et ont augmenté la vitesse de transmission théorique à 108 Mbit/s ou 125 Mbit/s.
IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11n, élaborée à partir de la norme 802.11-2007 par un nouveau groupe de travail créé par l'IEEE en janvier 2004 et officiellement approuvée en septembre 2009, prend désormais en charge la technologie MIMO, permettant une bande passante sans fil de 40 MHz et un débit théorique maximal de 600 Mbit/s. Par ailleurs, grâce à l'utilisation du codage spatio-temporel par blocs proposé par Alamouti, la portée de la transmission de données est étendue.
IEEE 802.11ac
La norme IEEE 802.11ac est une norme de communication sans fil en développement pour les réseaux informatiques sans fil (WLAN). Elle utilise la bande de fréquence 6 GHz (également appelée bande 5 GHz) pour les communications WLAN. En théorie, elle peut fournir une bande passante d'au moins 1 gigabit par seconde pour les communications WLAN multi-stations, ou d'au moins 500 mégabits par seconde (500 Mbit/s) pour une connexion unique.
Elle reprend et développe le concept d'interface radio dérivé de la norme 802.11n, notamment : une bande passante RF plus large (jusqu'à 160 MHz), un plus grand nombre de flux spatiaux MIMO (portés à 8), le MU-MIMO et une démodulation haute densité (modulation jusqu'à 256QAM). Elle constitue un successeur potentiel de la norme IEEE 802.11n.
IEEE 802.11ax
En 2017, Broadcom a été le premier à lancer la puce sans fil 802.11ax. La norme 802.11ad précédente, fonctionnant principalement sur la bande de fréquence des 60 GHz, offrait certes une vitesse de transmission accrue, mais une couverture limitée, et est devenue une technologie complémentaire à la norme 802.11ac. Selon le projet officiel de l'IEEE, la sixième génération du Wi-Fi, qui succède à la norme 802.11ac, est la norme 802.11ax, et des appareils compatibles avec le partage de connexion ont été commercialisés dès 2018.
La différence entre 2,4 GHz et 5 GHz
La première génération de la norme de transmission sans fil IEEE 802.11 est née en 1997. De nombreux appareils électroniques utilisent généralement la fréquence sans fil de 2,4 GHz, tels que les fours à micro-ondes, les appareils Bluetooth, etc. Ils interfèrent plus ou moins avec le Wi-Fi 2,4 GHz, ce qui affecte le signal dans une certaine mesure, un peu comme une route où circulent simultanément des calèches, des vélos et des voitures, et où la vitesse de circulation des voitures est naturellement affectée.
Le Wi-Fi 5 GHz utilise une bande de fréquence plus élevée, réduisant ainsi la congestion des canaux. Il utilise 22 canaux sans interférence. Comparé aux 3 canaux du 2,4 GHz, il réduit considérablement la congestion du signal. Par conséquent, le débit de transmission du 5 GHz est supérieur de 5 GHz à celui du 2,4 GHz.
La bande de fréquence Wi-Fi 5 GHz utilisant le protocole 802.11ac de cinquième génération peut atteindre une vitesse de transmission de 433 Mbps sous une bande passante de 80 MHz et une vitesse de transmission de 866 Mbps sous une bande passante de 160 MHz, ce qui représente une amélioration considérable par rapport au débit de transmission maximal de 300 Mbps de la bande 2,4 GHz.
5 GHz sans obstacle
Cependant, le Wi-Fi 5 GHz présente aussi des inconvénients. Ses limites résident dans sa portée de transmission et sa capacité à traverser les obstacles.
Le Wi-Fi étant une onde électromagnétique, sa propagation principale est rectiligne. Lorsqu'il rencontre des obstacles, il subit des phénomènes de pénétration, de réflexion et de diffraction. La pénétration est le phénomène prédominant, la réflexion et la diffraction contribuant également à sa propagation. Les caractéristiques physiques des ondes radio sont les suivantes : plus la fréquence est basse, plus la longueur d'onde est grande, plus les pertes lors de la propagation sont faibles, plus la couverture est étendue et plus il est facile de contourner les obstacles ; à l'inverse, plus la fréquence est élevée, plus la couverture est réduite et plus il est difficile de contourner les obstacles.
Par conséquent, le signal 5G, avec sa haute fréquence et sa courte longueur d'onde, a une zone de couverture relativement petite et sa capacité à traverser les obstacles n'est pas aussi bonne que celle du 2,4 GHz.
En termes de portée, le Wi-Fi 2,4 GHz offre une couverture maximale de 70 mètres en intérieur et de 250 mètres en extérieur. Le Wi-Fi 5 GHz, quant à lui, ne peut atteindre qu'une portée maximale de 35 mètres en intérieur.
La figure ci-dessous compare la couverture d'Ekahau Site Survey sur les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz pour le concepteur virtuel. Le vert foncé des deux simulations représente un débit de 150 Mbit/s. Le rouge dans la simulation 2,4 GHz indique un débit de 1 Mbit/s, et le rouge dans la simulation 5 GHz, un débit de 6 Mbit/s. On constate que la couverture des points d'accès 2,4 GHz est légèrement plus étendue, mais les débits sont plus élevés en périphérie de la couverture 5 GHz.
Les fréquences 5 GHz et 2,4 GHz sont différentes, chacune présentant des avantages pour les réseaux Wi-Fi. Ces avantages peuvent dépendre de la configuration du réseau, notamment en tenant compte de la portée et des obstacles (murs, etc.) que le signal doit franchir. Est-ce excessif ?
Si vous devez couvrir une zone plus étendue ou bénéficier d'une meilleure pénétration des murs, la bande 2,4 GHz sera plus adaptée. Cependant, en l'absence de ces limitations, la bande 5 GHz est plus rapide. En combinant les avantages et les inconvénients de ces deux bandes de fréquences et en les fusionnant grâce à des points d'accès bi-bande dans un déploiement sans fil, on peut doubler la bande passante, réduire l'impact des interférences et profiter d'un réseau Wi-Fi globalement plus performant.
Date de publication : 9 juin 2021