Какие технологии заменят Wi-Fi

В мире, где потребность в быстрой и надежной передаче данных растет с каждым днем, Wi-Fi уже не кажется чем-то из ряда вон выходящим. Несмотря на то, что Wi-Fi продолжает развиваться, появляются все более мощные и эффективные альтернативы, способные кардинально изменить представления о беспроводной связи. Что именно может прийти на смену Wi-Fi и как это повлияет на наше будущее.

Будущее связи: за пределами Wi-Fi

Стоит отметить, что Wi-Fi уже давно стал нашим основным способом подключения к интернету. Да, есть пользователи, которые все еще предпочитают использовать кабель Ethernet, и еще меньше тех, кто по-старинке подключается через диалоговый модем — но такие случаи уже можно считать экзотикой.

С каждым годом нагрузка на Wi-Fi увеличивается: всё больше устройств от пылесосов и лампочек до колонок и гитар подключаются к сети. Контент становится всё более объемным, и видео с разрешением 8K уже никого не удивляет. Появление таких технологий, как AR-шлем от Apple, только усиливает тренд на увеличение потребления трафика.

Сегодня Wi-Fi еще справляется с возрастающими объемами данных, и, вероятно, прослужит еще лет 10-15. Однако уже сейчас задаются вопросы о будущем этой технологии: что будет, когда скорости в несколько терабит в секунду станут обыденным требованием пользователей, а все возможные каналы будут перегружены из-за буквального подключения каждого устройства к интернету?

На пороге новых технологий встает вопрос: станет ли Wi-Fi еще мощнее и быстрее, или же мы достигли его фундаментальных пределов? Возможно, на смену придут альтернативные технологии, такие как спутниковый интернет, или даже будет использован совершенно новый физический принцип для передачи данных.

Ключевые факторы скорости Wi-Fi

Для того чтобы понять, какие пределы скорости может достигнуть Wi-Fi, давайте сначала разберемся, от чего зависит его производительность. Пропускная способность беспроводного соединения определяется несколькими ключевыми факторами.

Первый и один из самых важных факторов — это мощность сигнала и соотношение сигнал/шум. Чем выше мощность сигнала, тем больше информации можно передать за один раз. Например, стандарт Wi-Fi 2000 года предоставлял возможность использовать 64 градации сигнала, что соответствовало 6 битам информации в одном символе. Современный стандарт Wi-Fi 6, в свою очередь, может использовать до 1024 градаций, позволяя передать до 10 бит за один символ. Это упрощенное объяснение, учитывая, что кодирование происходит не только за счет изменения амплитуды, но и фазы сигнала.

Второй важный элемент — пространственные потоки. Наверняка вы видели современные роутеры с множеством антенн, которые напоминают паука. Эти антенны — не просто для красоты. Они используют технологию MIMO (множественный вход, множественный выход), которая позволяет передавать разные данные с разных антенн на одной и той же частоте. Хотя все эти сигналы на первый взгляд смешиваются в единый поток, современное оборудование способно разделить и восстановить каждый из них, если и приемное устройство оборудовано подходящим количеством антенн.

Третий ключевой фактор — ширина канала. Сигнал Wi-Fi распространяется не на одной частоте, а распределен по всей ширине канала. Современные системы используют несколько поднесущих частот, которые передают данные одновременно и организованы таким образом, что даже в областях перекрытия они находятся в противофазе и не создают помех друг другу. Чем шире канал, тем больше поднесущих можно в него поместить и, соответственно, больше данных передать.

Таким образом, понимание этих трех факторов — мощности сигнала, количества пространственных потоков и ширины канала — позволяет не только оценить текущие возможности Wi-Fi, но и представить, что можно улучшить для достижения еще большей скорости в будущем.

Пути ускорения Wi-Fi

В поисках способов улучшения и ускорения Wi-Fi, сфера внимания смещается к предстоящему стандарту Wi-Fi 7, который обещает значительные улучшения по сравнению с текущими Wi-Fi 6 и 6E. На примере нового стандарта можно понять, какие технологические инновации могут помочь ускорить беспроводной интернет.

Одним из способов ускорения является увеличение количества градаций сигналов. В Wi-Fi 7 их количество увеличено в четыре раза по сравнению с предыдущими стандартами, достигая 4096, что позволяет передавать до 12 бит информации за один раз. Однако, продолжать увеличивать количество градаций бесконечно не представляется возможным, так как это требует высокого соотношения сигнал/шум, что может быть достигнуто только при близком расположении к роутеру или увеличении мощности излучения, что нежелательно по очевидным причинам.

Другой метод — это увеличение количества пространственных потоков. Wi-Fi 7 поддерживает до 16 таких потоков, что теоретически позволяет умножить скорость передачи данных. Однако, реализация такого количества потоков в портативных устройствах, как смартфоны, представляет собой сложность, так как антенны для поддержки множественных потоков занимают много места и требуют значительных вычислительных мощностей, что может сказаться на автономности устройства.

Наконец, третий способ — это расширение ширины канала. В первых версиях Wi-Fi доступно было всего 14 каналов шириной по 20 МГц, из которых без перекрытия можно было использовать только три. Со временем добавили 25 каналов в диапазоне 5 ГГц, которые можно было объединять по четыре, а спецификации Wi-Fi 6E добавили диапазон 6 ГГц с шестью каналами. Максимальная ширина канала в Wi-Fi 7 достигает 320 МГц, что эквивалентно пропускной способности 1600 FM радиостанций. При использовании всех параметров на максимум, Wi-Fi 7 может достигать скорости до 46 Гигабит в секунду, что сравнимо с производительностью высокоскоростных SSD накопителей.

Такие скорости возможны только в идеальных условиях на мощном оборудовании, и в типичных сценариях скорость будет меньше из-за ряда факторов, включая доступность частотных диапазонов и конкуренцию между пользователями. Тем не менее такие технологические достижения обещают, что Wi-Fi сможет удовлетворять потребности пользователей на ближайшие 10-20 лет, но уже сейчас стоит задуматься о том, что же будет дальше.

Взгляд в будущее: какие инновации ожидают Wi-Fi?

В будущем Wi-Fi предстоит множество потенциальных улучшений, которые позволят дальше наращивать его возможности. Разработчики постоянно ищут способы повышения эффективности и производительности беспроводных сетей, исследуя новые спектры и технологии.

Одним из направлений развития является увеличение количества пространственных потоков и градаций сигналов. Возможно даже более плотное размещение поднесущих, которые не будут ортогональными, требуя для их разделения еще большей вычислительной мощности. Это позволит передавать еще больше данных за единицу времени, но потребует значительных усилий в области обработки сигналов.

Еще одно обещающее направление — использование частот в десятки гигагерц. Эти высокие частоты обладают большим количеством свободного пространства, которое может быть использовано для добавления новых каналов. Хотя использование таких высоких частот может уменьшить дальность передачи сигнала, эту проблему можно решить установкой нескольких роутеров в помещении, что обеспечит покрытие необходимой площади без потери качества сигнала.

Ожидается, что новые спецификации Wi-Fi будут постепенно использовать эти возможности, что может привести к скоростям передачи данных в сотни гигабит в секунду. Такие скорости позволят беспроводным сетям справляться с растущими потребностями в передаче данных, вызванными, например, развитием технологий виртуальной и дополненной реальности, 8K видео и другими требовательными приложениями.

Исходя из этого, можно с уверенностью сказать, что потенциал у технологии Wi-Fi огромен, и она останется с нами на долгие годы. Развитие этой технологии продолжает открывать новые возможности для пользователей по всему миру, обеспечивая необходимую инфраструктуру для бесперебойной и высокоскоростной связи

Необычные применения Wi-Fi

Wi-Fi уже давно перестал быть только средством для передачи данных. С развитием технологий его функциональные возможности расширяются, позволяя использовать его в самых неожиданных сценариях. Сегодня Wi-Fi можно встретить в роли основного элемента в разнообразных устройствах и системах, превращаясь в мощный инструмент для реализации креативных и инновационных проектов.

Одним из примеров такого использования является разработка пассивного Wi-Fi. В 2016 году группа американских ученых сумела значительно снизить энергопотребление устройств связи, что позволило отказаться от батарей в малых устройствах, таких как датчики дыма, температуры и даже камеры с низким разрешением. Эти устройства теперь могут функционировать, питаясь исключительно от энергии радиоволн, что открывает перспективы для их использования в труднодоступных или отдаленных местах без необходимости обслуживания.

Также Wi-Fi нашел применение в системах внутренней навигации, особенно в больших помещениях, таких как торговые центры и аэропорты. Системы могут определять местоположение пользователя с точностью до нескольких метров, анализируя сигналы от нескольких точек доступа.

Кроме того, современные роутеры, оснащенные множеством антенн, могут использоваться для мониторинга помещений. Технология позволяет детектировать и даже распознавать людей в комнате с высокой точностью, используя анализ прохождения сигнала через помещение. Это открывает возможности для создания систем безопасности и умного дома нового поколения.

В начале года исследователи из университета Карнеги Меллон продемонстрировали, как с помощью Wi-Fi можно определить позу человека с феноменальной точностью. Это нововведение может найти применение в области здравоохранения, спорта и даже в игровой индустрии.

Дополнительно, с помощью Wi-Fi можно мониторить такие жизненно важные показатели, как частота дыхания и пульс, используя шестигигагерцовый диапазон и специальные антенны. Система способна фильтровать случайные движения, оставляя только движения, связанные с дыханием и сердцебиением, достигая при этом точности до 97%.

Wi-Fi продолжает расширять свои горизонты, обеспечивая не только связь, но и новые способы взаимодействия с окружающей средой и повседневными объектами. Возможности этой технологии постоянно растут, обещая еще больше удивительных и полезных функций в будущем.