Les évolutions de la couche PHY

Introduction

Le Wi-Fi, technologie incontournable des réseaux sans fil, a évolué au fil des décennies pour répondre aux exigences croissantes de connectivité, de débit et de latence imposées par l’ère numérique. Depuis son adoption initiale dans les années 1990, chaque génération de normes IEEE 802.11 a apporté des avancées significatives, permettant d’élargir l’éventail des applications prises en charge, des réseaux domestiques aux environnements industriels. Avec l’émergence de nouvelles applications exigeantes telles que la réalité augmentée (AR), la réalité virtuelle (VR), la diffusion de vidéos 8K ou encore l’Internet des Objets industriel (IoT), la sixième génération Wi-Fi, basée sur la norme 802.11ax, atteint aujourd’hui ses limites. C’est dans ce contexte que la norme Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be), également appelée Extremely High Throughput (EHT), voit le jour.

La norme Wi-Fi 7 a été conçue pour répondre aux nouveaux défis du monde connecté : augmenter les débits, réduire les délais, améliorer la densité des réseaux et garantir une expérience utilisateur fluide, même dans des environnements...

Débits et modulation

Depuis les débuts du Wi-Fi, l’augmentation des débits a toujours été au cœur des évolutions technologiques. Chaque génération de la norme Wi-Fi a cherché à repousser les limites pour offrir des vitesses de transmission toujours plus élevées. Alors que la norme 802.11a, introduite en 1999, permettait d’atteindre des débits de 54 Mbps, la norme Wi-Fi 7 promet des débits théoriques dépassant les 46 Gbps, soit près de mille fois plus rapides. Ces avancées reposent sur plusieurs innovations techniques. La première est l’augmentation du nombre de flux spatiaux, une technologie introduite avec la norme Wi-Fi 4 (802.11n) et qui permet désormais de gérer jusqu’à 16 flux simultanés avec la norme Wi-Fi 7, contre seulement 3 au début. Cette approche permet une exploitation plus efficace du airtime, temps dédié à la transmission pour chaque client, pour transmettre davantage de données en parallèle. La seconde innovation majeure concerne l’élargissement des canaux de transmission.

Jusqu’à l’arrivée de la norme Wi-Fi 4, la largeur des canaux était limitée à 20 MHz, alors que la norme Wi-Fi 7 propose maintenant des canaux allant jusqu’à 320 MHz. Cette augmentation permet de multiplier la capacité de transmission et de mieux exploiter les bandes de fréquences disponibles, en particulier avec l’ouverture récente de la bande des 6 GHz depuis la norme Wi-Fi 6E. Enfin, d’autres améliorations importantes ont été apportées au niveau de la modulation du signal, notamment l’introduction du 4096-QAM qui permet de transmettre plus de bits par symbole, augmentant ainsi le débit dans des conditions optimales.

Avec l’ensemble de ces évolutions la vitesse théorique a fortement évolué au fur et à mesure des différentes versions du Wi-Fi et de ses optimisations. Le tableau ci-dessous rappelle les principales évolutions :

Gestion du spectre

Avec la multiplication des appareils connectés et l’explosion des besoins en bande passante, les infrastructures sans fil doivent faire face à une saturation croissante des ressources spectrales. La complexité est accentuée par la fragmentation des bandes de fréquence, causée par des interférences locales, des restrictions réglementaires et la coexistence avec d’autres technologies, comme les radars ou les dispositifs IoT. Dans ce contexte, maximiser l’utilisation du spectre disponible tout en maintenant des performances élevées devient essentiel pour répondre aux exigences croissantes des applications modernes. Les précédentes générations Wi-Fi, notamment la norme Wi-Fi 6, ont introduit des mécanismes tels que l’OFDMA et le MIMO pour améliorer l’efficacité spectrale. Cependant, ces technologies atteignent leurs limites dans des environnements denses ou perturbés. Les canaux larges, comme ceux de 160 MHz, ne sont souvent que partiellement utilisables dans des contextes réels, réduisant ainsi les débits et la fiabilité des communications. De plus, la coexistence avec des technologies héritées ou concurrentes dans les bandes partagées, comme le 5 GHz ou le 6 GHz, engendre des défis supplémentaires en matière d’interférences et de gestion des ressources. La norme Wi-Fi 7 introduit des avancées majeures pour surmonter ces obstacles. En se concentrant sur la gestion dynamique et adaptative du spectre, elle vise à optimiser l’utilisation des bandes disponibles tout en améliorant la robustesse des transmissions. Parmi les innovations phares, on retrouve des mécanismes comme le Enhanced Spatial Reuse (SCS) pour réduire les interférences entre réseaux voisins, le Multi-RU Puncturing et le Preamble Puncturing pour tirer parti des bandes fragmentées, ainsi que le Universal SIG qui harmonise la signalisation multi-bande. Avec ces améliorations, la norme Wi-Fi 7 redéfinit la gestion du spectre en offrant une flexibilité sans précédent et en ouvrant de nouvelles opportunités pour les environnements résidentiels, professionnels, et industriels.

Ce chapitre explore en détail...