Łukasz Guziak | 25 kwietnia 2018, 12:30

Wielki test bezprzewodowych kart sieciowych

23 karty i setki godzin testów

Tym, którzy chcą szybko przesyłać pliki drogą radiową, sam router nie wystarczy. Potrzeba jeszcze dobrej bezprzewodowej karty sieciowej, bo nic nam po drogim routerze, jeśli łączymy się z nim z użyciem wiekowego sprzętu. Nasuwają się więc pytania: jaką kartę wybrać? jakie funkcje powinna mieć? jaki wybrać standard? Żeby na nie odpowiedzieć, przeprowadziliśmy setki prób i pomiarów oraz przygotowaliśmy mnóstwo zestawień. Oto test 23 kart sieciowych WiFi.

Przyzwyczailiśmy się już do wszechobecnych sieci bezprzewodowych. Gdziekolwiek się udamy, prawie zawsze jesteśmy w zasięgu. WiFi umożliwiło prowadzenie niczym nieskrępowanej komunikacji z siecią internet. Bezprzewodowe karty sieciowe są obecne w coraz większej gamie urządzeń. Spotykamy je choćby w telefonach, laptopach, tabletach i telewizorach, a coraz częściej także w lodówkach czy klimatyzatorach.

Era bezprzewodowego świata zaczęła się 21 lat temu, w 1997 roku, kiedy to światło dzienne ujrzał pierwszy standard umożliwiający komputerom łączność bez użycia plątaniny kabli.  Narodziła się pierwsza generacja sieci Wi-Fi – standard 802.11. Prędkość transmisji nie była nadzwyczajna, zaledwie 2 Mb/s, ale jak mówią, nie od razu Rzym zbudowano.

Rozwiązanie to pozwoliło prowadzić komunikację przy wykorzystaniu pasma 2,4 GHz. Nowa technika trafiła na podatny grunt i otworzyła całkiem nowe możliwości, nawet jeśli prędkość nie była zadowalająca. Inżynierowie potrzebowali tylko 2 lat, żeby zwiększyć maksymalną prędkość połączeń. Druga generacja sieci bezprzewodowych była oparta na standardach 802.11b (11 Mb/s) oraz 802.11a (54 Mb/s). 802.11b nadal wykorzystywał częstotliwość 2,4 GHz, ale urządzenia w standardzie 802.11a udostępniły pasmo 5 GHz. W 2003 roku, dzięki wprowadzeniu standardu 802.11g, prędkość połączeń bezprzewodowych znów się zwiększyła, do 54 Mb/s na częstotliwości 2,4 GHz.

Prawdziwą furorę w bezprzewodowym świecie zrobił wprowadzony w 2009 roku standard 802.11n. Jego ambitne, jak na owe czasy, założenia – transmisja z wykorzystaniem obu pasm z prędkością do 600 Mb/s – zostały spełnione.

Potrzeba przesyłania coraz większej ilości danych z większymi prędkościami sprawiła, że dziś w łączności WiFi dominuje opracowany w 2013 roku standard 802.11ac. Głównym celem twórców było zapewnienie prędkości wymiany danych przekraczającej 1 Gb/s. Tym, co odróżnia go od poprzedników, są zastosowane techniki (chociaż wywodzące się z wcześniejszych standardów) i działanie wyłącznie na częstotliwości 5 GHz. Poprzednik, czyli standard 802.11n, zachowywał wsteczną kompatybilność ze wszystkimi wcześniej opracowanymi rozwiązaniami, a nowy – tylko z urządzeniami zdolnymi do komunikacji w standardach 802.11a oraz 802.11n (pasmo 5 GHz).

 

 

Osiągnięcie założonej prędkości wymiany danych nie byłoby możliwe, gdyby nie opracowanie udoskonaleń w łączności radiowej, na których jest oparty standard 802.11ac. Wszystkie te rozwiązania mają na celu tylko jedno: zapewnienie jak najszybszego przesłania drogą radiową danych z punktu A do punktu B.

Zatem przyjrzyjmy się temu, jakie techniki pozwoliły zwiększyć przepustowość sieci radiowej.

Pierwszym rozwiązaniem, zastosowanym już w standardzie 802.11n, było zwiększenie szerokości dostępnego kanału, co umożliwiło szybszą transmisję danych. Standard 802.11n pozwala poszerzyć kanał o 20 MHz lub 40 MHz, a 802.11ac dodaje dwie wartości: 80 MHz i 160 MHz. Kanały 40 MHz zostają utworzone z dwóch sąsiadujących ze sobą kanałów 20 MHz, a kanały 80 MHz – z dwóch sąsiadujących ze sobą kanałów 40 MHz. Zasada ta nie musi obowiązywać w przypadku kanału 160 MHz: możliwe jest utworzenie tego typu kanału z dwóch kanałów 80 MHz, które nie sąsiadują ze sobą.

Uniknąć interferencji z sieciami wykorzystującymi te same częstotliwości pozwala technika dynamicznej regulacji szerokości kanału. Jej zadaniem jest taki dobór szerokości kanału, by wykorzystać dostępne i nieużywane w danej chwili spektrum częstotliwości. Niestety, w wielu routerach nie można skonfigurować na stałe największej szerokości kanału, a automatyczna funkcja w wysoko zurbanizowanych lokalizacjach zwykle wybiera najwęższe pasmo.

Technika, która znacząco zwiększyła prędkość przesyłu informacji, upowszechniona wraz ze standardem 802.11n, to MIMO (ang. Multiple Input, Multiple Output). MIMO, dzięki zastosowaniu wielu par anten odbiorczo-nadawczych, pozwala wysyłać wiele strumieni danych jednocześnie. Dzięki wykorzystaniu wielu torów, którymi dane mogą podróżować w kierunku klienta, znacząco zwiększyła się przepustowość łącza radiowego. To tak jak na autostradzie: trzema pasami pojedzie więcej samochodów niż dwoma.

Wśród parametrów opisujących kartę sieciową bardzo często znajduje się zapis w rodzaju 3×3:3, który odnosi się, kolejno, do liczby anten nadawczych i odbiorczych. Karta Wi-Fi oznaczona w ten sposób ma trzy anteny nadawcze i trzy odbiorcze. Trzecia cyfra (po dwukropku) odnosi się do liczby strumieni, które są niezależnymi transmisjami wysyłanymi przez kartę na tym samym kanale. Czasem stosowany zapis typu 3T3R (ang. 3 transmit 3 receive) jest równoznaczny z 3×3.

Standard 802.11n wprowadził obsługę do czterech torów nadawczo-odbiorczych, a standard 802.11ac utrzymał tę wartość dla klienta i zarazem zwiększył ją do ośmiu dla stacji bazowej.

Technika MIMO początkowo umożliwiała prowadzenie wielostrumieniowej transmisji tylko przez jednego klienta w danym momencie (SU-MIMO – ang. Single-user MIMO). Rozwinięciem tej koncepcji, które umożliwiło obsługę wielu klientów, jest rozwiązanie MU-MIMO (ang. Multi-User Multiple Input Multiple Output). Router działający w tej technice zyskał możliwość wysyłania w danej chwili wielu strumieni danych, których odbiorcami są różne klienty.

Koncepcję MU-MIMO ilustruje poniższy rysunek.

 

Innym czynnikiem wpływającym na wzrost prędkości jest sposób modulacji i zastosowane kodowanie. Używany do tej pory schemat modulacji 64 QAM (802.11n) został rozszerzony do 256 QAM w standardzie 802.11ac. Pozytywną konsekwencją tej zmiany jest możliwość przesłania większej ilości informacji bez zmiany szerokości kanału.

Gdybyśmy mogli skorzystać ze wszystkich zalet nowego standardu 802.11ac, czyli 160-megahercowego kanału i modulacji 256-QAM z jednoczesnym użyciem ośmiu strumieni, maksymalna prędkość transferu danych wyniosłaby około 6,93 Gb/s.

Możliwych jest wiele kombinacji szerokości kanału, liczby strumieni czy rodzajów modulacji, a każdy z tych trzech czynników wpływa na szybkość połączenia. Dlatego przygotowaliśmy tabelę zawierającą porównanie standardów 802.11n i 802.11ac wraz z informacją o możliwych do osiągnięcia prędkościach.

 

Jakość komunikacji radiowej i zasięg sieci bezprzewodowej poprawia funkcja kształtowania wiązki (ang. beamforming). Jej działanie polega na wzmocnieniu energii sygnału WiFi generowanego na przykład przez router i takim jego ukierunkowaniu, by klient mógł go odebrać z jak największą mocą. Tę technikę zaczęto stosować już w sieciach standardu 802.11n, lecz ze względu na brak wspólnej strategii producentów sprzętu działała w różny sposób, więc urządzenia różnych firm nie współpracowały ze sobą. Dopiero jej ujednolicenie w standardzie 802.11ac pozwoliło na jej powszechne wykorzystanie bez względu na markę użytego sprzętu sieciowego. 

Z tego krótkiego rysu historycznego wypływa jeden zasadniczy wniosek dla kogoś, kto planuje zakup sprzętu wykorzystującego sieci radiowe: należy zwrócić uwagę na obsługiwane standardy i dostępne funkcje. Do takich urządzeń można zaliczyć adaptery Wi-Fi. Posiadacz bezprzewodowej karty sieciowej, która nie obsługuje nowoczesnych rozwiązań udostępnianych przez router, takich jak MU-MIMO i beamforming, nie zdoła w pełni wykorzystać jego możliwości. 

Wiele osób nadal korzysta z kilkuletnich laptopów bądź komputerów stacjonarnych. Zamontowane w nich moduły łączności WiFi nie obsługują najnowszych standardów i są mało wydajne. Cierpi na tym szybkość połączenia. Najczęściej doświadczamy tego podczas przeglądania stron i pobierania plików – wszystko działa wolno. Nie bez znaczenia jest także mnogość urządzeń wykorzystujących pasmo 2,4 GHz, a więc spory tłok w eterze; również sama częstotliwość negatywnie wpływa na jakość i szybkość połączeń. Wyjściem z sytuacji jest użycie standardu 802.11ac, udostępniającego dodatkowe pasmo 5 GHz, które jest mniej obłożone.

Na co jeszcze należy zwrócić uwagę, wybierając adapter sieci WiFi?

Przede wszystkim na typ interfejsu do komunikacji z komputerem. Może to być standard USB bądź PCI Express. Pierwszy umożliwi wykorzystanie sprzętu z każdym komputerem, w którym zamontowano port USB, drugi zaś jest rozwiązaniem przeznaczonym do komputerów stacjonarnych.

Karta sieciowa PCI Express jest bezpośrednio montowana w szynie na płycie głównej, wewnątrz obudowy.

Wybierając sprzęt do złącza USB, należy zwrócić uwagę na generację interfejsu: czy jest to starszy USB 2.0, czy nowszy USB 3.0. Osiągi współczesnych kart Wi-Fi o średniej prędkości, na przykład działających w standardzie AC1200, determinują wybór USB 3.0, gdyż wydajność USB 2.0 okazuje się niewystarczająca. Nie oznacza to jednak, że ten drugi nie jest stosowany. Standard USB 2.0 wykorzystują najwolniejsze adaptery AC600, gdyż szybkość ich magistrali (480 Mb/s) jest większa od szybkości nawiązywanych połączeń (433 Mb/s).

Istnieją jeszcze karty Wi-Fi oparte na interfejsie PCMCIA, ExpressCard czy PCI, lecz są to produkty niszowe, gdyż dzisiejsze komputery nie korzystają już z tego typu połączeń.

Użyty w karcie układ decyduje o maksymalnej prędkości połączeń i obsługiwanych funkcjach. Producenci najchętniej stosują układy firmy Realtek i to właśnie na nich jest opartych 16 spośród testowanych przez nas modeli. Najczęściej wykorzystywane są: Realtek RTL8812AU i Realtek RTL8812BU, zapewniające kompatybilność ze standardami 802.11 ac/abgn oraz USB3.0, a dodatkową funkcją RTL8812BU jest MU-MIMO. Układy te pozwalają budować urządzenia działające w konfiguracji 2×2 (dwa razy transmisja, dwa razy odbiór). W bardziej zaawansowanych i szybszych kartach montowany jest Realtek RTL8814AU.

Stosowane są również układy firmy Mediatek: MT7610U (802.11 ac/abgn, USB 2.0, 1×1) i MT7612U (802.11 ac/abgn, USB 3.0, 2×2). Trzy karty z naszego testu są oparte na układach firmy Broadcom: BCM4360 (802.11 ac/agn, PCI-E, 3×3, MU-MIMO) oraz BCM4366 (802.11 ac/agn, PCI-E, 4×4).

Z walorów typowo użytkowych warto wymienić zewnętrzny przycisk WPS („naciśnij i połącz”). Wystarczy go wcisnąć, a następnie wcisnąć analogiczny przycisk na drugim urządzeniu, żeby utworzyć połączenie.

Zewnętrzna dioda Link/Act pozwala określić stan urządzenia – czy adapter jest podłączony i czy poprawnie nawiązano połączenie bezprzewodowe.

Procedura testowa

Ponieważ część wyników testów umieściliśmy przy opisach poszczególnych kart WiFi (zasięg, test szybkości w programie iperf, test prędkości wysyłania/pobierania plików), należy się kilka słów wyjaśnienia co do przyjętej procedury testowej.

W teście pomiaru mocy sygnału, wykonanym przy użyciu narzędzia iperf, oraz w teście prędkości wysyłania/odbierania plików uwzględniliśmy pięć różnych lokalizacji. We wszystkich testach użyliśmy routera marki TP-Link Archer C5400 w wersji drugiej (opis i test urządzenia znajdziecie w artykule „Mocy, przybywaj!”). Ponieważ router umożliwia rozgłoszenie trzech niezależnych sieci bezprzewodowych (jednej 2,4 GHz oraz dwóch 5 GHz), wszystkie testy zostały przeprowadzone trzy razy. Sieć 2,4 GHz do działania wykorzystała kanał 9., a szerokość kanału została ustawiona na 40 MHz. Sieci 5 GHz działały na kanałach 44. i 104., a szerokość kanału w obu konfiguracjach została ustawiona na 80 MHz.

  • Pomiar mocy i stabilności sygnału został przeprowadzony z 5-sekundowym odstępem, a czas całego pomiaru to 5 minut. Test objął pięć lokalizacji. Wykorzystaliśmy w nim narzędzie NetSpot Pro, które dodatkowo umożliwiło utworzenie rysunków rozkładu mocy sygnału sieci bezprzewodowej;
  • Test przeprowadziliśmy przy użyciu bezpłatnego narzędzia iperf, opartego na modelu klient-serwer, które służy do testowania wydajności sieci i jest dostępne w wersji zarówno dla systemów Windows, jak i Linux. Test polegał na uruchomieniu programu w trybie serwera na jednym z komputerów i zmierzeniu prędkości transmisji w obu kierunkach. W próbie upload dane były przesyłane w kierunku od klienta do serwera, a w próbie download – na odwrót. Komputer pełniący funkcję serwera komunikował się z routerem za pośrednictwem standardu Ethernet 1 Gb/s, klient zaś korzystał z połączenia bezprzewodowego.
  • Test prędkości wysyłania/odbierania plików pomiędzy dwoma komputerami obejmował połączenie bezprzewodowe, przy czym jeden z użytych komputerów komunikował się z routerem za pośrednictwem standardu Ethernet 1 Gb/s.
  • Pomiar poboru energii został przeprowadzony w trzech sytuacjach: adapter podłączony do portu, ale nie połączony z żadną siecią WiFi, kopiowanie plików przez sieć WiFi 2,4 GHz, kopiowanie plików przez sieć WiFi 5 GHz. Test objął tylko urządzenia wykorzystujące interfejs USB.

W testach użyliśmy trzech komputerów. Pierwsza konfiguracja to: Intel Core i7-3820, Asus P9X79, 32 GB DDR3 2400 MHz, SSD 250 GB Samsung MZHPV256HDGL M.2, druga to: Intel Core i3-7100, Asus Strix B250I Gaming, HyperX Fury 16 GB DDR4 2400 MHz, SSD 240 GB Patriot Hellfire M.2, a trzecia to: laptop Lenovo G510, Core i7-4700MQ, 16 GB DDR3, SSD 250 GB Samsung 850 Pro.

Test objął pięć punktów pomiarowych w mieszkaniu o powierzchni 50 m2. Przyjęta numeracja poszczególnych lokalizacji została przedstawiona na rysunku poniżej.

Kanały sieci bezprzewodowej zostały dobrane w ten sposób, by w jak największym stopniu zminimalizować interferencję z okolicznymi sieciami WiFi.