Tecnologia de transmissão de dados de conexão sem fio WI-FI 6. Conceito moderno de sexta geração de WIFI.
Pela primeira vez na história da LAN sem fio (802.11), a nova versão AXE não se concentra em taxas de dados de clientes mais altas, mas na eficiência da infraestrutura. O WiFi 6 permite a coordenação central da célula de rádio e apresenta OFDMA e Coloring—funções que deveriam aumentar a velocidade em sistemas com muitos clientes trabalhando simultaneamente. Uma taxa de dados mais alta é apenas o subproduto.
Por Marcel Consée, Para Mouser Electronics, traduzido com permissão da Mouser
O padrão original IEEE802.11 de 1997 com uma taxa máxima de dados de 2Mbit/s tratava cada pacote de dados igualmente. O mesmo foi válido para 802.11b (11Mbit/s), 802.11g (54Mbit/s a 2.4GHz) e 802.11a (5GHz). Cada ponto de acesso (AP) poderia enviar apenas um pacote por janela de transmissão (TX Opportunity, TXOP). Em produtos a/g, foi introduzido OFDM (Multiplexação Ortogonal por Divisão de Frequência). OFDM divide cada bloco de frequência disponível em várias subportadoras. Os fluxos de dados são modulados como os chamados Símbolos (sinais de tempo limitado) nas subportadoras.
802.11n (600Mbit/s) introduziu antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output). A combinação de sinais de múltiplas antenas permite que o sistema transmita múltiplos fluxos de dados, multiplicando a capacidade de cada canal. O dispositivo com um número menor de antenas determina o limite superior. Isso significa que um cliente de dois fluxos recebe no máximo 300 Mbit/s, mesmo que o AP de quatro fluxos possa transmitir a 600 Mbit/s.
O padrão 802.11ac (6900Mbit/s em oito fluxos) fez uso dessa situação. Uma estação base com muitas antenas pode atender a vários clientes receptores com menos antenas—DLMU-MIMO (Downlink Multi-User MIMO). Um AP poderia transmitir idealmente para dois clientes a 300 Mbit/s cada, resumindo 600 Mbit/s. Neste padrão, um símbolo tem 3,6µs de comprimento e transporta até 8 bits usando a modulação de amplitude de quadratura de 8 bits 256-QAM. Com um bloco de frequência de 160MHz dividido em 468 subportadoras usando uma codificação tolerante a erros com taxa de 5/6, o fluxo de dados resultante por antena é (468*8Bit*5/6)/3,6µs = 866Mbit/s.
O IEEE802.11ax usa uma modulação mais alta com 10 bits por símbolo (1024-QAM), aumentando a taxa de dados em 25% sobre ac. Mais ganho resulta do uso de menos portadoras vazias e uma duração de Símbolo mais longa de 13,6µs, permitindo uma divisão em 1960 subportadoras. A taxa bruta máxima de dados por antena é de 1201 Mbit/s. Este é um máximo teórico que dificilmente pode ser alcançado em condições do mundo real porque a LAN sem fio não faz muito sentido quando o dispositivo cliente precisa ser colocado diretamente ao lado do AP.
Redução o desperdício
Até e incluindo 802.11ac, um pacote de dados sempre ocupa todo o canal de rádio. Como cada pacote começa com um cabeçalho ou preâmbulo, a relação entre as durações do cabeçalho e os dados reais degrada com o aumento da velocidade de transmissão. Os preâmbulos não podem ficar muito mais curtos, então faz sentido transmitir menos deles para maior eficiência. O padrão axe impõe que um preâmbulo seja suficiente se vários pacotes de dados forem enviados simultaneamente em diferentes áreas do canal de rádio. Se isso for implementado corretamente, a proporção de carga útil para sobrecarga melhora significativamente. Uma estação base usando OFDMA divide o canal de rádio em Unidades de Recursos (RU) de 2, 4, 8, 20, 40 e 80MHz. Um canal de 20MHz pode ser subdividido, por exemplo, para que o AP transmita simultaneamente para cinco clientes por 1ms. Uma estação que recebe um download grande pode então receber uma RU de 8 MHz, outra uma RU de 4 MHz para seu fluxo de vídeo e as outras recebem uma RU de 2 MHz cada. Os 2MHz restantes são usados para taxas de proteção.
No lado receptor, algo semelhante acontece: as estações que recebem dados em paralelo via OFDMA devem reconhecê-los simultaneamente.
Controle centralizado
De acordo com o padrão, uma base WiFi 6 deve usar OFDMA para transmissão e recepção. O AP primeiro coleta informações sobre as taxas de envio de dados esperadas dos clientes e os pacotes de dados que aguardam nas estações. Em seguida, ele envia quadros de disparo para as estações que atribuem a eles sua RU. Assim, o Access Point coordena o acesso ao canal de rádio também durante a recepção.
Esta estação base também designa Unidades de Recursos para acesso aleatório, com as estações competindo por elas como nos padrões WiFi anteriores. Eles aguardam um número arbitrário dessas RUs antes de transmitir (Backoff). Colisões são possíveis aqui, mas o AP pode diminuir a chance de elas acontecerem limitando o número aleatório. Esse tipo de acesso aleatório é essencial por dois motivos:
As estações informam ao AP sobre a quantidade de dados em espera. Isso permite um melhor agendamento,
Novas estações precisam desse acesso para fazer logon.
Outra vantagem do OFDMA é a capacidade da estação base WiFi de transmitir ao redor, possivelmente interferindo nas frequências vizinhas. Os menores canais de rádio WiFi geralmente usam 20MHz. Canais maiores são o dobro, quádruplo ou até oito vezes maior, permitindo maior capacidade. Como o WiFi 5 normalmente usa um canal de 80MHz, o AP deve verificar se quatro blocos adjacentes de 20MHz estão livres. Se mesmo um estiver bloqueado, o AP tem que esperar. A estação base WiFi 6, por outro lado, pode agrupar os três blocos gratuitos.
Desde 2019, a WiFi Alliance (WFA) certifica o 802.11ax como Wi-Fi 6, e todos os dispositivos que surgiram desde então já implementaram as principais funções além da criptografia WPA3.
Um exemplo é a família de produtos Intel AX200/AX201. Esses módulos suportam 2x2 WiFi 6, incluindo recursos como UL e DL, OFDMA e 1024QAM, fornecendo taxas de dados de até 2,4 GBit/s com maior capacidade de rede e suporte a BLUETOOTH® 5. Esses recursos melhoram significativamente a experiência do usuário em implantações densas, suportando uploads e downloads rápidos, menor latência e maior duração da bateria do que as soluções que suportam 802.11ac. O adaptador AX201 é um módulo CRF (Companion RF). Combinado com os processadores Intel Core, o módulo WiFi 6 AX200/AX201 pode fornecer velocidade sem fio Gigabit e melhorar a experiência de conexão em casa, no trabalho ou em trânsito.
O módulo também está incluído no Intel WiFi 6 (Gig+) Desktop Kit, com duas antenas otimizadas e suportes de montagem.
A Qorvo oferece ferramentas de desenvolvimento WiFi 6, como a Placa de Avaliação QPF4228 operando na faixa de frequência de 2412MHz a 2484MHz. Os módulos front-end correspondentes QPF4228 integram um amplificador de potência (PA) de 2,4 GHz, regulador, interruptor de três lances de polo único (SP3T), amplificador de baixo ruído (LNA) e acoplador.
As antenas WiFi 6 dedicadas são fornecidas pela Linx Technologies. A ANT-W63-FPC-UFL-100 é uma antena multibanda integrada flexível para aplicações WiFi 6E na banda de 6GHz. A flexibilidade e o suporte adesivo facilitam a montagem da antena em gabinetes exclusivos e personalizados, ao mesmo tempo em que permitem proteção contra adulteração ou danos acidentais. Esta antena fornece uma solução de antena embutida dipolo independente do plano de aterramento em comparação com o desempenho de uma antena externa.
Ele opera em uma faixa de frequência de 5925 MHz a 7125 MHz e se conecta ao rádio através de um cabo coaxial de 100 mm de comprimento e 1,13 mm terminado em um conector compatível com MHF1/U.FL. As aplicações incluem cobertura completa de WiFi/WLAN, dispositivos de Internet das Coisas (IoT), rede doméstica inteligente e monitoramento remoto e de detecção.
Qual é o próximo?
Nem todos os fabricantes obedecem à certificação WFA em todos os detalhes. Alguns módulos insistem que o mesmo hardware está na outra ponta da comunicação, mantendo alguns recursos do machado reservados para eles. De fato, o Wi-Fi6 é bastante complexo, especialmente em comparação com as versões mais antigas do padrão. No entanto, o IEEE já está trabalhando em futuros padrões baseados no ax. Para citar um, o 802.11be apresentará o Distributed MIMO, otimizado para redes IoT com muitos clientes e vários APs. A complexidade aumentará e teremos que esperar para ver se as vantagens valem o esforço.
OFDM(A) e QAM
Multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) é uma maneira comum de codificar dados em várias frequências de portadora. É usado não apenas em WiFi, mas também em redes LTE e 5G e em comunicações com fio, como DSL ou Power Line.
O acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) é OFDM para vários clientes. Ele atribui subconjuntos de subportadoras a clientes individuais.
A Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) modula as amplitudes de duas ondas portadoras 90° fora de fase. 256-QAM codifica 8 bits por símbolo, 1024-QAM 10 bits por símbolo. Quanto maior a ordem, maior a potência de transmissão necessária e a suscetibilidade a erros.
Sobre o autor
Marcel Consée
Como especialista em conteúdo técnico, Marcel é a pessoa de contato interno para questões técnicas na equipe de marketing da Mouser na EMEA. Originalmente um físico, ele costumava trabalhar como editor de revistas especializadas em eletrônica. Na vida real, ele está fazendo malabarismos com duas crianças com muitos cromossomos, uma propensão para aparelhos eletrônicos e uma predileção por livros e cerveja. Até agora, nenhum caiu.
