A Evolução do Wi-Fi 6: Parte 1

Nesta série de artigos abordaremos em detalhes a evolução do padrão IEEE 802.11 e sua última evolução, o Wi-Fi 6 (802.11ax). Começaremos com uma visão macro dos variados componentes do recém-chegado Wi-Fi 6 e então detalharemos os mais relevantes. Os tópicos específicos incluem: OFDMA, OFDM vs OFDMA, OFDMA vs MU-MIMO, Sinalização OFDM longo, 1024-QAM, BSS Coloring e o Target Wake Time (TWT). Além disso, exploraremos as atividades comerciais da WFA e da IEEE relacionadas as múltiplas possibilidades de uso envolvendo o Wi-Fi 6.

W-Fi-6

2.4 GHz & 5 GHz

Antes de nos aprofundarmos nos detalhes do Wi-Fi 6 vamos voltar no tempo. O padrão 802.11 vem evoluindo nos últimos 20 anos, com engenheiros da indústria de radiofrequência trabalhando em seu desenvolvimento constante desde os anos 90. A primeira definição do padrão 802.11 aconteceu em 1997 e 20 anos mais tarde o Wi-Fi 6 (802.11ax) está na iminencia de ser ratificado ao mesmo tempo que produtos que possuem a tecnologia do Wi-Fi 6 embarcada estão sendo produzidos, vendidos e entregues. A tecnologia Wi-Fi em sua primeira definição, 802.11 suportava apenas 2.4 GHz, porém o suporte a 5 GHz veio em sequência na definição do 802.11a e o suporte simultâneo as duas frequências, 2.4 GHz e 5 GHz chegou com o Wi-Fi 4 (802.11n). Embora não surpreendente, o Wi-Fi 5 (802.11ac) suporta apenas a banda de frequência de 5 GHz. O embasamento para essa decisão foi a necessidade de encorajar os usuários a moverem para o 5 GHz por conta de essa ser uma frequência muito mais “limpa” e com menos interferências.

No entanto, o Wi-Fi 6 (802.11ax) conta com suporte a ambas as bandas de frequência, 2.4 GHz e 5 GHz. Isto se dá primariamente, por conta da grande proliferação de dispositivos 2.4 GHz voltados à IoT (internet das coisas) que estão invadindo o mercado atualmente. Além disso, a FCC (órgão regulatório americano) está programada para liberar o uso da faixa de frequência (espectro) não licenciado de 6 GHz para o Wi-Fi 6 (802.11ax). Falando sobre frequência, devemos abordar a canalização que começou lá atrás no padrão IEEE 802.11 em 20 MHz de largura de banda por canal, expandiu para 40 MHz com a definição do Wi-Fi 4 (802.11n) e por fim para 160 MHz no Wi-Fi 5 (802.11ac) assim como para o Wi-Fi 6 (802.11ax). Ainda assim, nos dias de hoje, não vemos muitas aplicações para o uso de 160 MHz que, porém, com a adição da faixa da banda de frequência de 6 GHz, pode se tornar uma realidade.

Devemos observar que, no Wi-Fi 6 (802.11ax), existe o suporte a dispositivos clientes com capacidade apenas de 20 MHz, o que é muito importante para projetos que envolvam IoT. Isto acontece, pois, a definição provisória do Wi-Fi 6 (802.11ax) foi desenvolvida pensando nos dispositivos voltados a IoT que por serem de baixo custo, possuem pequenas baterias e consomem pouca energia. Utilizando os pacotes de gerenciamento, os dispositivos clientes serão capazes de informar um ponto de acesso (AP) com tecnologia Wi-Fi 6 (802.11ax) que estão operando e são capazes apenas de 20 MHz. Um dispositivo com capacidade apenas de 20 MHz pode transmitir e receber tanto em 2.4 GHz quanto em 5 GHz. A definição do Wi-Fi 6 (802.11ax) também implementa um protocolo de controle para os clientes capazes apenas de 20 MHz que é responsável por orientar a comunicação deste tipo de dispositivo apenas nos canais de 20 MHz primários. Isto significa que um canal de 40 MHz de largura poderia ser estendido para 80 e 160 MHz. As trocas de pacote de 20 MHz destes dispositivos clientes estão nos 20 MHz primários, portanto, uma troca de pacote de dispositivos clientes tradicionais, com suporte total, pode ocorrer no canal secundário superior – assim como pode ocorrer uma variação e diversificação nos canais utilizados participantes de 40, 80 e 160 MHz. Mais especificamente, estes dispositivos clientes tradicionais seriam denominados como primários, juntamente com os dispositivos clientes com capacidade de 20 MHz apenas. É importante entender que os que suportam apenas 20 MHz necessitam operar apenas nos canais de 20 MHz primários.

PHY Rates de pico & Utilização de Espectro

O PHY rate de pico suportado pela definição original do 802.11 era de 2 Mbps, já no Wi-Fi 6 (802.11ax) este foi aumentado para 10 Gbps. Embora exista muito “barulho” da indústria sobre o alto throughput, o que realmente importa é o quão eficiente é o uso do espectro sem fio. Sim, o uso do termo e a indicação de alto throughput ajuda a comercializar produtos pois é fácil para todos entenderem, porém, o que realmente importa é o quão bem os padrões exploram a disponibilidade de uso de espectro sem fio. Uma forma de quantificar isto, é com a definição de eficiência de link espectral. Por exemplo, a primeira definição do padrão do IEEE o 802.11 era capaz de enviar 0.1bps/Hz. Em comparação, o Wi-Fi 6 (802.11ax), é capaz de enviar impressionantes 62.5bps/Hz.

Deve-se notar que o desempenho geral do espectro é indicado também pela nomenclatura do padrão. O padrão Wi-Fi 4 (802.11n) era conhecido como HT ou, high throughput, seguido pelo Wi-Fi 5 (802.11ac) que foi referenciado como VHT, very high throughput. Continuando com o padrão de nomenclatura recém definido pela Wi-Fi Alliance (WFA), o Wi-Fi 6 (802.11ax) foi designado como HE, high efficiency. Como discutiremos futuramente nesta série de artigos, eficiência espectral é uma das funcionalidades mais importantes do novo padrão Wi-Fi 6 (802.11ax).

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