A jornada para o Wi-Fi 7

Qorvo na vanguarda da tecnologia Wi-Fi FEM

Steve Taranovich para Mouser Electronics

Introdução

Avanços significativos em eficiência e capacidades marcaram a transição do Wi-Fi® 5 para o Wi-Fi 6. O advento do Wi-Fi 6E conduziu os usuários ao novo espectro de 6 GHz, abrindo caminho para melhorias marcantes em eficiência, capacidade, velocidade e espectro que formam a base do Wi-Fi 7. Agora no horizonte, o padrão Wi-Fi 7, baseado nos recursos descritos no projeto de emenda IEEE P802.11be, promete fornecer velocidades quatro vezes mais rápidas que seu antecessor, o Wi-Fi 6 (802.11ax).

Mas o que levou a esse salto nas velocidades sem fio, preparando o terreno para a próxima geração de roteadores? Para entender isso, é preciso considerar a evolução do Wi-Fi 6 e 6E, que proporcionaram velocidades máximas de pouco menos de 10 Gbps, significativamente mais lentas em comparação aos 46 Gbps que o Wi-Fi 7 promete. Nesta nova era de conectividade, o Wi-Fi 7 aproveita o poder das bandas do espectro de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz, com o wireless (sem fio) com o nome "rendimento extremamente alto" (Extremely High Throughput, EHT).

Uma parte essencial desta história é a contribuição de empresas como a Qorvo®, que são fundamentais para dar vida ao Wi-Fi 7. As tecnologias de ponta da Qorvo, especialmente em módulos front-end (front-end modules, FEMs), desempenham um papel crucial na definição da nova fronteira de comunicação sem fio que o Wi-Fi 7 representa.

À medida que nos aprofundamos nesta emocionante progressão na tecnologia sem fio, vamos manter o foco no que está por vir. Com seus recursos inovadores e potencial transformador, fica claro que a era do Wi-Fi 7 está bem próxima.

A Wi-Fi 7 está a caminho

O Wi-Fi 7 aumenta o tamanho do canal, passando de uma largura de banda de 160 MHz em Wi-Fi 6 e Wi-Fi 6E para 320 MHz no novo padrão. O dobro da largura de banda do canal duplica a taxa de transferência, com velocidades de uplink superiores a 5 Gbps e cerca de 2,4 Gpbs esperadas no downlink. O Wi-Fi 7 também oferece avanços essenciais para aumentar a eficiência. Graças à capacidade do novo padrão de compartilhar canais e bandas de frequência, os usuários experimentarão latências determinísticas ultrabaixas, maior confiabilidade e recursos avançados de segurança.

Uma vez que o novo protocolo Wi-Fi 7 tem o dobro da largura do canal, dispositivos como roteadores agora serão capazes de suportar muito mais usuários do que o Wi-Fi 6. Além disso, a latência reduzida em comparação com o Wi-Fi 6 permitirá que Wi-Fi 7 torne-se a opção perfeita para jogos e videoconferências. O aumento do tamanho e da taxa de transferência do canal também habilitarão aplicativos avançados de realidade aumentada (RA) e realidade virtual (RV).

Benefícios do usuário de Wi-Fi 7

O Wi-Fi 7 oferece aos usuários diversas vantagens em relação às versões anteriores, incluindo maior privacidade e segurança, maior capacidade para mais dispositivos conectados e capacidade de resposta equivalente à dos dispositivos com fio. Os benefícios adicionais incluem:

• conectividade aprimorada: com velocidades superiores a 5 Gbps e latência ultrabaixa consistente, os usuários podem compartilhar arquivos em segundos, em vez de minutos. Os dispositivos dos usuários também podem estabelecer e manter as melhores conexões Wi-Fi simultaneamente.
• Menor latência e melhor tempo de resposta: o Wi-Fi 7 aprimora esses recursos usando acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (orthogonal frequency-division multiple access, OFDMA) aprimorado e otimização de dispositivos inteligentes.
• Maior capacidade e eficiência de espectro: melhoram o desempenho em locais públicos e ambientes densos.
• Operação Multi-Link (Multi-link Operation. MLO): os dispositivos Wi-Fi 7 podem se conectar simultaneamente a duas bandas. Esse recurso permite velocidades mais rápidas por meio de agregação (ou seja, duas bandas podem ser usadas simultaneamente para compartilhar dados redundantes/exclusivos para maior confiabilidade com latências ultrabaixas e precisas).
• Largura de banda melhorada: Wi-Fi 7 tem recurso de largura de banda de até 320 MHz (em oposição aos 160 MHz do Wi-Fi 6). As duas larguras de banda são suportadas.
• Compatibilidade com versões anteriores: o Wi-Fi 7 é compatível com versões anteriores e coexistirá com dispositivos tradicionais nas bandas do espectro de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz.
• Melhorias de MAC e PHY: Essas melhorias permitem uma taxa de transferência máxima de 30 Gbps (até 46 Gbps), o que aumenta o desempenho do sistema, expande os casos de uso e habilita inovações em Wi-Fi.
• Maior rendimento e taxa de dados: os usuários terão até 5,8 Gbps usando um canal de 320 MHz e modulação de amplitude em quadratura (quadrature amplitude modulation, QAM) de 4096.

Benefícios de QAM em Wi-Fi 7

Uma das principais melhorias no Wi-Fi 7 é 4K-QAM (4096-QAM). Mas o que significa exatamente QAM?

A tecnologia QAM tem sido usada em todos os padrões Wi-Fi. Ela traduz os pacotes digitais em um sinal analógico que transfere dados sem fio. A QAM combina dois sinais de modulação de amplitude (amplitude modulation, AM) em um único canal, ajudando a dobrar a largura de banda efetiva. Sendo assim, a eficiência espectral é melhorada através da incorporação de mais dados em cada transmissão.

A tecnologia 4K-QAM (4096-QAM) é definida como QAM que usa 4.096 (212) pontos de constelação dispostos em um quadrado, cada símbolo carregando 12 bits. Com mais dados, 4K-QAM permite um aumento de 20% na taxa de dados no Wi-Fi 7 em comparação com 1024-QAM do Wi-Fi 6.

A tecnologia 4K-QAM permite uma taxa de transmissão de dados mais alta com maior eficiência espectral. Isto é muito importante para atender consistentemente a muitos clientes e garantirá uma cobertura Wi-Fi rápida e confiável em aplicações de implementação de alta densidade.

Aplicações do Wi-Fi 7

A chegada do Wi-Fi 7 irá melhorar muitas aplicações Wi-Fi existentes, bem como criar novas aplicações que capitalizem os benefícios adicionais do padrão.

Casa inteligente
Maior rendimento, menor latência e MLO significam novos aplicativos centrados em dados na casa inteligente. Por exemplo, um link de jogo em RV precisa de uma grande quantidade de dados com latência muito baixa para funcionar. Ao virar a cabeça, você espera ver o vídeo no headset girar com você em tempo real. O MLO adiciona recursos ao sistema de gerenciamento de Wi-Fi que utiliza diferentes rádios para um cliente comum enviar e receber dados simultaneamente em diferentes bandas de frequência e canais.

Equipamento nas instalações do cliente
A tecnologia do roteador Wi-Fi 7 está preparada para levar a rede doméstica ao mais alto nível, com velocidades de até 46 Gbps. Os roteadores Wi-Fi 7 têm velocidades mais rápidas de upload e download.

MIMO
As comunicações de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) permitem que os roteadores transmitam um sinal usando muitos sinais de portadora em frequências diferentes, permitindo a transferência paralela de dados em oposição à transmissão serial. Por exemplo, um roteador com duas antenas Wi-Fi de 5 GHz pode suportar 2×2 entradas múltiplas e saídas múltiplas (MIMO); três antenas suportam MIMO 3×3, quatro antenas suportam MIMO 4×4 e assim por diante, até 16×16 MIMO.

Quanto maior for o número de MIMOs, maior será o rendimento da rede. n×n MIMO é como uma rodovia na qual n se refere ao número de faixas da rodovia. O rendimento da pista é n vezes a capacidade de qualquer pista única. Por exemplo, uma taxa de faixa única (antena) de Wi-Fi 6 a 80 MHz oferece velocidades de cerca de 600 Mbps. Portanto, 2×2 MIMO ofereceria aproximadamente 1.200 Mbps, 3×3 ofereceria 1.800 Mbps, etc.

MU-MIMO
Nas versões anteriores do Wi-Fi, vários dispositivos usavam a rede de um roteador. Eles não se conectavam simultaneamente, em vez disso aguardavam sua vez de transmissão. A capacidade MIMO multiusuário (MU-MIMO) do Wi-Fi 7 modifica essa transmissão/recepção um para um para uma transmissão/recepção um para múltiplos, permitindo assim que vários dispositivos acessem a rede sem espera.

A tecnologia MU-MIMO aumentará significativamente o rendimento e reduzirá o congestionamento e os atrasos da rede se uma rede estiver repleta de dispositivos. Isso ajuda a habilitar cada dispositivo com alta prioridade, permitindo assim que toda a rede forneça desempenho estável e rápido, mesmo que haja conexão de dispositivos mais antigos e de baixa velocidade.

O Wi-Fi 7 avança significativamente as comunicações com 16×16 MU-MIMO. Aqui, o número máximo de faixas de dados é dezesseis, o dobro dos fluxos espaciais da geração anterior. Portanto, agora ele permitirá a comunicação com até dezesseis dispositivos em cada stream; esta é a principal razão pela qual as taxas de transferência do Wi-Fi 7 são consideravelmente maiores do que as do Wi-Fi 6. Além disso, 16×16 MU-MIMO melhorará sobremaneira a transferência de dados de dispositivos individuais, além de expandir a cobertura do Wi-Fi.

Módulos Front-End: Componentes críticos do roteador Wi-Fi

Os FEMs Wi-Fi são módulos compactos e integrados projetados para gerenciar e otimizar as funções de RF de um sistema Wi-Fi. Os FEMs Wi-Fi ajudam os engenheiros de projeto a simplificar o processo de projeto, oferecendo uma combinação de desempenho, tamanho e benefícios de custo ao incorporar componentes discretos, como amplificadores de potência (power amplifiers, PAs), switches e amplificadores de baixo ruído (low-noise amplifiers, LNAs) em um único pacote.

Qorvo QM45500 FEM
O dispositivo Qorvo QM45500 é um módulo front-end (FEM) Wi-Fi de 2,0 mm × 2,0 mm de 5 GHz a 7 GHz desenvolvido para sistemas Wi-Fi 7. Este FEM inclui um switch de antena PA otimizado, unipolar e de três lances (SP3T) e um LNA bypassable.
Este FEM tem um formato pequeno acoplado com correspondência integrada, o que minimizará a área ocupada pela placa de circuito. Além disso, o QM45500 possui vários modos de transmissão Wi-Fi (TX) que otimizam a linearidade e a potência de saída com uma dissipação de energia que preserva o consumo de energia. O FEM também atinge o mais alto nível de potência linear com rendimento de última geração.

O caminho de recepção combina facilmente com a tecnologia escolhida, maximizando a sensibilidade de recepção por meio de um desempenho excepcional de figura de ruído que permanece consistente em muitas condições. O FEM inclui filtragem die-level integrada para segunda e terceira harmônicas. Há também um recurso de rejeição de 2,4 GHz para operação dual-band dual-concurrent (DBDC). Um acoplador de potência integrado otimiza o controle de potência em circuito fechado e pré-distorção digital (DPD). A DPD no chip oferece um excelente método para linearizar o PA e melhorar a eficiência.

Qorvo QPF7250 iFEM
O Qorvo QPF7250 é um módulo front-end integrado Wi-Fi de 2,4 GHz (iFEM) otimizado para aplicações Wi-Fi 7 e Wi-Fi 6 e 6E. O iFEM combina as vantagens dos componentes ativos com a tecnologia de filtro edgeBoost™. O QPF7250 integra um PA de 2,4 GHz com detectores de energia CC e RF, um filtro FCC edgeBoost BAW, um switch de transmissão-recepção e um LNA bypassable em um único dispositivo (Figura 1).

 
Figura 1: Diagrama de blocos do Qorvo QPF7250 Wi-Fi 7 edgeBoost iFEM. (Fonte: Qorvo)

Conclusão

O advento do Wi-Fi 7 representa um marco interessante na evolução contínua da tecnologia sem fio. Muitos avanços técnicos levaram à tecnologia inovadora que permite melhorias significativas do Wi-Fi 7 em relação ao Wi-Fi 6 e Wi-Fi 6E, incluindo canais mais amplos, maior QAM e MLO.

No entanto, a introdução gradual do Wi-Fi 7 não tornará o Wi-Fi 6 obsoleto. As tecnologias complementares coexistirão nos próximos anos, criando um ecossistema sem fio diversificado que atende a vários requisitos de usuários e cenários de aplicação.

No centro destes desenvolvimentos, participantes importantes como a Qorvo desempenham um papel fundamental na transformação do Wi-Fi 7 de conceito em realidade. A contribuição de seus componentes FEM avançados, integrados com recursos superiores como 16×16 MU-MIMO e tecnologia de filtro edgeBoost, está definida para impulsionar o futuro da comunicação sem fio e elevar as experiências do usuário.

À medida que nos aproximamos da esperada introdução do Wi-Fi 7 em 2024, esperamos vivenciar o impacto transformador que a tecnologia terá, sem dúvida, na forma como nos conectamos, comunicamos e interagimos com o mundo que nos rodeia.