O que você precisa saber sobre Wi-Fi 7

Brian Santo para Mouser Electronics

A demanda por Wi-Fi® de alto desempenho nunca foi tão grande. Os jogos, os serviços de streaming e a proliferação do trabalho remoto estão aumentando a demanda por conectividade residencial sem fio mais rápida e robusta. Em ambientes comerciais, a procura de maiores eficiências operacionais e menor consumo de energia está impulsionando o aumento da automação, a evolução de fábricas inteligentes e a adoção mais ampla de técnicas de manutenção preditiva – todas elas baseadas na comunicação e análise de grandes quantidades de dados.

Portanto, não é surpresa que as redes Wi-Fi estejam evoluindo rapidamente. A introdução do Wi-Fi 6 e do Wi-Fi 6E, além do desenvolvimento do Wi-Fi 7 com dois anos de intervalo, é prova suficiente. Mas pode ser difícil acompanhar as mudanças neste ritmo. O Wi-Fi 7 (oficialmente a emenda IEEE 802.11be ao padrão Wi-Fi) está sendo anunciado como um dos maiores aumentos de velocidade na comunicação sem fio na história do padrão. Mas o que isso significa para os engenheiros eletrônicos e os usuários finais, e quais benefícios podemos esperar?

Quanta melhoria Wi-Fi 7 representa? Vamos começar analisando as características do Wi-Fi 6 e 6E e, em seguida, comparando o que o Wi-Fi 7 tem a oferecer em termos de inovações tecnológicas e os recursos de desempenho que essas inovações tornarão possíveis.

Wi-Fi 6/6E—Wi-Fi 6/6E – Abertura da conexão sem fio

Wi-Fi 6 e 6E são manifestações do padrão IEEE 802.11ax. Eles representam uma melhoria significativa no recurso do Wi-Fi 5 e eram urgentemente necessários para dar suporte à crescente demanda por conectividade sem fio mais rápida.

A transição do Wi-Fi de um serviço “bom ter” para um serviço “indispensável” significou que os profissionais de Wi-Fi estavam lutando para acomodar a crescente demanda com uma distribuição de espectro limitada. Em resposta, foi alocado espectro adicional para Wi-Fi 6, que opera em duas faixas de frequência distintas: 2,4 GHz e 5 GHz. O Wi-Fi 5 tinha uma taxa de dados máxima teórica de gigabits por segundo (Gbps), mas na prática, as conexões Wi-Fi 5 raramente eram mais rápidas do que centenas de megabits por segundo (Mbps). O Wi-Fi 6 aumentou para velocidades de até 9,6 Gbps. Mesmo com essas atualizações de desempenho, a demanda por conectividade sem fio mais rápida e confiável levou à chegada do Wi-Fi 6E em doze meses.

O Wi-Fi 6E amplia a eficiência operacional adicionando ainda mais espectro, desta vez na banda de 6 GHz, o que ajuda a contornar interferências de rede e problemas de congestionamento. Em 2021, surgiu o primeiro hardware com suporte para todas as três bandas (2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz), dando aos profissionais de Wi-Fi as mais amplas opções possíveis de implementação.

Exemplos desse tipo de hardware incluem a ampla variedade de componentes de RF da TDK para bandas Wi-Fi 6E de até 7,25 GHz. Esses diplexadores, baluns e filtros são adequados para aplicações de comunicações sem fio móveis, IoT para consumidor, médicas e industriais. Essas soluções apresentam baixa perda de inserção e estão disponíveis em uma variedade de tamanhos, de 1 mm x 0,5 mm e espessura mínima de 0,33 mm.

Os diplexadores TDK DPX são adequados para comutação de banda em sistemas de banda dupla em aplicações como telefones celulares, LAN sem fio e comunicações Bluetooth®. Pequenos e leves, esses diplexadores oferecem perfil discreto e baixa perda de inserção, sem necessidade de ajuste para uso. A série DPX de montagem em superfície apresenta impedância de 50 Ω e inclui modelos que cobrem uma faixa de frequência de 650 MHz a 5,95 GHz e 7,125 GHz.

Os baluns TDK RF oferecem uma ampla variedade de modelos SMD/SMT com impedâncias que variam de 50 Ω a 200 Ω. Esses baluns transformadores de chip multicamadas são construídos com cerâmica co-queimada de baixa temperatura (low-temperature, co-fired ceramics, LTCC), convertendo sinais de balanceados para não balanceados e vice-versa. Eles usam tecnologia de miniaturização de ponta, e, ao mesmo tempo, oferecem características elétricas excepcionais para WLAN de 2,4 GHz e 5 GHz.

Os filtros RF DEA DTDK utilizam material LTCC para criar uma frequência de ressonância que permite a passagem de certas faixas de frequência enquanto bloqueia ou atenua outras faixas de frequência indesejadas. Esses dispositivos incluem filtros passa-alta e passa-baixa, bem como filtros passa-banda com frequências que variam de 5 MHz a 8 GHz. Os filtros FR DEA TDK são usados em produtos com comunicações sem fio, como WLAN, Bluetooth, celular, GPS, Zigbee® e WiMAX, em frequências licenciadas e não licenciadas.

Além de oferecer filtros padrão de uso geral, a TDK trabalha com parceiros de chipset para projetar filtros personalizados para chipsets específicos, incluindo filtros de baixa perda de inserção (ou seja, economia de energia) para dispositivos operados por bateria, bem como produtos filtros de alta atenuação/alto desempenho para dispositivos com conexão de energia.

Fabricantes como a TDK estão agora preparados para oferecer suporte à próxima geração de comunicações sem fio: Wi-Fi 7.

Wi-Fi 7—Evolução potencial

O Wi-Fi 7 foi desenvolvido para oferecer velocidades de transmissão de dados ainda maiores que o Wi-Fi 6, e, ao mesmo tempo, reduzir a latência. Ao mesmo tempo, o Wi-Fi 7 aumenta a capacidade geral da rede para os clientes. O objetivo é acomodar a chegada iminente do streaming de vídeo 8K e estará pronto para oferecer suporte a aplicativos de realidade estendida (XR) imersivos e de baixa latência para fins industriais e de jogos, assim que estiverem amplamente disponíveis.

O Wi-Fi 7 é compatível com versões anteriores do Wi-Fi 5/6/6E, portanto, a compra de um novo roteador Wi-Fi 7 não tornará totalmente obsoleto o equipamento sem fio existente. No entanto, os roteadores mais antigos precisarão ser conectados aos roteadores com um cliente baseado em Wi-Fi 7 para oferecer todas as vantagens de desempenho do novo padrão.

As três melhorias mais significativas entre o Wi-Fi 6E e o Wi-Fi 7 são a velocidade máxima teórica, o aumento da largura do canal e uma ordem superior de modulação de amplitude em quadratura (QAM) (Tabela 1).

Tabela 1: Comparação de Wi-Fi 7, Wi-Fi 6 e Wi-Fi 6E. (Fonte: https://www.tomshardware.com/news/wi-fi-7-explained; recriado pela Mouser Electronics)

A velocidade máxima do Wi-Fi 6E de 9,6 Gbps é expressiva o suficiente, mas espera-se que o Wi-Fi 7 tenha uma velocidade máxima de 46 Gbps para um único cliente, o que é praticamente um warp drive no mundo Wi-Fi.

A largura de banda máxima por canal do Wi-Fi 6E era de 160 MHz, mas o novo espectro na banda de 6 GHz verá esse aumento para uma largura de banda de canal de 320 MHz, fornecendo mais largura de banda para mover mais dados. O aumento de 1.024 canais QAM em Wi-Fi 6E para 4.096 QAM previstos com Wi-Fi 7 combinado com canais de 320 MHz tornará possível 46 Gbps.

Essa é a versão curta. Vamos nos aprofundar nos avanços tecnológicos inerentes ao Wi-Fi 7.

Operação Multi-Link

Um dos recursos mais impressionantes do Wi-Fi 7 é a operação multi-link (MLO), que não estava disponível no Wi-Fi 6/6E. O MLO permite a transmissão entre o ponto de acesso e o cliente em diferentes rádios se as condições de radiofrequência permitirem.

Essencialmente, o MLO explora o fato de que a banda existente de 5 GHz e a nova banda de 6 GHz estão comparativamente mais próximas do que as bandas anteriores de 2,4 GHz e 5 GHz, portanto, para fins práticos, elas têm as mesmas velocidades.

Portanto, MLO permitirá que um dispositivo seja conectado a um canal de 5 GHz e a um canal de 6 GHz ao mesmo tempo e use ambos para enviar e receber dados praticamente sem atraso – uma inovação na evolução geral dos padrões 802.11. Isso leva à redução da latência, taxas de dados mais altas, melhor equilíbrio de carga e duplicação de pacotes entre links para melhorar a confiabilidade da rede.

Modulação de amplitude em quadratura

QAM é uma técnica de modulação que maximiza o número de bits que podem ser enviados de uma vez, transmitindo duas portadoras que estão defasadas uma da outra em 90° (daí a quadratura na descrição).  

O Wi-Fi 6E suporta 1.024 QAM, enquanto o Wi-Fi 7 aumenta isso para 4.096 canais (ou 4K) QAM – correlacionando-se com um aumento de 20% na taxa de transferência. O resultado é maior eficiência, maior capacidade e maiores taxas de transmissão de dados com latência reduzida em comparação com Wi-Fi 6/6E.  

Observe que quando o Wi-Fi 7 estiver disponível, haverá diferenças entre regiões. O espectro disponível que pode ser dedicado ao Wi-Fi varia entre os países, dependendo de como as agências reguladoras locais o atribuíram. Por exemplo, enquanto as operações multi-link nos Estados Unidos poderão usar os canais de 5 GHz e 6 GHz, os dispositivos Wi-Fi na China usarão dois canais diferentes na banda de 5 GHz.

Coordenação automatizada de frequência

A decisão de disponibilizar a faixa de 6GHz para Wi-Fi levantou algumas questões, que a coordenação automatizada de frequências (AFC) pretende resolver.

O problema fundamental é que 6 GHz já é uma parte bem utilizada do espectro. Agências federais dos EUA como a NASA e o Departamento de Defesa, bem como sistemas globais de radar meteorológico e radioastrônomos, dependem desta banda para comunicações vitais. Sinais de Wi-Fi rebeldes seriam muito indesejáveis. Felizmente, os usos pré-existentes das microondas de 6 GHz são amplamente previsíveis, localizados e estacionários. O AFC permite a entrada de Wi-Fi na banda, possibilitando a coordenação e a solução de casos de uso existentes.

O AFC possibilita que redes Wi-Fi 7 operem nas proximidades de radares meteorológicos, radiotelescópios e outros usuários estabelecidos do espectro de 6 GHz, evitando transmissões em bandas que possam interferir nesses usuários. Ao mesmo tempo, libera as redes Wi-Fi 7 para transmitir com maior potência quando detectam que não há usuários de espectro preexistentes nas proximidades. Embora o AFC tenha realmente estreado com o Wi-Fi 6E, o Wi-Fi 7 terá uma contabilidade mais abrangente de dispositivos sem fio certificados para AFC.

Quando não houver usuários existentes que já utilizem a banda de 6 GHz nas proximidades, as redes Wi-Fi 7 serão capazes de transmitir nesse espectro usando 63 vezes mais potência (de acordo com algumas estimativas) em comparação com a potência de transmissão uniforme de baixo nível empregada quando os usuários titulares forem detectados. Sinais de maior potência serão mais fortes, mais confiáveis, terão maior rendimento e serão propagados mais longe.

Unidade de recursos múltiplos

Intimamente aliada ao AFC está a unidade de recursos múltiplos (MRU), um novo recurso do Wi-Fi 7 que aprimora o acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (orthogonal frequency division multiple access, OFDMA), um recurso introduzido pela primeira vez no Wi-Fi 6. OFDMA estabelece subportadoras de modulação independente dentro das frequências, permitindo transmissões simultâneas de e para vários clientes. O resultado é maior rendimento e latência reduzida.

O recurso MRU do Wi-Fi 7 oferece mitigação de interferência aprimorada e eficiência OFDMA, reduzindo ainda mais a latência de vários usuários. Ao tornar possível puncionar seletivamente porções sobrepostas do espectro, a MRU garante que os dados trafeguem apenas em frequências livres, aumentando as taxas de dados e a confiabilidade em ambientes Wi-Fi congestionados.

Multiusuário, múltiplas entradas, múltiplas saídas

A tecnologia multiusuário, múltiplas entradas e múltiplas saídas (MU-MIMO) permite que um roteador Wi-Fi tenha comunicação com vários dispositivos simultaneamente. O Wi-Fi 6/6E trouxe o MU-MIMO bidirecional para uso prático e dobrou o número de fluxos espaciais para oito, em comparação com o MU-MIMO 4×4 do Wi-Fi 5. Em termos práticos, isso permite que até oito conexões simultâneas acessem a internet sem perder a velocidade de transferência. O Wi-Fi 6/6E emprega MU-MIMO 8×8 bidirecional. O Wi-Fi 7 aumentará o número de fluxos espaciais para dezesseis, permitindo que até dezesseis dispositivos transmitam e recebam dados em altas velocidades.

Conclusão

O Wi-Fi 7 promete oferecer alto desempenho por meio de maior velocidade, mais largura de banda, maior confiabilidade e latência superbaixa. Além da seleção de produtos compatíveis com Wi-Fi 7 da TDK, Broadcom e Qualcomm estão entre as empresas que já anunciaram que estão comprometidas em fornecer componentes Wi-Fi 7; mas ainda há um pequeno caminho a percorrer antes que uma gama suficiente de equipamentos habilitados para Wi-Fi 7 esteja disponível e a infraestrutura de rede seja otimizada. Inicialmente, pelo menos, o Wi-Fi 7 provavelmente beneficiará empresas maiores com requisitos de rede sem fio complexos e exigentes. Para os demais, existe o Wi-Fi 6E.