El camino hacia Wi-Fi 7

Qorvo a la vanguardia de la tecnología FEM de Wi-Fi

Steve Taranovich para Mouser Electronics

Introducción

Avances significativos en eficiencia y capacidades han marcado la transición de Wi-Fi® 5 a Wi-Fi 6. La llegada de Wi-Fi 6E llevó a los usuarios al nuevo espectro de 6GHz, sentando las bases para mejoras notables en eficiencia, capacidad, velocidad y espectro que constituyen la base para Wi-Fi 7. Ahora en el horizonte, el estándar Wi-Fi 7, basado en características descritas en el borrador de la enmienda IEEE P802.11be, promete ofrecer velocidades más de cuatro veces más rápidas que su predecesor, Wi-Fi 6 (802.11ax).

Pero, ¿qué condujo a este salto en velocidades inalámbricas, preparando el escenario para la próxima generación de routers? Para entender esto, se debe considerar la evolución desde Wi-Fi 6 y 6E, que proporcionaban velocidades máximas de poco menos de 10 Gbps, significativamente más lentas en comparación con los 46 Gbps que Wi-Fi 7 promete. En esta nueva era de conectividad, Wi-Fi 7 aprovecha el poder de las bandas de espectro de 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz, ganándose el nombre de conexión inalámbrica de rendimiento extremadamente alto (EHT, por sus siglas en inglés).

Una parte esencial de esta historia es la contribución de empresas como Qorvo®, que son fundamentales para dar vida a Wi-Fi 7. Las tecnologías de vanguardia de Qorvo, especialmente en módulos frontales (FEM, por sus siglas en inglés), juegan un papel crucial en la configuración de la nueva frontera de comunicación inalámbrica que representa Wi-Fi 7.

Al adentrarnos más en esta emocionante progresión de la tecnología inalámbrica, centrémonos en lo que nos depara el futuro. Con sus características innovadoras y su potencial transformador, está claro que la era de Wi-Fi 7 está a la vuelta de la esquina.

Wi-Fi 7 está en camino

Wi-Fi 7 incrementa el tamaño del canal, pasando de un ancho de banda de 160MHz en Wi-Fi 6 y Wi-Fi 6E a 320 MHz en el nuevo estándar. El doble del ancho de banda del canal duplica el rendimiento, con velocidades de subida de más de 5 Gbps y alrededor de 2.4 Gpbs esperadas en la bajada. Wi-Fi 7 también ofrece avances esenciales para construir sobre la eficiencia. Gracias a la capacidad del nuevo estándar para compartir canales y bandas de frecuencia, los usuarios experimentarán latencias deterministas ultrabajas, mayor fiabilidad y características avanzadas de seguridad.

Dado que el nuevo protocolo Wi-Fi 7 tiene el doble de ancho de canal, dispositivos como los routers ahora serán capaces de soportar muchos más usuarios que Wi-Fi 6. Además, la latencia reducida en comparación con Wi-Fi 6 permitirá que Wi-Fi 7 se convierta en la opción perfecta para juegos y videoconferencias. El aumento del tamaño del canal y el rendimiento también permitirá aplicaciones avanzadas de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR).

Beneficios del usuario de Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 promete ofrecer a los usuarios varias ventajas sobre las versiones anteriores, incluyendo una mayor privacidad y seguridad, mayor capacidad para más dispositivos conectados y una respuesta a la par con dispositivos con cable. Los beneficios adicionales incluyen:

• Mejor conectividad: con velocidades superiores a 5 Gbps y una latencia ultrabaja constante, los usuarios pueden compartir archivos en segundos en vez de minutos. Los dispositivos de los usuarios también pueden crear y mantener las mejores conexiones Wi-Fi simultáneamente.
•  Baja latencia y menor tiempo de respuesta: Wi-Fi 7 mejora estas características utilizando acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (OFDMA) y optimización inteligente de dispositivos.
• Aumento de la capacidad y eficiencia del espectro: estos mejoran el rendimiento en lugares públicos y entornos densos.
• Operación multienlace (MLO): los dispositivos Wi-Fi 7 pueden conectarse simultáneamente a dos bandas. Esta característica permite velocidades más rápidas a través de la agregación (es decir, ambas bandas se pueden usar de manera concurrente para compartir datos redundantes/únicos para mejorar la confiabilidad con latencias ultrabajas y precisas).
• Ancho de banda mejorado: Wi-Fi 7 tiene una capacidad de ancho de banda de hasta 320 MHz (en comparación con los 160 MHz de Wi-Fi 6). Ambos anchos de banda son admitidos.
• Retrocompatibilidad: Wi-Fi 7 es retrocompatible y coexistirá con dispositivos heredados en las bandas de espectro de 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz.
• Mejoras en MAC (control de acceso al medio) y PHY (capa física): estas mejoras permiten un rendimiento máximo de 30 Gbps (hasta 46 Gbps), lo que aumenta el rendimiento del sistema, amplía los casos de uso e impulsa innovaciones en Wi-Fi.
• Mayor rendimiento y tasa de datos: los usuarios tendrán hasta 5.8 Gbps utilizando un canal de 320 MHz y una modulación de amplitud en cuadratura (QAM) de 4096.

Beneficios de QAM en Wi-Fi 7

Una de las principales mejoras en Wi-Fi 7 es 4K-QAM (4096-QAM). Pero, ¿qué es exactamente QAM?

QAM ha sido utilizada a lo largo de los estándares Wi-Fi. Traduce los paquetes digitales en una señal analógica que transfiere datos de manera inalámbrica. QAM combina dos señales de modulación de amplitud (AM) en un solo canal, ayudando a duplicar el ancho de banda efectivo. Como tal, la eficiencia espectral se mejora mediante la incorporación de más datos en cada transmisión.

4K-QAM (4096-QAM) se define como una QAM que utiliza 4096 (212) puntos de constelación dispuestos en un cuadrado, y cada símbolo transporta 12 bits. Al empacar más datos, 4K-QAM permite un aumento del 20 por ciento en la tasa de datos en Wi-Fi 7 en comparación con el 1024-QAM de Wi-Fi 6.

4K-QAM permite una tasa de transmisión de datos más alta con una mayor eficiencia espectral. Esto es fundamental para atender de manera constante a muchos clientes y garantizará una cobertura Wi-Fi rápida y confiable en aplicaciones de implementación de alta densidad.

Aplicaciones de Wi-Fi 7

La llegada de Wi-Fi 7 mejorará muchas aplicaciones Wi-Fi existentes, así como creará nuevas que aprovechen los beneficios adicionales del estándar.

Hogar inteligente
El aumento del rendimiento, la menor latencia y la MLO significan nuevas aplicaciones centradas en datos en el hogar inteligente. Por ejemplo, un enlace de juego en realidad virtual necesita una gran cantidad de datos con una latencia muy baja para funcionar. Cuando gira la cabeza, espera ver el video en su visor girar con usted en tiempo real. MLO añade capacidades al sistema de gestión Wi-Fi que utiliza diferentes radios para un cliente común para enviar y recibir datos simultáneamente a través de diferentes bandas y canales de frecuencia.

Equipo en las instalaciones del cliente
La tecnología de routers Wi-Fi 7 está preparada para llevar la red doméstica al nivel más alto con velocidades de hasta 46 Gbps. Los routers Wi-Fi 7 tienen velocidades de subida y bajada más rápidas.

MIMO
La comunicación de múltiple-entrada, múltiple-salida (MIMO, por sus siglas en inglés) permite que los enrutadores transmitan una señal utilizando muchas señales portadoras en diferentes frecuencias, permitiendo la transferencia de datos en paralelo en lugar de la transmisión en serie. Por ejemplo, un enrutador con dos antenas Wi-Fi de 5 GHz puede soportar una MIMO de 2x2; tres antenas soportan una MIMO de 3x3, cuatro antenas soportan una MIMO de 4x4, y así sucesivamente, hasta una MIMO de 16x16.

Mientras mayor sea el número de MIMO, mayor será el rendimiento de la red. n×n MIMO es como una autopista en la que n se refiere al número de carriles de la misma. El rendimiento del carril es n veces la capacidad de cualquier carril individual. Por ejemplo, una tasa de un solo carril (antena) de Wi-Fi 6 a 80 MHz ofrece velocidades de aproximadamente 600 Mbps. Por lo tanto, una MIMO 2 x 2 ofrecería cerca de 1200 Mbps, 3×3 ofrecería 1800 Mbps, etc.

MU-MIMO
En versiones anteriores de Wi-Fi, múltiples dispositivos usaban la red de un router. No se conectaban simultáneamente, sino que esperaban su turno para la transmisión. La capacidad de múltiple-usuario, múltiple-entrada, múltiple-salida (MU-MIMO) de Wi-Fi 7 modifica esta transmisión/recepción de uno a uno a una transmisión/recepción de uno a varios, permitiendo así que múltiples dispositivos accedan a la red sin esperar.

La tecnología MU-MIMO aumentará significativamente el rendimiento y reducirá la congestión de la red y los retrasos si una red está llena de dispositivos. Esto ayuda a asignar alta prioridad a cada dispositivo, permitiendo que toda la red ofrezca un rendimiento estable y rápido incluso si se conectan dispositivos más antiguos y de menor velocidad.

Wi-Fi 7 avanza significativamente en las comunicaciones con MU-MIMO 16x16. Aquí, el número máximo de carriles de datos es dieciséis, el doble de los flujos espaciales de la generación anterior. Por lo tanto, ahora permitirá la comunicación con hasta dieciséis dispositivos en cada flujo; esta es una razón clave por la cual las tasas de rendimiento de Wi-Fi 7 son considerablemente mayores que las de Wi-Fi 6. Además, MU-MIMO 16x16 mejorará tremendamente el rendimiento de datos de los dispositivos individuales además de expandir la cobertura Wi-Fi.

Módulos de front-end: componentes críticos de routers Wi-Fi

Los módulos de front-end (FEM, por sus siglas en inglés) de Wi-Fi son módulos compactos e integrados diseñados para gestionar y optimizar las funciones de RF de un sistema Wi-Fi. Los FEM de Wi-Fi ayudan a los ingenieros de diseño a simplificar el proceso de diseño, ofreciendo una combinación de beneficios en rendimiento, tamaño y costo al incorporar componentes discretos como amplificadores de potencia (PA), interruptores y amplificadores de bajo ruido (LNA) en un único paquete.

Qorvo QM45500 FEM
El Qorvo QM45500 es un FEM Wi-Fi de 5 GHz - 7 GHz de 2.0 mm x 2.0 mm diseñado para sistemas Wi-Fi 7. Este FEM incluye un PA optimizado, un interruptor de antena de un polo y tres tiros (SP3T), y un LNA que se puede eludir.
Este FEM tiene un factor de forma pequeño junto con una adaptación integrada, que minimizará la huella del circuito impreso. Además, el QM45500 tiene múltiples modos de transmisión Wi-Fi (TX) que optimizan la linealidad y la potencia de salida con una disipación de potencia que preserva el consumo de energía. El FEM también logra el nivel más alto de salida de potencia lineal con un rendimiento de vanguardia.

El trayecto de recepción se ajusta fácilmente a la tecnología elegida, maximizando la sensibilidad de recepción a través de un rendimiento de figura de ruido excepcional que permanece constante en muchas condiciones. El FEM tiene filtros a nivel de chip para armónicos de segundo y tercer orden. También hay una capacidad de rechazo de 2.4 GHz para operación de doble banda dual concurrente (DBDC). Un acoplador de potencia integrado optimiza el control de potencia en bucle cerrado y la distorsión previa digital (DPD). La DPD integrada en el chip proporciona un excelente método para linearizar el PA y mejorar la eficiencia.

Qorvo QPF7250 iFEM
El Qorvo QPF7250 es un módulo de front-end integrado (iFEM) Wi-Fi de 2.4 GHz optimizado para aplicaciones Wi-Fi 7 y Wi-Fi 6 y 6E. El iFEM combina las ventajas de los componentes activos con la tecnología de filtro edgeBoost™. El QPF7250 integra un PA de 2.4 GHz con detectores de potencia de CC y RF, un filtro BAW edgeBoost de la FCC, un interruptor de transmisión-recepción y un LNA que se puede eludir en un solo dispositivo (Imagen 1).

 
Imagen 1: Diagrama de bloques del Qorvo QPF7250 Wi-Fi 7 edgeBoost iFEM. (Fuente: Qorvo)

Conclusión

La llegada de Wi-Fi 7 representa un hito emocionante en la evolución continua de la tecnología inalámbrica. Muchos avances técnicos han llevado a la tecnología revolucionaria que permite las mejoras significativas de Wi-Fi 7 sobre Wi-Fi 6 y Wi-Fi 6E, incluidos canales más amplios, QAM más alto y MLO.

Sin embargo, la introducción gradual de Wi-Fi 7 no volverá obsoleto al Wi-Fi 6. Las tecnologías complementarias coexistirán durante los próximos años, creando un ecosistema inalámbrico diverso que atiende los varios requisitos de usuarios y escenarios de aplicación.

En el corazón de estos desarrollos, actores clave como Qorvo desempeñan un papel instrumental en transformar el Wi-Fi 7 de un concepto a una realidad. La contribución de sus avanzados componentes FEM, integrados con características superiores como MU-MIMO 16x16 y la tecnología de filtro edgeBoost, está destinada a impulsar el futuro de la comunicación inalámbrica y elevar las experiencias de los usuarios.

A medida que nos acercamos a la esperada llegada del Wi-Fi 7 en 2024, esperamos con interés experimentar el impacto transformador que la tecnología sin duda tendrá en la forma en que nos conectamos, comunicamos e interactuamos con el mundo que nos rodea.