Qué necesita saber sobre Wi-Fi 7

Brian Santo para Mouser Electronics

La demanda de Wi-Fi® de alto rendimiento nunca ha sido tan grande. Los juegos, los servicios de streaming y la proliferación del trabajo remoto están aumentando la demanda de una conectividad inalámbrica residencial más rápida y sólida. En entornos comerciales, la búsqueda de una mayor eficiencia operativa y un menor consumo de energía está impulsando una mayor automatización, la evolución de fábricas inteligentes y una mayor adopción de técnicas de mantenimiento predictivo, todas las cuales dependen de la comunicación y el análisis de grandes cantidades de datos.

Por lo tanto, no provoca sorpresa que las redes Wi-Fi estén evolucionando rápidamente. La introducción de Wi-Fi 6 y Wi-Fi 6E, además del desarrollo de Wi-Fi 7 en un período de dos años, es prueba suficiente de ello. Sin embargo, puede ser difícil mantenerse al día con este ritmo de cambio. Wi-Fi 7 (oficialmente la enmienda IEEE 802.11be al estándar Wi-Fi) está siendo aclamado como uno de los mayores aumentos de velocidad en la comunicación inalámbrica en la historia del estándar. Pero, ¿qué significa esto para los ingenieros electrónicos y los usuarios finales, y qué beneficios podemos esperar?

¿Qué grado de mejora ofrece Wi-Fi 7? Comencemos revisando las características de Wi-Fi 6 y 6E, y luego comparemos lo que Wi-Fi 7 tiene para ofrecer en términos de innovación tecnológica y capacidades de rendimiento que esas innovaciones harán posibles.

Wi-Fi 6/6E—Expandiendo las posibilidades de la conexión inalámbrica

Wi-Fi 6 y 6E son ambas manifestaciones del estándar IEEE 802.11ax. Representan una mejora significativa en capacidades con respecto a Wi-Fi 5 y eran necesarias de manera urgente para respaldar la creciente demanda de una conectividad inalámbrica más rápida.

La transición de Wi-Fi de un servicio "de lujo" a un servicio "necesario" significó que los profesionales de Wi-Fi estaban luchando por satisfacer la creciente demanda con una asignación de espectro limitada. En respuesta, se asignó espectro adicional para Wi-Fi 6, que opera en dos rangos de frecuencia distintos: 2.4 GHz y 5 GHz. Wi-Fi 5 tenía una velocidad máxima teórica de gigabits por segundo (Gbps), pero en la práctica, las conexiones de Wi-Fi 5 rara vez superaban los cientos de megabits por segundo (Mbps). Wi-Fi 6 aumentó las velocidades de hasta 9.6 Gbps. A pesar de esas mejoras de rendimiento, la demanda de una conectividad inalámbrica más rápida y confiable condujo a la llegada de Wi-Fi 6E en menos de doce meses.

Wi-Fi 6E mejora la eficiencia operativa al agregar aún más espectro, esta vez en la banda de 6 GHz, lo que ayuda a evitar problemas de interferencia y congestión en la red. En 2021, surgieron los primeros dispositivos que admiten las tres bandas (2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz), brindando a los profesionales de Wi-Fi las opciones más amplias posibles para su implementación.

Ejemplos de dispositivos de este tipo incluyen la amplia gama de componentes RF de TDK para bandas de Wi-Fi 6E de hasta 7.25 GHz. Estos diplexores, baluns y filtros son adecuados para aplicaciones de comunicaciones inalámbricas móviles, IoT de consumo, médicas e industriales. Estas soluciones presentan una baja pérdida de inserción y vienen en una variedad de tamaños, desde 1 mm × 0.5 mm y un espesor mínimo de 0.33 mm.

Los diplexores DPX de TDK son adecuados para el cambio de banda en sistemas de doble banda en aplicaciones como teléfonos celulares, LAN inalámbricas y comunicaciones Bluetooth®. Pequeños y ligeros, estos diplexores ofrecen un perfil bajo y una baja pérdida de inserción, sin necesidad de ajustes para su uso. La serie DPX montada en superficie cuenta con una impedancia de 50Ω e incluye modelos que cubren un rango de frecuencia de 650 MHz a 5.95 GHz y 7.125 GHz.

Los baluns RF de TDK ofrecen una amplia gama de modelos SMD/SMT con impedancias que van desde 50Ω hasta 200Ω. Estos transformadores baluns de chip de múltiples capas están construidos con cerámica cocida a baja temperatura (LTCC), convirtiendo señales de balanceadas a no balanceadas y viceversa. Utilizan tecnología de miniaturización de vanguardia y ofrecen características eléctricas excepcionales para WLAN de 2.4 GHz y 5 GHz.

Los filtros RF DEA de TDK utilizan material de LTCC para crear una frecuencia de resonancia que permite que ciertos rangos de frecuencia pasen mientras bloquean o atenúan otros rangos de frecuencia no deseados. Estos dispositivos incluyen filtros paso-alto, paso-bajo y paso-banda con frecuencias que van desde 5 MHz hasta 8 GHz. Los filtros RF DEA de TDK se utilizan en productos de comunicaciones inalámbricas como WLAN, Bluetooth, celulares, GPS, Zigbee® y WiMAX, tanto en frecuencias con licencia como en frecuencias sin licencia.

Además de ofrecer filtros estándar de uso general, TDK trabaja con socios de chipsets para diseñar filtros personalizados adaptados a chipsets específicos, incluyendo filtros de baja pérdida de inserción (es decir, de ahorro energético) para dispositivos con batería, así como productos de alta atenuación y alto rendimiento para dispositivos con conexión eléctrica.

Fabricantes como TDK ahora están preparados para apoyar la próxima generación de comunicaciones inalámbricas: Wi-Fi  7.

Wi-Fi 7: Un probable punto de inflexión

Wi-Fi 7 fue diseñado para ofrecer velocidades de transmisión de datos aún mayores que Wi-Fi 6, mientras reduce la latencia. Al mismo tiempo, Wi-Fi 7 aumenta la capacidad general de la red para los clientes. Está pensado para admitir la inminente llegada de la transmisión de video en 8K y estará listo para soportar aplicaciones de realidad extendida (XR) inmersivas y de baja latencia para propósitos industriales y de juegos una vez que estén ampliamente disponibles.

Wi-Fi 7 es retrocompatible con Wi-Fi 5/6/6E, por lo que comprar un nuevo router Wi-Fi 7 no hará que el equipo inalámbrico existente quede completamente obsoleto. Sin embargo, los routers más antiguos necesitarán estar conectados a los routers con un cliente basado en Wi-Fi 7 para proporcionar todas las ventajas de rendimiento del nuevo estándar.

Las tres mejoras más significativas entre Wi-Fi 6E y Wi-Fi 7 son la velocidad máxima teórica, el aumento del ancho del canal y un orden superior de modulación de amplitud en cuadratura (QAM) (Tabla 1).

Tabla 1: Comparación entre Wi-Fi 7, Wi-Fi 6 y Wi-Fi 6E. (Fuente: https://www.tomshardware.com/news/wi-fi-7-explained; Recreado por Mouser Electronics)

La velocidad máxima de Wi-Fi 6E de 9.6 Gbps ya es impresionante, pero se espera que Wi-Fi 7 tenga una velocidad máxima de 46 Gbps para un solo cliente, lo que es prácticamente velocidad warp en el mundo del Wi-Fi.

El ancho de banda máximo por canal de Wi-Fi 6E era de 160 MHz, pero el nuevo espectro en la banda de 6 GHz verá esto aumentar a un ancho de banda de canal de 320 MHz, proporcionando más ancho de banda para transferir más datos. El aumento de canales 1024 QAM en Wi-Fi 6E a un esperado 4096 QAM con Wi-Fi 7 combinado con los canales de 320 MHz de ancho hará posible los 46 Gbps.

Esa es la versión corta. Profundicemos en los avances tecnológicos inherentes a Wi-Fi 7.

Operación multienlace

Una de las capacidades más impresionantes de Wi-Fi 7 es la operación multienlace (MLO, por sus siglas en inglés), que no estaba disponible con el Wi-Fi 6/6E. La MLO permite la transmisión entre el punto de acceso y el cliente en diferentes radios si las condiciones de frecuencia de radio lo permiten.

Esencialmente, la MLO aprovecha el hecho de que la banda existente de 5 GHz y la nueva banda de 6 GHz están comparativamente más cercanas que las bandas precedentes de 2.4 GHz y 5 GHz, por lo que, para fines prácticos, tienen las mismas velocidades.

Por lo tanto, la MLO permitirá que un dispositivo se conecte tanto a un canal de 5 GHz como a un canal de 6 GHz al mismo tiempo y use ambos para enviar y recibir datos con prácticamente ningún retraso, una innovación en la evolución general de los estándares 802.11. Esto lleva a una reducción de la latencia, tasas de datos más altas, mejor equilibrio de carga y paquetes duplicados a través de enlaces para mejorar la fiabilidad de la red.

Modulación de amplitud en cuadratura

La modulación de amplitud en cuadratura (QAM, por sus siglas en inglés) es una técnica de modulación que maximiza el número de bits que se pueden enviar simultáneamente transmitiendo dos portadores que están desfasados entre sí en 90° (de ahí la cuadratura en la descripción).  

Wi-Fi 6E soporta 1024 QAM, mientras que Wi-Fi 7 aumenta esto a 4096 canales (o 4K) QAM, lo que se correlaciona con un aumento del rendimiento del 20 %. El resultado es una mayor eficiencia, mayor capacidad y tasas de transmisión de datos más altas con latencia reducida en comparación con Wi-Fi 6/6E.  

Tenga en cuenta que cuando Wi-Fi 7 esté disponible, habrá diferencias entre regiones. El espectro disponible que se puede dedicar a Wi-Fi varía entre países, dependiendo de cómo las agencias reguladoras locales lo hayan asignado. Por ejemplo, mientras que las operaciones multienlace en los Estados Unidos podrán usar los canales a 5 GHz y 6 GHz, los dispositivos Wi-Fi en China utilizarán dos canales diferentes en la banda de 5 GHz.

Coordinación automática de frecuencia

La decisión de hacer disponible la banda de 6 GHz para Wi-Fi planteó algunos problemas, que la coordinación automática de frecuencia (AFC, por sus siglas en inglés) busca resolver.

El problema fundamental es que 6 GHz ya es una parte del espectro muy utilizada. Agencias federales de EE. UU. como la NASA y el Departamento de Defensa, así como sistemas globales de radar meteorológico y radioastrónomos, dependen de esta banda para comunicaciones vitales. Las señales errantes de Wi-Fi no serían bienvenidas. Afortunadamente, los usos preexistentes de microondas de 6 GHz son en gran medida predecibles, localizados y estacionarios. La AFC permite la entrada de Wi-Fi en la banda al hacer posible coordinar y trabajar alrededor de los casos de uso existentes.

La AFC hace posible que las redes Wi-Fi 7 operen en las cercanías de radares meteorológicos, radiotelescopios y otros usuarios establecidos del espectro de 6 GHz al evitar transmisiones en bandas que interferirían con esos usuarios. Al mismo tiempo, libera a las redes Wi-Fi 7 para transmitir a una potencia mayor cuando detectan que no hay usuarios preexistentes del espectro cerca. Aunque la AFC en realidad debutó con Wi-Fi 6E, Wi-Fi 7 tendrá un registro más completo de dispositivos inalámbricos que están certificados para AFC.

Cuando no hay usuarios existentes utilizando la banda de 6 GHz en las cercanías, las redes Wi-Fi 7 podrán transmitir en ese espectro usando hasta 63 veces más potencia (según algunas estimaciones) en comparación con la potencia de transmisión uniforme y baja empleada cuando se detectan usuarios preexistentes. Las señales de mayor potencia serán más fuertes, más confiables, tendrán un mayor rendimiento y se propagarán a mayores distancias.

Unidad de recursos múltiples

Íntimamente relacionado con la AFC está la unidad de recursos multiusuario (MRU, por sus siglas en inglés), una nueva característica en Wi-Fi 7 que mejora el acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (OFDMA), una característica introducida por primera vez en Wi-Fi 6. El OFDMA establece subportadoras moduladas de forma independiente dentro de las frecuencias, permitiendo transmisiones simultáneas hacia y desde múltiples clientes. El resultado es un mayor rendimiento y una latencia reducida.

La característica de la MRU de Wi-Fi 7 ofrece una mitigación mejorada de interferencias y una mayor eficiencia de OFDMA, reduciendo aún más la latencia de múltiples usuarios. Al hacer posible perforar selectivamente porciones superpuestas del espectro, la MRU garantiza que los datos viajen solo en frecuencias claras, aumentando las tasas de datos y la fiabilidad en entornos Wi-Fi congestionados.

Multiusuario, múltiple-entrada, múltiple-salida

La tecnología multiusuario, múltiple-entrada, múltiple-salida (MU-MIMO) permite que un router Wi-Fi se comunique con varios dispositivos simultáneamente. Wi-Fi 6/6E llevó la MU-MIMO bidireccional a un uso práctico y duplicó el número de flujos espaciales a ocho, comparado con la MU-MIMO 4x4 de Wi-Fi 5. En términos prácticos, esto permite que hasta ocho conexiones simultáneas accedan a internet sin perder la velocidad de transferencia efectiva. Wi-Fi 6/6E emplea MU-MIMO bidireccional 8x8. Wi-Fi 7 aumentará el número de flujos espaciales a dieciséis, permitiendo que hasta dieciséis dispositivos transmitan y reciban datos a altas velocidades.

Conclusión

Wi-Fi 7 promete ofrecer un alto rendimiento mediante un aumento de velocidad, mayor ancho de banda, mejor fiabilidad y una latencia superbaja. Además de la selección de productos compatibles con Wi-Fi 7 de TDK, Broadcom y Qualcomm se encuentran entre las empresas que ya han anunciado su compromiso de ofrecer componentes Wi-Fi 7; sin embargo, aún queda algo de camino por recorrer antes de que haya una gama suficiente de equipos habilitados para Wi-Fi 7 y la infraestructura de red esté optimizada. Inicialmente, al menos, es probable que Wi-Fi 7 beneficie a las grandes empresas con requisitos de redes inalámbricas complejas y exigentes. Para todo lo demás, está Wi-Fi 6E.