WiFi 6: tudo o que é preciso saber

Desde o início, os padrões da rede WiFi foram designados por um conjunto de números e letras que só um engenheiro poderia amar: 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11ac (existem duas letras agora?)… Como você pode esperar que usuários comuns saibam o que estão comprando ou conectando?

Em um movimento incrivelmente racional, a WiFi Alliance (o grupo da indústria que define os padrões WiFi) decidiu abandonar a confusa sopa de letrinhas e usar números de versão simples.

O padrão de rede conhecido anteriormente como 802.11ax agora será conhecido como WiFi 6 e será lançado em 2019. Aqui estão algumas respostas para perguntas comuns sobre o novo padrão.

O que há com os novos números?

A WiFi Alliance decidiu que simplesmente usar designações padrão do IEEE em produtos gera confusão. Agora, em vez de ver roteadores com “802.11n” e “802.11ac” e outros, você verá números geracionais simples como “WiFi 3” e “WiFi 5.” Esses números 802.11 ainda estão lá, mas eles não são para serem usados em marketing e menus voltados para o usuário. É o tipo de decisão que deveria ter sido tomada há duas décadas.

Veja como as letras antigas correspondem ao novo esquema de numeração de “gerações”.

802.11n = Wi-Fi 4

802.11ac = Wi-Fi 5

802.11ax = Wi-Fi 6

A partir de agora, você encontrará esses números nas caixas de produtos e nos materiais de marketing, mas eles também devem ser usados ​​em software em seus dispositivos. Você precisará de uma atualização para seu laptop, smartphone ou tablet para adicionar os símbolos, mas poderá ver claramente o tipo de rede à qual você está se conectando. Se você vir duas redes disponíveis, uma com um emblema de WiFi 4 e outra com um emblema de WiFi 6, será óbvio para quase todos que você deve se conectar àquele com o número mais alto para uma experiência melhor.

Você perceberá que não há redes WiFi 1, 2 ou 3. Você pode pressupor que elas corresponderiam aos padrões 802.11b, 802.11ae 802.11g, mas a WiFi Alliance decidiu que qualquer rede anterior à 802.11n simplesmente não receberá nenhum número.

O que é o WiFi 6 (também conhecido como 802.11ax)?

O Wi-Fi 6 (802.11ax) se conectará às freqüências de 2.4GHz e 5GHz às quais você está acostumado. Seu predecessor, o 802.11ac, operava apenas na freqüência de 5GHz. Se você tem um roteador que suporte 2.4GHz e 5GHz, ele usa 802.11n (Wi-Fi 4) na freqüência de 2.4GHz e 802.11ac (Wi-Fi 5) na a frequência de 5GHz. O novo padrão funciona em ambas as freqüências, então você terá um grande aumento no desempenho em 2,4GHz.

O WiFi 6 tem tudo a ver com o uso de novas tecnologias para extrair muito mais largura de banda dessas mesmas frequências. Em particular, ele se concentra em lidar com mais eficiência com vários dispositivos conectados ao mesmo tempo, para que suas velocidades reais em uma casa cheia de dispositivos (ou em um café ou estação de trem onde muitas pessoas se conectam de uma só vez) sejam muitas vezes maiores.

Algumas das tecnologias que tornam o Wi-Fi 6 superior ao Wi-Fi 5 incluem:

– OFDMA: Acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) é uma maneira de melhorar a eficiência de fluxos MIMO multiusuários. Pense em um check-out na mercearia: o velho WiFi era uma caixa que conferia muitos clientes. O MIMO multiusuário permite que quatro caixas verifiquem quatro linhas de clientes. OFDMA permite que cada um desses quatro caixas verifique quatro clientes de uma vez, se eles tiverem tempo.

– MU-MIMO uplink: No WiFi 5, o MIMO multiusuário (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) só funciona na conexão downlink – do seu roteador para o seu dispositivo. No WiFi 6, ele funciona nos dois sentidos, de modo que o seu roteador pode receber simultaneamente dados de diferentes dispositivos em diferentes canais de uma só vez. E os canais MU-MIMO foram ampliados de um máximo de quatro em WiFi 5 para oito em WiFi 6.

– Target Wake Time: isso pode ajudar a reduzir o consumo de energia e reduzir o congestionamento em redes também. Foi inicialmente desenvolvido para ajudar com dispositivos IOT (Internet of Things) de baixa potência, mas também pode ser um grande benefício para o WiFi em telefones, tablets e laptops.

O WiFi 6 incluirá várias outras tecnologias para ajudar a melhorar a eficiência e lidar com redes congestionadas, como fragmentação dinâmica e reutilização de frequências espaciais.

Essencialmente, é um conjunto de novas tecnologias (muitas das quais são atualmente usadas em redes LTE) para obter muito mais dados para mais dispositivos usando a mesma quantidade de largura de banda de frequência.

Quão rápido será o WiFi 6?

A largura de banda máxima teórica de um único fluxo é de 3,5 gigabits por segundo, mas até quatro fluxos podem ser entregues a um único dispositivo, o que significa um máximo de até 14 gigabits por segundo!

Na realidade, você nunca verá uma conexão próxima desse número. O que é importante sobre o WiFi 6 não é apenas a velocidade máxima em papel, mas é especificamente projetado para oferecer um desempenho mais rápido no mundo real no tipo de redes que vemos hoje, com muitos dispositivos conectados e muita interferência.

Nós realmente não saberemos o quanto as coisas serão mais rápidas até que existam muitos produtos para testar, mas estimativas conservadoras dizem que uma rede cheia de equipamentos WiFi 6 deve ser capaz de fornecer quatro vezes a largura de banda para dispositivos como a mesma rede. cheio de engrenagem de Wi-Fi 5 e possivelmente muito mais.

Quando os produtos do Wi-Fi  6 chegarão ao mercado?

Espera-se que o padrão WiFi 6 (802.11ax) seja ratificado pelo IEEE em 2019, mas, como no caso das versões anteriores de WiFi, é quase uma formalidade. A maior parte do padrão já está pronta e vamos começar a ver produtos “draft” ou “provisórios” 802.11ax já no final de 2018. A ASUS, por exemplo, anunciou uma linha completa de roteadores 802.11ax na Computex em junho .

A WiFi Alliance começará a certificar dispositivos WiFi 6 provisórios no final de 2018 e veremos mais lançamentos de produtos em 2019.

Detalhes relevantes

A seguir, a Ruckus Networks examina em profundidade a evolução do padrão IEEE 802.11 e sua última versão, começando com uma visão de alto nível de vários blocos de construção do WiFi 6 e examinaremos mais de perto cada um deles. Os tópicos específicos incluem OFDMA, OFDM vs. OFDMA, OFDMA vs MU-MIMO, Sinal Longo de OFDM, 1024-QAM, BSS Coloring e Target Wake Time (TWT). Exploraremos as atividades comerciais do IEEE e da WFA e os vários casos de uso do WiFi 6.

2,4 GHz e 5 GHz

Antes de abordar os aspectos práticos do Wi-Fi 6, vamos relembrar o passado rapidamente. O 802.11 evoluiu de maneira constante nos últimos 20 anos, com engenheiros do setor trabalhando no padrão que sempre muda desde o início da década de 1990. A primeira versão foi publicada em 1997 e, 20 anos depois, o Wi-Fi 6 (802.11ax) está prestes a ser ratificado, enquanto produtos WiFi 6 já estão sendo fabricados, vendidos e expedidos.

A primeira versão do 802.11 oferecia suporte apenas a 2,4 GHz, embora suporte para a faixa de 5 GHz tenha sido subsequentemente adicionada ao WiFi 4 (802.11n). Talvez não surpreendentemente, o WiFi 5 (802.11ac) oferecia suporte apenas à faixa de 5 GHz. O raciocínio por trás dessa decisão foi o de encorajar as pessoas a mudarem para a faixa de 5 GHz, pois era uma frequência muito mais limpa.

Contudo, o WiFi 6 (802.11ax) oferece suporte tanto a 2,4 GHz quanto a 5 GHz. Isso se deve principalmente à proliferação de dispositivos de 2,4 GHz de IoT que estão chegando ao mercado hoje. Além disso, a FCC deve abrir o espectro 6 GHz não licenciado para o WiFi 6 (802.11ax). Com respeito à canalização, o padrão IEEE 802.11 começou com 20 MHz e expandiu-se subsequentemente para 40 MHz para o Wi-Fi 4 (802.11n) e até 160 MHz para o Wi-Fi 5 (802.11ac) assim como para o (802.11ax). Hoje, não vemos muitas aplicações na faixa de 160 MHz, embora com o 6GHz isso possa se tornar uma realidade.

Também deve-se observar que o WiFi 6 (802.11ax) oferece suporte a clientes com suporte apenas a 20 MHz, o que é especialmente importante para a IoT. De fato, o 11ax oferece suporte a clientes com suporte apenas a 20MHz – porque o projeto de alteração do WiFi 6 (802.11ax) foi elaborado com dispositivos de IoT em mente, já que são de custo baixo, consomem pouca energia e possuem baterias muito pequenas. Usando quadros de gerenciamento, estações clientes poderão informar a um AP de WiFi 6 (802.11ax) que estão operando como clientes com suporte apenas a 20 MHz. Um dispositivo com suporte apenas a 20 MHz pode transmitir/receber tanto na faixa de 2,4 GHz quanto na de 5 GHz.

Além disso, o padrão WiFi 6 implementa um protocolo em que os dispositivos com suporte apenas a 20 MHz se comunicam apenas nos canais de 20MHz primários. Em essência, isso significa que um canal de 40MHz teria o potencial de ser estendido para 80 e 160 MHz. Todas as trocas de pacotes de 20 MHz desses clientes estão nos 20 MHz primários. Pode-se ter uma troca de pacotes de clientes normais no secundário superior – assim como misturas e combinações adicionais. Mais especificamente, clientes “normais” receberiam o nome de primários, junto com clientes com suporte apenas a 20 MHz. É importante entender que dispositivos com suporte apenas a 20 MHz precisam apenas operar nos canais de 20 MHz primários.

Taxas de Pico PHY e Utilização de Espectro

A taxa de pico PHY do 802.11 dava suporte a 2 Mbps por segundo, o que aumentou para 10 Gbps por segundo para o WiFi 6 (802.11ax). Embora muito se fale no setor sobre alta taxa de transferência, o que realmente importa é com que eficiência o espectro sem fio é utilizado. Sim, uma alta taxa de transferência vende produtos, porque é fácil para todos entenderem, mas, outra vez, o que importa é quão bem o padrão explora o espectro disponível. Uma forma de quantificar isso é com a eficiência espectral de enlaces. Por exemplo, o primeiro padrão 802.11 de WiFi fazia push de 0,1 bps/Hz. Em um contraste agudo, o WiFi 6 faz push a espantosos 62,5 bps/Hz.

Deve-se notar que o desempenho geral do espectro também é indicado pelo nome do padrão. O WiFi 4 (802.11n) era conhecido como HT (High Throughput), seguido pelo WiFi 5 (802.11ac) a que nos referíamos como VHT (Very High Throughput). Continuando esse padrão de nomenclatura, o WiFi 6 (802.11ax) é designado HE (High Efficiency). Como ainda discutiremos nesta série, a eficiência do espectro é uma das características mais importantes do novo padrão WiFi 6 (802.11ax).

Fluxo de dados de Usuários Wireless

Uma métrica importante do padrão de WiFi 802.11 continua sendo o número máximo de fluxos de dados de um único usuário. O padrão original oferecia uma única cadeia de transmissão e uma única cadeia de recepção suportando apenas fluxo único de dados. No entanto, o padrão evoluído WiFi 4 (802.11n), oferece quatro cadeias de rádio, aumentando efetivamente a taxa de transferência real por suportar quatro fluxos de dados paralelos e simultâneos para o mesmo dispositivo. Na sequência, o WiFi 5 (802.11ac) oferece suporte a até oito fluxos de dados.

WiFi 6 & MU-MIMO

Embora ambos os padrões, WiFi 5 (802.11ac) e WiFi 6 (802.11ax) suportem a transmissão de até oito fluxos de dados, deve-se observar que os dispositivos clientes devem oferecer suporte a este mecanismo. Mais especificamente, pontos de acesso sem fio (APs) suportam oito fluxos de dados pois são relativamente grandes e alimentados por uma fonte de energia dedicada. Já os dispositivos clientes, são tipicamente reduzidos em tamanho e alimentados por baterias e por este motivo os fabricantes não tem o hábito de produzir dispositivos clientes com suporte a oito fluxos de dados. Sendo assim, mesmo que um AP suporte oito fluxos de dados, os dispositivos clientes mais comuns são capazes de transmitir e receber apenas dois fluxos de dados.

Por este motivo o IEEE introduziu o mecanismo Multi-User MIMO (MU-MIMO), responsável por dividir os oito fluxos de dados em quatro grupos de dois dispositivos e transmiti-los aos dispositivos clientes dos usuários como por exemplo os smartphones. De fato, o WiFi 5 (802.11ac) introduz a capacidade de que os APs conversem com quatro dispositivos ao mesmo tempo, enquanto WiFi 6 (802.11ax) estende essa capacidade a oito dispositivos. Além disso, o WiFi 6 (802.11ax) suporta o mecanismo MU-MIMO em ambas as direções, downlink e uplink, enquanto o padrão anterior WiFi 5 (802.11ac) suportava o mecanismo MU-MIMO apenas na direção downlink.

OFDMA & 1024-QAM

O WiFi 6 (802.11ax) também introduz um novo esquema de modulação conhecido como acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA na abreviação do inglês). Embora esse mecanismo seja novo para o Wi-Fi, foi exaustivamente analisado em implantações de LTE, da mesma forma que outras tecnologias sem fio. Além disso, o WiFi 6 (802.11ax) acrescenta um esquema de modulação de 1024-QAM que permite ao WiFi atingir taxas de dados mais altas.

Mais especificamente, o número máximo de tons de OFDM aumentou de 64 no Wi-Fi 4 (802.11n) para 2.048 no canal de 160 MHz no Wi-Fi 6 (802.11ax). Deve-se notar que “tons” e subportadoras são usados de maneira intercambiável. Por exemplo, um canal de OFDMA de 20 MHz consiste em um total de 256 subportadoras ou “tons”. Além disso, o espaçamento das subportadoras foi reduzido em 4 vezes, de 312,5 kHz para 78,125 kHz. O espaçamento mais estreito das subportadoras otimiza a equalização e aumenta a robustez do canal para operação ao ar livre.