Recentemente a FCC (Comissão Federal de Comunicações), órgão regulador dos EUA, aprovou o uso de 1200 MHz na faixa de 6 GHz para uso não licenciado. Isto representa um grande abalo para a indústria WiFi e possivelmente permitirá que outras tecnologias também utilizem esta porção do espectro.
Embora a FCC só tenha jurisdição regulatória nos Estados Unidos, ela tem grande influência internacional e sobre a tomada de decisões de muitos fabricantes. Isto vem depois que a Aliança WiFi (formada por diferentes fabricantes) reconfirmou em janeiro sua intenção de promover o uso da banda de 6 GHz, definindo um novo nome para os dispositivos que suportam WiFi 6 na banda de 6 GHz, sob o nome WiFi 6E. Até agora, a FCC é o primeiro órgão regulador a incorporar esta faixa.
Para entender o que isto significa e por que vem como uma notícia surpreendente para aqueles de nós que acompanham de perto a evolução tecnológica, vamos rever brevemente alguns pontos técnicos da tecnologia WiFi em suas diferentes versões.
Normas, faixas e canais
A padronização do WiFi é estabelecida nas diferentes normas IEEE 802.11. Os primeiros padrões, 802.11b/g, utilizam a banda de 2,4 GHz não licenciada, enquanto nos padrões mais recentes há uma tendência de trabalhar em outras bandas com menor uso e maior disponibilidade espectral. O mais conhecido deles é a banda de 5 GHz.
A faixa de 2,4 GHz, além de ter pouca disponibilidade de espectro, tem uma canalização bastante particular (para coexistir com outras tecnologias, como o Bluetooth) que gera muitos problemas na prática. Ou seja, embora existam 13 (ou 14) canais nesta faixa, apenas 3 (ou 4) canais podem ser utilizados sem sobreposição.
A prática recomendada é usar somente os canais 1, 6, 11 (e 14), mas se houver um sistema próximo com bom nível de sinal configurado no canal 3, ele irá gerar interferência em sistemas configurados tanto no canal 1 quanto no canal 6.
A banda de 5 GHz tem uma maior disponibilidade de canais, que pode variar de país para país, e permite uma maior agregação de canais de 20 MHz em comparação com a banda de 2,4 GHz. A tabela a seguir mostra a canalização.
Há um movimento claro dos novos padrões para outras bandas com menor utilização do que a banda de 2,4 GHz. A norma 802.11n destina-se a ser implementada tanto em 2,4 GHz quanto em 5 GHz, enquanto a norma 802.11ac é padronizada apenas para uso na faixa de 5 GHz.
O novo padrão 802.11ax, também conhecido como WiFi 6, utiliza as bandas de 2,4 GHz e 5 GHz.
Pode-se também mencionar o caso do 802.11ad que utiliza a banda de 60 GHz ou o caso do 802.11ah na banda ISM de 915 MHz (esta última banda é amplamente utilizada por outras tecnologias).
A tabela a seguir mostra claramente a disponibilidade de espectro para diferentes padrões medidos em MHz. É evidente que a banda de 5 GHz tem uma enorme vantagem sobre a banda de 2,4 GHz em termos de número de canais. É claro que as condições de propagação das bandas mais altas são mais limitadas, mas para o planejamento da capacidade a banda de 5 GHz é sempre uma boa escolha.
Quais contribuições o WiFi 6 faz?
Antes de chegarmos ao WiFi 6E, vamos falar brevemente sobre o WiFi 6. Deve-se notar que a Aliança WiFi começou recentemente a chamar o padrão WiFi 6 802.11ax, 802.11ac WiFi 5 e 802.11n WiFi 4, a fim de facilitar a identificação das diferentes gerações pelos usuários. Esta mudança é relativamente recente e os produtos comerciais estão lentamente começando a ser identificados por esta nomenclatura.
O WiFi 6 toma muitos princípios do 802.11ac e incorpora algumas mudanças substanciais ao 802.11ac. A seguir, uma breve descrição das principais características novas do WiFi 6:
Acesso múltiplo por divisão de freqüência ortogonal (OFDMA): Em padrões anteriores o esquema de modulação e forma de onda utilizado é o OFDM, enquanto o esquema de acesso médio segue o mecanismo CSMA/CA que detecta o meio e, se ocupado, espera por um tempo aleatório dentro de uma faixa que cresce à medida que o canal permanece ocupado.
Este mecanismo de backoff tem alguns inconvenientes quando são necessárias aplicações de baixa latência e é uma das principais razões pelas quais o WiFi não escala no número de usuários conectados simultaneamente (número de associações de um Ponto de Acesso). Portanto, no novo padrão WiFi 6, o OFDMA é introduzido como uma forma de coordenar o acesso ao meio, dividindo recursos de tempo e freqüência e atribuindo diferentes recursos aos diferentes usuários, melhorando assim a latência tanto no uplink quanto no downlink, alcançando maior eficiência e desempenho em ambientes de alta densidade.
MU-MIMO (Multi-user multiple input multiple output): usando esta técnica é possível enviar dados para diferentes usuários ao mesmo tempo e no mesmo recurso de freqüência por meio do que é conhecido como multiplexação espacial, desde que o SNR (Signal Noise Ratio) seja alto e que haja baixa correlação entre os dados. Este é mais um passo em direção a uma maior produtividade, melhorando significativamente a eficiência espectral.
Canais de 160 MHz: aumentar a largura do canal a fim de aumentar a largura de banda e alcançar baixas latências. Esta largura de canal só deve ser utilizada em caso de bons níveis de SNR.
Target wake time (TWT): esta funcionalidade permite que o AP e dispositivos associados coordenem quando e com que freqüência eles se comunicarão e destina-se principalmente a dispositivos IoT onde o consumo é muito baixo. Ao mesmo tempo, a AP está ciente de quando o dispositivo exigirá recursos, facilitando assim a tarefa de alocar recursos no nível de acesso à mídia e melhorar a eficiência espectral.
1024-QAM: em busca de maior eficiência espectral, é introduzido um nível de modulação mais alto, que pode ser logicamente utilizado desde que o nível SNR o permita.
Formação do feixe de transmissão: com esta técnica é possível concentrar a radiação de potência em direção ao ponto-alvo (o usuário), obtendo assim uma maior força de sinal para o usuário dado um orçamento de potência no transmissor e, ao mesmo tempo, evitando interferência para outros usuários, o que melhora significativamente o SNR do sistema.
Então o que é WiFi 6E?
WiFi 6E nada mais é do que a implementação da norma WiFi 6 (802.11ax) na banda de 6 GHz. Aqueles de nós que têm acompanhado a evolução dos padrões ficam surpresos ao ver a introdução da banda de 6 GHz já que, até agora, as bandas predominantes para os padrões da família WiFi eram 2,4 GHz, 5 GHz e, em muito menor extensão, 60G Hz ou 915 MHz.
A faixa de 5 GHz sobe para 5,925 GHz. Com WiFi 6E ele é estendido por mais 1200 MHz, ou seja, até 7,125 GHz, o que acrescenta cerca de 14 canais de 80 MHz ou 7 canais de 160 MHz. Dada a freqüência ligeiramente mais alta, pode-se esperar que a faixa seja 10-20% menor em comparação com os canais de 5 GHz.
O que há hoje na faixa de 6GHz?
Muitos operadores utilizam bandas diferentes (estabelecidas pela UIT) para ligações ponto a ponto de microondas. A banda de 6 GHz é precisamente uma das bandas utilizadas para este fim, conforme estabelecido nas recomendações F.383-9 e F.384. Na verdade, é uma das bandas mais baixas e, portanto, tem a menor atenuação. Nesta parte do espectro, as ligações por satélite (serviço fixo por satélite) também são encontradas em muitos países na chamada banda C.
Se o mercado WiFi se mover nesta direção (nada indica o contrário), então as conexões de rádio de 6 GHz terão que coexistir com WiFi 6E e outros padrões que possam surgir na banda de 6 GHz não licenciada.
E quanto aos fabricantes?
Muitos produtos que suportam WiFi 6 já estão disponíveis há algum tempo. No entanto, o desenvolvimento do WiFi 6E está em um estágio muito anterior, o que é lógico porque até agora não tem havido um mercado claro. Com a decisão da FCC, e talvez em breve a regulamentação européia, é de se esperar que o desenvolvimento avance nessa direção.
A Broadcom, um dos principais fabricantes de chipsets dos EUA, juntamente com a Qualcomm, anunciou em fevereiro o que seria o primeiro chipset a suportar o WiFi 6E. Este é o BCM4389, que além do suporte de banda de 6 GHz, também suporta 2,4 GHz e 5 GHz. Até agora, é o único chipset que suporta WiFi 6E e não há dispositivos de usuário (APs, smartphones) que o suportem.
Conclusões
A família de padrões WiFi se tornou um dos principais pontos de conexão à Internet para os usuários junto com as redes móveis. A busca de maior velocidade e menor latência traz consigo implementações que melhoram o processamento de sinais, aumentam a eficiência espectral e, ao mesmo tempo, inevitavelmente, têm a necessidade de mais espectro. Este espectro é mais facilmente encontrado nas faixas mais altas, que hoje têm outros usos e também têm menos cobertura. Isto acompanha a tendência para o planejamento da capacidade e pontos de acesso com menor cobertura.
O WiFi 6 inclui muitas inovações técnicas, algumas das quais já estão presentes em redes móveis. O WiFi 6E promete ser uma alternativa interessante para aplicar esta tecnologia em uma região do espectro com um número maior de canais. Teremos que esperar até que o mercado de APs e dispositivos móveis se desenvolva e dê suporte a esta nova banda.
Por:
Mauricio Gonzalez Nappa, Especialista da linha de produtos Telco & Smart Cities.
Mauricio é engenheiro elétrico (Telecomunicações) e tem mestrado em Redes Móveis e Telecomunicações. Além de seu trabalho em Isbel, ele ensina Antenas e Propagação e Multimídia sobre cursos de PI na Faculdade de Engenharia da Universidade da República.
Fontes:
https://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/wi-fi-certified-6
https://www.wi-fi.org/beacon/the-beacon/wi-fi-certified-6-gains-momentum
https://www.theverge.com/2020/4/23/21231623/6ghz-wifi-6e-explained-speed-availability-fcc-approval
https://www.semfionetworks.com/blog/mcs-table-updated-with-80211ax-data-rates
https://www.broadcom.com/company/news/product-releases/52926
