Prepárate para WiFi 7 con el estándar 802.11be

Justo cuando WiFi 6 y 6E empiezan a salir al mercado y están disponibles nuevos conjuntos de chips, WiFi 7 ya está de camino con el estándar 802.11be. El nuevo estándar de WiFi 7 se basa en el estándar de WiFi 6/6E anterior, de conformidad con una tendencia común de mejoras iterativas: mayor ancho de banda total, mayores velocidades de datos, uso innovador de formatos de modulación y mayor número de usuarios por dispositivo. Las nuevas tecnologías, como AR/VR, juegos de baja latencia, productos para centros de datos y otras aplicaciones de transmisión en tiempo real, dependerán de WiFi 6/6E y de los próximos estándares de WiFi 6. Estos estándares también reducen la dependencia de las redes 5G/B5G para una transferencia rápida de datos a distancias más cortas y proporcionan una conexión familiar a Internet a través de un router.

Aunque esta tecnología aún no ha llegado al mercado, creo que surgirán más solicitudes sobre sistemas experimentales, módulos de evaluación y módulos de montaje en superficie una vez que los primeros conjuntos de chips estén disponibles. Ahora es el momento de empezar a pensar en estos sistemas, especialmente si estás desarrollando productos de evaluación compatibles con WiFi 7.

WiFi 7: qué cambia respecto a WiFi 6/6E

El mayor cambio en WiFi 7 está en la velocidad de datos y el ancho de banda máximos teóricos, en línea con la tendencia general de expandir las capacidades de WiFi a un mayor rendimiento en versiones anteriores. En WiFi 7, esto es posible gracias a una mayor modulación de amplitud en cuadratura (QAM), mayor frecuencia (en la banda de 6 GHz) y una mayor asignación de ancho de banda.

Muchos de los desafíos de diseño a nivel de sistema están recayendo en los fabricantes de chips, quienes diseñan interfaces analógicas altamente integradas para aumentar la compatibilidad con nuevos productos. Algunos de los otros cambios importantes en WiFi 7 incluyen:

• Compatibilidad con versiones anteriores y posteriores: El funcionamiento de tres bandas en WiFi 7 ayuda a garantizar la compatibilidad con versiones anteriores, y la estructura del preámbulo en los paquetes WiFi 7 está diseñada para garantizar la compatibilidad con versiones posteriores.
• Objetivo de latencia más baja: La reducción de la fluctuación, en el peor de los casos, está incluida en el estándar para admitir aplicaciones de baja latencia. Esto es compatible con MU-MIMO, con transmisiones espaciales más simultáneas y mayor ancho de banda, pero una latencia más baja conlleva un límite de EMV más bajo, como se muestra arriba.

Al igual que otros diseños inalámbricos, la simulación y las pruebas en las frecuencias relevantes son muy importantes, ya que sirven para evaluar la distorsión y las pérdidas de señal a lo largo de una interconexión (línea de alimentación de antena). El diseño de la interconexión y las redes compatibles utilizadas en WiFi 5 y WiFi 6 siguen siendo relevantes en WiFi 6E y WiFi 7, ya que las frecuencias implicadas no han cambiado. Los diseños de guía de ondas existentes pueden requerir un pequeño ajuste para adaptarse al ancho de banda más amplio sin atenuación en ciertas partes de la banda, pero este tipo de simulación posterior al diseño se puede realizar con una utilidad de resolución de campo externa.

Próximas tendencias de componentes

Para hacernos una idea de cómo serán los próximos productos con WiFi 7, podemos fijarnos en lo que ha ocurrido con los productos WiFi 6/6E, concretamente con los SoC y los módulos.

Interfaces de módulo

Si planeas usar un módulo para añadir prestaciones de WiFi 7 a tu diseño, deberás considerar qué interfaces se usarán para transferir datos al módulo del transceptor. PCIe y USB son los dos módulos ya programados para su uso en WiFi 6E. Por ejemplo, el módulo AX210.NGWG.NV Wifi 6E de Intel tiene interfaces PCIe y USB disponibles. Esperaría ver una generación de PCIe como la interfaz estándar para proporcionar datos paralelos de alta velocidad a un módulo WiFi 7. 

Opciones de SoC

Si quieres crear un sistema embebido o dispositivo móvil más compacto y altamente integrado, verás que los SoC llegarán pronto al mercado. Esta es otra tendencia que hemos notado, donde los MCU se están integrando con los interfaces de RF y otras funcionalidades para su uso en entornos particulares, como equipos de red, IoT o productos móviles. Un ejemplo es el próximo SoC CW641 de NXP con WiFi 6E integrado. Los sistemas compatibles con WiFi 7, que requieren un factor de forma pequeño y altas velocidades de datos inalámbricos, necesitarán una opción integrada que solo se puede encontrar en los SoC avanzados.

¿Qué pueden hacer hoy los diseñadores de PCB?

Si quieres empezar con los diseños avanzados de WiFi 7, ten en cuenta estos puntos importantes para tener éxito:

• Empieza con WiFi 6/6E: En términos de arquitectura del sistema y frecuencia de funcionamiento, los sistemas habilitados para WiFi 7 se parecerán mucho a los sistemas WiFi 6/6E. Si puedes diseñar con éxito un sistema WiFi 6/6E, no tendrás problemas para hacer lo mismo con WiFi 7.
• Aprende a enrutar las guías de ondas coplanares: Si te fijas en los diseños de referencia y las directrices típicas de diseño de RF, la mayoría recomendará el enrutamiento de guías de ondas coplanares para la línea de alimentación de la antena. Consiste, sobre todo, en un ejercicio para aplicar el espacio correcto y los anchos de pista adecuados a tus reglas de diseño.
• Infórmate sobre la formación de haces adaptables: Esta es una forma elegante de decirte que aprendas a diseñar arreglos en fase de banda ancha para que admitan la formación de haces. Este suele un tema que se trata en las aplicaciones de radar, pero la formación de haces también se utiliza en WiFi 6/6E para garantizar una transmisión de datos de alto rendimiento. Para los diseñadores de PCB que trabajan con enrutadores u otros equipos WLAN, esto determinará la ubicación de las antenas en el dispositivo.

Llega más allá de WiFi 7 con WiGig

WiFi 7 presenta una gran mejora con respecto a las iteraciones anteriores, ya que amplía el WiFi a un espectro más alto y ofrece mayores velocidades de datos. Existe otro estándar que mejora la transferencia de datos a frecuencias mucho mayores, conocido como WiGig. Este estándar extiende el WiFi a la banda ISM de 60 GHz para la transferencia de datos de corto alcance y alto rendimiento a dispositivos de usuario final. El estándar WiGig es más conocido como IEEE 802.11ad y, a veces, se denomina WiFi de microondas.

El propósito de WiGig es ofrecer velocidades de datos mucho más altas (llegando a valores de Gbps), que es algo que normalmente se prometía en las implantaciones de mmWave de 5G, pero sin necesidad de conjuntos de chips o módems móviles. A continuación, se muestran las principales especificaciones de WiGig:

• Bandas operativas: 2,4 GHz, 5-6 GHz y 60 GHz.
• Velocidad de transferencia de datos: 7 Gbps como máximo (maximizado con multiplexación OFDM).
• Formatos de modulación:
  • OFDM: SQPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
  • Portadora única: π⁄2-BPSK, π⁄2-QPSK.

WiGig utiliza la formación de haces para proporcionar transmisión de datos en la banda de 60 GHz hasta una distancia de 10 m. Este alcance no es muy largo y está pensado sólo para dispositivos cercanos. Sin embargo, debido a que los productos compatibles con WiGig también deben funcionar en las bandas tradicionales de 2,4/5-6 GHz, aún pueden proporcionar conectividad a dispositivos más alejados de un router o punto de acceso.

El siguiente paso del estándar IEEE 802.11ad es el estándar 802.11ay, que añade MIMO a WiGig con hasta ocho transmisiones espaciales. Estos sistemas que implantan la formación de haces de alta frecuencia requieren conjuntos de chips especializados, y los productos integrados de empresas como Qorvo, están llegando al mercado de componentes. El estándar 802.11ay también promete ofrecer un mayor alcance mediante el uso de un conjunto en fase, como el que normalmente se requeriría en MIMO, que ofrecería una resolución y ganancia muy altas cuando la potencia se dirigiera a un solo usuario ubicado a una distancia de hasta 300-500 m.

Mantente al día sobre los cambios en los estándares 802.11

El grupo de trabajo del estándar IEEE 802.11 tiene mucho entre manos con el desarrollo de los distintos estándares. Los nuevos estándares 802.11 apuntan a avances en todo, desde redes de vehículos de todo (V2X) hasta sistemas de detección y redes ópticas. Para sustentar el desarrollo continuo de los productos de IoT y resolver los desafíos de seguridad, otras modificaciones previstas incluyen la compatibilidad con las direcciones MAC aleatorias y con las normas de privacidad de datos. Puedes ver la lista completa de cambios propuestos y presentados en el calendario de proyectos del grupo de trabajo de la IEEE 802.11 (en vigor desde el 11 de junio de 2021). Este conjunto de estándares ha sido posiblemente uno de los más exitosos, por lo que no es de esperar que el desarrollo en esta área se ralentice.

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