Preparati per WiFi 7 con lo standard 802.11be

Mentre WiFi 6 e 6E si affacciano sul mercato e compaiono nuovi chipset, si va già profilando lo standard WiFi 7 secondo la norma 802.11be. Il nuovo standard WiFi 7 si basa sul precedente WiFi 6/6E, con una tendenza comune di miglioramenti iterativi: maggiore larghezza di banda totale, maggiore velocità di trasmissione dati, uso innovativo di formati di modulazione e numero di utenti più elevato per dispositivo. Nuove tecnologie come AR/VR, giochi a bassa latenza, prodotti per data center e altre applicazioni di streaming in tempo reale si baseranno sul WiFi 6/6E e sui prossimi standard WiFi 6. Questi standard riducono inoltre la dipendenza dalle reti 5G/B5G per il trasferimento rapido dei dati su distanze più brevi e forniranno una connessione Internet familiare tramite un router.

Sebbene questa tecnologia non sia ancora arrivata sul mercato, mi aspetto che, una volta disponibili i primi chipset, si moltiplicheranno le richieste di sistemi sperimentali, moduli di valutazione e moduli montabili su superficie. Ora è il momento di iniziare a pensare a questi sistemi, soprattutto se stai sviluppando prodotti di valutazione per supportare WiFi 7.

WiFi 7: cosa cambia rispetto a WiFi 6/6E

Il cambiamento principale riguarda la velocità massima teorica di trasmissione dei dati e la larghezza di banda, in linea con la tendenza generale a espandere le funzionalità WiFi con prestazioni più elevate nelle versioni meno recenti. In WiFi 7, ciò è possibile grazie a un QAM più elevato, a una frequenza più elevata (nella banda da 6 GHz) e a una maggiore allocazione della larghezza di banda.

Molte delle sfide di progettazione a livello di sistema ricadono sui produttori di chip, che stanno progettando front-end analogici altamente integrati per supportare nuovi prodotti. Alcuni tra gli altri cambiamenti degni di nota in WiFi 7 includono:

• Compatibilità con versioni successive e precedenti: il funzionamento tri-band in WiFi 7 aiuta a garantire la compatibilità con le versioni precedenti, mentre la struttura del preambolo nei pacchetti WiFi 7 è stata progettata per garantire la compatibilità con le versioni successive.
• Obiettivo di latenza inferiore: la riduzione del jitter nel caso peggiore è stata inserita nello standard per supportare le applicazioni a bassa latenza. Questo sarà possibile grazie a MU-MIMO con più flussi spaziali simultanei e maggiore larghezza di banda, ma una latenza inferiore comporta un limite EMV inferiore, come mostrato in precedenza.

Proprio come altri progetti wireless, la simulazione e i test alle frequenze pertinenti sono piuttosto importanti, poiché servono a valutare la distorsione e le perdite del segnale lungo un'interconnessione (linea di alimentazione dell'antenna). La progettazione dell'interconnessione e le reti compatibili utilizzate in WiFi 5 e WiFi 6 sono ancora pertinenti per WiFi 6E e WiFi 7, dato che le frequenze coinvolte non sono cambiate. Le progettazioni di guide d'onda esistenti potrebbero richiedere piccole regolazioni per adattarsi alla larghezza di banda più ampia senza attenuazione in determinate parti della banda, ma questo tipo di simulazione post-layout può essere eseguita con un'utilità field solver esterna.

Prossime tendenze nei componenti con l'arrivo di WIFI 7

Per avere un'idea di come saranno i prossimi prodotti abilitati al WiFi 7, possiamo guardare a ciò che è successo con i prodotti WiFi 6/6E, in particolare con i SoC e i moduli.

Interfacce del modulo

Se hai intenzione di utilizzare un modulo per aggiungere funzionalità WiFi 7 al tuo progetto, dovrai considerare quali interfacce verranno utilizzate per trasferire i dati al modulo sul ricetrasmettitore. PCIe e USB sono i due moduli già previsti per l'uso in WiFi 6E. Ad esempio, il modulo AX210.NGWG.NV Wifi 6E di Intel dispone di interfacce PCIe e USB. Mi aspetterei di vedere una generazione di PCIe come interfaccia standard per fornire dati paralleli ad alta velocità a un modulo WiFi 7. 

Opzioni SoC

Se stai cercando di creare un sistema più compatto e altamente integrato o un dispositivo mobile, aspettati di vedere presto i SoC sul mercato. Questa è un'altra delle tendenze che abbiamo notato: gli MCU vengono integrati con front-end RF e altre funzionalità per l'uso in ambienti particolari come apparecchiature di rete, IoT o prodotti mobili. Un esempio è il prossimo SoC CW641 di NXP con WiFi 6E integrato. I sistemi abilitati per il WiFi 7 che richiedono un fattore di forma ridotto e un'elevata velocità di trasmissione dei dati wireless avranno bisogno di un'opzione integrata, disponibile solo in SoC avanzati.

Cosa possono fare i progettisti PCB oggi

Se vuoi già iniziare a lavorare su progettazioni WiFi 7 avanzate, tieni a mente questi punti per avere successo:

• Inizia con il WiFi 6/6E: in termini di architettura di sistema e frequenza di operazione, i sistemi abilitati per il WiFi 7 avranno un aspetto molto simile ai sistemi per il WiFi 6/6E. Se riesci a configurare correttamente un sistema WiFi 6/6E, allora sei sulla buona strada per il successo con il WiFi 7.
• Impara l'instradamento della guida d'onda complanare: se osservi le progettazioni di riferimento e le linee guida tipiche della progettazione RF, la maggior parte consiglierà l'instradamento della guida d'onda complanare per la linea di alimentazione dell'antenna. Si tratta più che altro di un esercizio per applicare le distanze e le larghezze di traccia corrette nelle regole di progettazione.
• Scopri di più sul beamforming adattativo: in termini più semplici, impara a progettare phased array a banda larga per supportare il beamforming. Di solito se ne parla nelle applicazioni radar, ma il beamforming viene utilizzato anche nel WiFi 6/6E per garantire un'elevata velocità di trasmissione dei dati. Per i progettisti PCB che lavorano su router o altre apparecchiature WLAN, questo determinerà la disposizione delle antenne sul dispositivo.

Vai oltre il WiFi 7 con WiGig

Il WiFi 7 rappresenta un notevole aggiornamento rispetto alle versioni precedenti, in quanto estende il WiFi a uno spettro più ampio, offrendo una maggiore velocità di trasmissione dei dati. Esiste un altro standard che potenzia il trasferimento dei dati a una frequenza molto più elevata, noto come WiGig. Questo standard estende il WiFi nella banda ISM a 60 GHz per il trasferimento di dati a corto raggio e ad alta velocità sui dispositivi degli utenti finali. Lo standard WiGig è meglio conosciuto come IEEE 802.11ad ed è talvolta chiamato WiFi a microonde.

Lo scopo del WiGig è quello di offrire velocità di trasmissione dati molto più elevate (fino a valori di Gbps), cosa che normalmente veniva promessa nelle implementazioni mmWave del 5G, ma senza richiedere chipset o modem mobili. Di seguito sono riportate le specifiche principali del WiGig:

• Bande operative: 2,4 GHz, 5-6 GHz e 60 GHz
• Velocità di trasferimento dati: 7 Gbps massimo (massimizzato con multiplexing OFDM)
• Formati di modulazione:
  • OFDM: SQPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM
  • Portante singola: π⁄2-BPSK, π⁄2-QPSK

WiGig utilizza il beamforming per fornire una trasmissione dati nella banda dei 60 GHz fino a 10 m. Il raggio d'azione non è molto ampio ed è destinato solo ai dispositivi vicini. Tuttavia, poiché i prodotti compatibili con WiGig devono funzionare anche nelle tradizionali bande a 2,4/5-6 GHz, possono comunque fornire connettività a dispositivi più lontani da un router o da un punto di accesso.

Il passaggio successivo rispetto a IEEE 802.11ad è 802.11ay, che aggiunge MIMO al WiGig con un massimo di 8 flussi spaziali. Questi sistemi che implementano il beamforming ad alta frequenza richiedono chipset specializzati, e sul mercato dei componenti stanno arrivando prodotti integrati di aziende come Qorvo. L'802.11ay promette inoltre di offrire una portata più elevata grazie all'uso di un phased array, come sarebbe normalmente richiesto nel MIMO, che offrirebbe una risoluzione e un guadagno molto elevato quando la potenza è diretta a un singolo utente fino a 300-500 m di distanza.

Rimani aggiornato sulle modifiche agli standard 802.11

Il Gruppo di lavoro IEEE 802.11 ha parecchio da fare con lo sviluppo dei vari standard. I nuovi standard 802.11 mirano a progressi in tutto, dalla rete V2X (vehicle-to-everything) alla sensibilizzazione dei sistemi e alla rete ottica. Per sostenere il continuo sviluppo dei prodotti IoT e affrontare le sfide della sicurezza, altre modifiche previste includono il supporto per gli indirizzi MAC randomizzati e gli standard sulla privacy dei dati. Puoi consultare l'elenco completo delle modifiche proposte e presentate nel calendario del progetto del Gruppo di lavoro IEEE 802.11 (in vigore dall'11 giugno 2021). Questa serie di standard è stata probabilmente una di quelle di maggior successo, quindi non aspettarti che lo sviluppo in questo settore rallenti.

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