Wifi é provavelmente o protocolo sem fio mais bem-sucedido na história das telecomunicações graças à sua proliferação na indústria, escritório, produtos de consumo e telecomunicações. Está ficando mais difícil encontrar eletrônicos de consumo "inteligentes" que não tenham Wifi ou Bluetooth, e não devemos esperar que esses protocolos desapareçam tão cedo. O novo protocolo Wifi 6 continua inovando em produtos anteriores para expandir as capacidades do Wifi para taxas de dados mais altas e mais fluxos espaciais. Além disso, a paisagem da banda de frequência muda com o Wifi 6, com 4 larguras de banda possíveis em cada canal.
Alguns dos produtos Wifi 6 originais lançados por grandes fabricantes foram SoCs da MediaTek, que visavam o mercado de smartphones 5G. Outros grandes fabricantes de redes e telecomunicações como Broadcom e Qualcomm lançaram produtos competitivos. Hoje, outros fabricantes de semicondutores estão desenvolvendo seu próprio portfólio de chipsets Wifi 6 visando qualquer produto sem fio.
Antes de apresentarmos algumas opções de chipsets Wifi 6 para novos eletrônicos, vamos olhar para as especificações técnicas no Padrão IEEE 802.11ax, bem como o que mudou no Wifi 6 em comparação com as gerações anteriores do Wifi.
A mais nova geração do Wifi é semelhante às gerações anteriores em termos de frequência, mas as principais mudanças se concentram em fluxos espaciais, taxa de dados e alocação de largura de banda. A ideia aqui é acomodar demandas por mais dispositivos em rede no ambiente empresarial, escritório, casa e veículo, mas sem sacrificar a taxa de transferência ou se afastar demais da faixa de frequência fundamental em Wifi de 5 GHz.
Como podemos apenas aumentar a taxa de dados e o número de dispositivos que podem ser atendidos no novo padrão sem aumentar a frequência da portadora (ou o número de portadoras, como é feito no 5G)? A resposta está na modulação e na expansão das bandas de frequência, que são críticas para fornecer uma taxa de dados mais alta e mais portadoras, respectivamente. Os chipsets Wifi 6 suportam MU-MIMO (multi-usuário, entrada múltipla saída múltipla), que fornece multiplexação espacial para fluxos de dados de vários usuários. Em outras palavras, usuários de rede separados espacialmente podem acessar um canal ao mesmo tempo, e a direção do feixe é usada pelo roteador/ponto de acesso para enviar dados de volta ao usuário solicitante.
Note-se que o MU-MIMO é utilizado tanto na subida quanto na descida, o que significa que a taxa de dados máxima é aplicada em ambas as direções, desde que ambos os dispositivos sejam compatíveis com essa taxa de dados. Isso coloca pressão sobre os projetistas de antenas para construir antenas de arranjo em fase MIMO e selecionar os transceptores certos para suportar a formação de feixes. No aspecto da antena, escrevi sobre isso em outro artigo recente. A interface com a antena de arranjo em fase requer componentes para implementar o deslocamento de fase para cada emissor, seja com comutação analógica ou alterando digitalmente a fase do sinal emitido.
Justamente quando todos estão se acostumando com o Wifi 6, também foi lançado o Wifi 6E como uma extensão do padrão IEEE 802.11ax. A aprovação para lançamento de produtos Wifi 6E ainda estava pendente até o final de 2020, com a aprovação regulatória ainda sendo necessária para expandir o Wifi existente para a banda de 6 GHz. A FCC aprovou o primeiro dispositivo comercial Wifi 6E em dezembro de 2020, e a aliança Wifi agora possui um programa de certificação 6E para desenvolvedores. O Wifi 6E inclui um espectro extra de 1200 MHz além do limite superior do Wifi de 5 GHz, conforme mostrado no gráfico abaixo.
Esta extensão até frequências de ~7 GHz permitirá dispositivos tri-banda, ou seja, produtos que podem servir 3 bandas possíveis simultaneamente. Atualmente, existem apenas alguns chipsets que suportarão produtos tri-banda, que apresentarei abaixo.
Na tabela abaixo, resumi algumas das especificações de desempenho importantes para o Wifi em 2.4/5 GHz, e para o Wifi 6. Note que deixei de fora o Wifi 6E porque as especificações são basicamente as mesmas, o protocolo apenas opera em frequências mais altas, conforme mostrado no gráfico acima. Dessa tabela, podemos ver claramente que há muitos aspectos do Wifi 6 que o tornam mais atraente para os projetistas. Estes incluem a maior faixa de frequência em cada canal, o uso de 1024-QAM vs. 64- ou 256-QAM, e mais fluxos espaciais para atender um maior número de usuários.
Da tabela acima, deveríamos ser capazes de ver que o sistema só pode chegar até a taxa de dados máxima graças ao 1024-QAM em comparação com o Wifi 5 sob o padrão 802.11ac. No entanto, o grande diferencial do Wifi 6 é que a taxa de dados mais alta e o multiplexação espacial se estendem até 2.4 GHz, proporcionando uma grande melhoria em relação a outros Wifi de 2.4 GHz.
Quando uma nova geração de uma tecnologia clássica é lançada, todos se preocupam com a compatibilidade retroativa com gerações e produtos anteriores. O Wifi 6 não é diferente. No entanto, os padrões permitem compatibilidade retroativa entre Wifi 6/6E e 802.11a/b/g/n/ac. Obviamente, os dispositivos finais não experimentam o aumento da taxa de dados apenas porque um ponto de acesso foi atualizado para um produto Wifi 6, os dispositivos clientes também precisam ser compatíveis com Wifi 6 nesse caso.
Atualmente, há uma série de produtos de rede Wifi 6 como switches e roteadores no mercado, mas ainda estamos esperando para ver os produtos Wifi 6E se tornarem disponíveis. Alguns smartphones mais novos também são habilitados para Wifi 6 graças a novos SoCs de empresas como MediaTek e Broadcom.
Na próxima seção, vamos olhar para alguns componentes disponíveis para chipsets Wifi 6 e Wifi 6E. Apenas um pequeno número de fabricantes entrou nessa arena e desenvolveu portfólios de produtos para suportar Wifi 6, mas podemos esperar que mais fabricantes de componentes suportem o ecossistema Wifi 6/6E à medida que o tempo avança. Os componentes disponíveis visam uma gama de aplicações e indústrias, e eles podem fornecer multiplexação espacial de banda dupla ou tripla em altas taxas de dados.
A família QCS-AX da ON Semiconductor visa uma gama de aplicações comerciais e de consumo Wifi 6. A linha de produtos QCS-AX-Dx é um grupo de produtos integrados de banda base + transceptor que suportam diferentes níveis de multiplexação espacial e diferentes frequências. Esses componentes de banda base + transceptor fornecem fluxos espaciais 4x4 + 8x8, 5x5 + 2x2, e 5x5 + 4x4 em 2,4 GHz ou 5 GHz, respectivamente. Componentes de banda dupla também estão disponíveis. Alguns produtos finais alvo para esses componentes incluem pontos de acesso sem fio, repetidores de malha e extensores Wifi.
Esses dois SoCs controladores de ponto de acesso são soluções de acesso sem fio de banda dupla 4x4 (88W9064) e 8x8 (88W9068) para sistemas Wifi 6. O 88W9068 é destinado a dispositivos com grandes filas de tráfego e inclui recursos de gerenciamento no dispositivo para garantir alta taxa de transferência de dados. Este componente suporta taxas de dados de até 4,8 Gbps para outros dispositivos Wifi 6, e se conecta a um controlador host externo via PCIe Gen3.
O controlador SoC 88W9064 oferece uma taxa de dados mais baixa de 2,4 Gbps e fornece apenas multiplexação espacial 4x4. No entanto, este componente inclui Bluetooth 5 integrado para acesso doméstico e empresarial, tornando-o útil em pontos de acesso para produtos de rede inteligente em casas, varejo e escritórios. Como este componente é apenas um controlador, ele não seria usado para rede em dispositivos móveis, em vez disso, seria usado um SoC MCU dedicado. Um produto similar que visa o setor automotivo é o 88Q9098, que fornece Wi-Fi 6 2x2 + Bluetooth 5.1 para os usuários finais.
A suite de produtos Networking Pro da Qualcomm visa equipamentos de rede para LANs empresariais em edifícios de escritórios e grandes campi. Esses componentes suportam frequências Wifi 6/6E com alta contagem de fluxos espaciais em um pacote pequeno. Comparado aos outros componentes desta lista, esses SoCs são altamente integrados com um conjunto de recursos no chip otimizados para agendamento de uplink/downlink, segurança e alta contagem de usuários. Como exemplo, o componente Networking Pro 1610 suporta throughput sustentado para até 2000 usuários em um único ponto de acesso. Ele também se interfaceia com periféricos externos através de PCIe 3.0, PCIe 2.0, PTA Coex, I2S, I2C, Ethernet, SD/eMMC, SDIO, SPI, UART e USB 3.0 a 2,2 GHz.
Embora a suite Networking Pro vise principalmente produtos em rede, a Qualcomm também oferece produtos centrados em dispositivos móveis e automotivos dentro desta linha de produtos. Por exemplo, o componente QCA6696 suporta Wifi 6 e Bluetooth 5.2 para rede veicular e interveicular com MIMO 2x2+2x2. A suite FastConnect 6xxx suporta dispositivos móveis com um SoC integrado que suporta Wifi 6/6E e Bluetooth 5.2 com taxas de transferência de dados multi-gig por canal.
Hoje, os chipsets Wifi 6 estão se infiltrando no espaço de rede, e é apenas uma questão de tempo até que smartphones, eletrodomésticos, produtos inteligentes IoT e outros dispositivos adotem o mesmo padrão. Os chipsets Wifi 6E ainda são novos e levará algum tempo até que sejam adotados em mais produtos. No entanto, empresas inovadoras podem usar os conjuntos de componentes mostrados acima para entrar rapidamente no mercado com novos produtos. Eventualmente, veremos o mesmo tipo de integração de transceptor/PHY em processadores que vemos com outros protocolos de alta velocidade/alta frequência.
Além dos chipsets Wifi 6/6E mostrados acima, produtos sem fio mais avançados precisarão de uma gama de outros componentes. Os componentes mostrados acima são os principais componentes necessários para suportar as funções de rede em Wifi 6/6E; alguns outros componentes básicos para sistemas de rede sem fio incluem:
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