As novas funções introduzidas pelo Wi-Fi 7 melhorarão significativamente a taxa de transmissão de dados e proporcionarão menor latência. Esses destaques contribuirão para o desenvolvimento de aplicações emergentes!
Você sabe quais são as diferenças entre Wi-Fi 7 e Wi-Fi 6? Basicamente, WiFi 7 é um lançamento de próximo padrão WiFi da Wi-Fi Alliance, também conhecido como IEEE 802.11be. Ele oferece uma taxa muito mais alta e uma latência menor do que a do Wi-Fi 6. A primeira parte define a taxa de transmissão de 23,06 Gbps do Wi-Fi 7 e explica como essa taxa é calculada. Além disso, o artigo aborda os cinco fatores principais que afetam a taxa de Wi-Fi 7 e as três tecnologias principais que melhoram esta taxa.
A largura de banda sem fio exigida pela próxima geração de aplicações de realidade virtual oferecida e realidade aumentada ou VR/AR de 360 graus, de acordo com a Wi-Fi Alliance, dispararia para 200 Mbps, e “Uma pesquisa com 2.000 jogadores revelou que 97% tiveram problemas de latência comuns em suas sessões de jogo”. Em muitas aplicações, a demanda a ser atendida pelas redes sem fio de próxima geração (5G ou Wi-Fi 6, por exemplo) é mais taxa de transmissão e muito menos latência .
Quatro anos depois de lançar o padrão IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) em 2019, a Wi-Fi Alliance está prestes a lançar o padrão IEEE 802.11be de próxima geração, conhecido como Wi-Fi 7.
Espera-se que o novo padrão IEEE 802.11be alcance uma impressionante taxa de transferência de pelo menos 30 Gbps, visando aprimorar não apenas a velocidade de transmissão de dados, mas também a redução da latência e do jitter em cenários desafiadores. Essas metas ambiciosas foram cuidadosamente estabelecidas para impulsionar a eficiência da comunicação sem fio.
Este artigo será dividido em duas partes, cada uma explorando as tecnologias essenciais por trás do Wi-Fi 7. A primeira seção se concentrará principalmente nos avanços técnicos destinados a otimizar a taxa de transferência de dados.
Conceitos básicos de Wi-Fi7
No universo do Wi-Fi 7, é fundamental compreender os conceitos básicos que regem sua operação. A comunicação sem fio se baseia no uso de ondas eletromagnéticas como meio de transmissão. Essas ondas são categorizadas em três bandas de frequência principais: 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz.
Cada uma dessas bandas é subdividida em canais menores, permitindo uma distribuição eficiente do espectro. Por exemplo, a faixa de 2,4 GHz abrange de 2,401 GHz a 2,483 GHz e é segmentada em 13 canais distintos. É relevante observar que, embora existam 14 canais nessa faixa, a maioria dos países disponibiliza apenas os primeiros 13 canais para uso.
Figura 2 – Frequência da banda 2.4GHz | Imagem: Medium
Vamos tornar mais acessível o entendimento dos conceitos relacionados à largura de banda e à comunicação Wi-Fi:
A largura de banda do canal, também chamada de largura de frequência, representa a diferença entre as frequências máxima e mínima de um canal, indicando a extensão de frequência abrangida por esse canal específico.
Na faixa de 2,4 GHz, cada canal tem uma largura de banda de 22 MHz, embora seja comum mencionar uma largura de banda de canal de 20 MHz. Isso se deve ao fato de que 2 MHz são reservados como banda de guarda para separar canais vizinhos, sem serem utilizados para a transmissão de dados.
Os canais são subdivididos em subportadoras, conhecidas como tons. Por exemplo, um canal de 20 MHz é dividido em 256 tons, com um espaçamento de 78,125 KHz. Desses tons, alguns são designados para transmitir quadros de gerenciamento, deixando 234 tons como subportadoras válidas para a transmissão de dados. Cada tom representa a menor unidade no domínio da frequência na comunicação sem fio.
Um símbolo, por sua vez, é a unidade de transmissão no domínio do tempo para a comunicação sem fio.
Por fim, a taxa de transmissão refere-se à quantidade de informações transferidas entre o ponto de acesso (AP) e a estação (STA) por unidade de tempo, geralmente medida em bits por segundo (bps).
Principais tecnologias do Wi-Fi 7 para aumento de taxa
2.1 Esquema de codificação: Modulação de amplitude em quadratura 4096 (QAM)
O esquema de codificação é a tecnologia que utiliza diferentes combinações de amplitudes, fases ou frequências de ondas de rádio para representar dados. Ele determina quantos bits podem ser transmitidos em um único símbolo.
No Wi-Fi 6, a modulação mais avançada suportada é 1024-QAM, permitindo que cada símbolo transporte até 10 bits. Já no Wi-Fi 7, essa capacidade é ampliada com o uso de 4096-QAM, possibilitando que cada símbolo carregue 12 bits. Isso significa que o Wi-Fi 7 tem uma capacidade de codificação 1,2 vezes maior que a do Wi-Fi 6, resultando em uma densidade de informações ainda maior.
Exemplificando:
Imagine que a comunicação Wi-Fi seja como um serviço de entrega expressa, onde as mercadorias são transportadas em vans entre os pontos de acesso (APs) e as estações (STAs). Os canais e tons são como pistas de diferentes larguras, enquanto um símbolo representa uma van e os dados são as mercadorias a serem entregues.
No Wi-Fi 6, cada van pode transportar dados equivalentes a 10 bits, mas no Wi-Fi 7, essa capacidade aumenta para 12 bits por van. Isso significa que a quantidade de informações por van no Wi-Fi 7 é 1,2 vezes maior do que no Wi-Fi 6, permitindo uma entrega mais eficiente e rápida das mercadorias (dados) entre os pontos de acesso e as estações.
2.2 Taxa de codificação: 5/6
Durante a transmissão de dados, nem todos os 12 bits de um símbolo são utilizados exclusivamente para transmitir informações. Alguns desses bits são reservados para correção de erros, garantindo a precisão da comunicação. A taxa de codificação representa a relação entre os dados efetivamente transmitidos e o valor teórico, sem considerar os bits destinados à correção de erros.
Tanto no Wi-Fi 6 com 1024-QAM quanto no Wi-Fi 7 com 4096-QAM, a taxa de codificação máxima permanece em 5/6. Isso significa que, em termos de taxa de codificação, não há melhorias significativas no Wi-Fi 7 em relação ao Wi-Fi 6.
Exemplificando:
Para tornar mais simples a comparação da taxa de codificação entre o Wi-Fi 7 e o Wi-Fi 6, imagine que a van de entrega não pode ser sobrecarregada com mercadorias, deixando espaço para o gerenciamento adequado. Em ambos os casos, tanto no Wi-Fi 7 quanto no Wi-Fi 6, a taxa de codificação é a mesma, mantendo-se em 5/6.
2.3 Largura de banda máxima do canal: 320MHz
Em alguns países, o Wi-Fi 6 oferece suporte a duas bandas de frequência: 2,4 GHz e 5 GHz. A banda de 5 GHz pode ser dividida nas bandas de 5,2 GHz (baixa frequência) e 5,8 GHz (alta frequência).
Na transmissão sem fio, a largura de banda básica do canal é de 20 MHz. A banda de 2,4 GHz suporta três canais não sobrepostos de 20 MHz (veja a Figura 2), enquanto a banda de 5,2 GHz suporta oito canais não sobrepostos e a banda de 5,8 GHz suporta cinco canais não sobrepostos. No total, o Wi-Fi 6 suporta 16 canais não sobrepostos de 20 MHz.
Para melhorar a taxa de transmissão, uma abordagem direta é aumentar a largura de banda do canal. A tecnologia de ligação de canais permite a combinação de vários canais contíguos em um canal de maior largura de banda.
Através da tecnologia de ligação de canais, dois canais de 20 MHz podem ser unidos em um canal de 40 MHz, enquanto dois canais de 40 MHz podem ser combinados em um canal de 80 MHz. No Wi-Fi 6, dois canais contíguos de 80 MHz podem ser unidos em um único canal de 160 MHz, alcançando a capacidade máxima de ligação.
No Wi-Fi 7, a banda de 6 GHz está disponível, proporcionando um grande número de canais contíguos com menor interferência e maior qualidade de canal. Isto é adequado para ligação de canais. O Wi-Fi 7 permite que dois canais de 160 MHz sejam unidos em um único canal de 320 MHz.
Um canal de 20 MHz contém 234 subportadoras válidas (consulte Conceitos Básicos de Wi-Fi 7). Um canal de 160 MHz contém 1.960 subportadoras válidas, enquanto um canal de 320 MHz contém 3.920 subportadoras válidas.
Número válido de subportadoras
Para alcançar a máxima velocidade do Wi-Fi, é essencial transmitir dados no canal máximo disponível. No Wi-Fi 6, é possível enviar até 1.960 subportadoras válidas em uma única transmissão. Já no Wi-Fi 7, essa capacidade é ampliada, permitindo a transmissão de até 3.920 subportadoras válidas em uma única instância. Isso significa que o Wi-Fi 7 dobra o número de subportadoras válidas por transmissão em comparação com o Wi-Fi 6, possibilitando um desempenho ainda mais rápido e eficiente.
Examinando:
Vamos imaginar que os canais de 160 MHz e 320 MHz representam duas rodovias. O Wi-Fi 6 permite que até 1.960 vans circulem lado a lado simultaneamente na rodovia de 160 MHz, enquanto o Wi-Fi 7 permite que um máximo de 3.920 vans circulem simultaneamente na rodovia de 320 MHz.
2.4 Tempo de transmissão do símbolo: 13,6 μs
Além dos aspectos relacionados ao espaço (domínio de frequência) discutidos anteriormente, a transmissão de ondas também envolve uma perspectiva temporal conhecida como domínio do tempo.
No domínio do tempo, um símbolo representa a unidade de transmissão. Para evitar interferências entre símbolos adjacentes durante a transmissão, é estabelecido um intervalo de guarda (GI) entre eles, medido em microssegundos (μs). Lembrando que 1 segundo equivale a 1.000.000 microssegundos (μs).
O tempo total de transmissão de um símbolo é calculado somando o tempo de transmissão de um único símbolo ao intervalo de guarda (GI).
Tanto no Wi-Fi 6 quanto no Wi-Fi 7, o tempo de transmissão de um único símbolo permanece constante em 12,8 μs. Quando o GI é definido como 0,8 μs, o cálculo mostra que 73.529 símbolos podem ser transmitidos por segundo.
Dessa forma, é importante destacar que o Wi-Fi 7 mantém a mesma capacidade de transmissão de símbolos que o Wi-Fi 6, garantindo uma eficiência semelhante na comunicação no domínio do tempo.
Exemplificando:
Tomemos como exemplo as vans. Cada linha de vans está ativa dentro de um símbolo. Em um canal vinculado de 320 MHz do Wi-Fi 7, há 3.920 vans que podem circular lado a lado, uma em cada fileira, e um total de 73.529 fileiras que podem ser ativas em um segundo.
2.5 Número de fluxos espaciais: 8×8 MIMO
Em ambas tecnologias Wi-Fi 6 e Wi-Fi 7, a tecnologia MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) desempenha um papel crucial. Essa tecnologia utiliza várias antenas para transmitir e receber simultaneamente múltiplos fluxos de dados entre o ponto de acesso (AP) e a estação (STA), resultando em um aumento na taxa de transmissão sem fio. Cada fluxo de dados independente é conhecido como fluxo espacial e é transmitido e recebido por meio de antenas distintas.
No Wi-Fi 6, a capacidade de suportar até oito fluxos espaciais permite que um AP se comunique simultaneamente com oito receptores externos, os quais não precisam ser necessariamente oito STAs individuais. Esses receptores podem representar, por exemplo, oito terminais receptores de três STAs. Com oito fluxos espaciais, os dados são transmitidos de forma simultânea em oito instâncias.
Embora haja uma crença difundida na indústria e em discussões online de que o Wi-Fi 7 aumenta o número de fluxos espaciais de 8 para 16, o último Rascunho 3.1 do padrão IEEE 802.11, lançado pelo Grupo de Trabalho Wi-Fi 7 da Wi-Fi Alliance em 2023, confirma que o Wi-Fi 7 mantém o suporte para até oito fluxos espaciais. Portanto, o número de fluxos espaciais permanece inalterado em comparação com o Wi-Fi 6.
Exemplificando:
Assim como as faixas de uma rodovia, um fluxo espacial no contexto do Wi-Fi pode ser comparado a uma faixa de tráfego que vai do ponto de acesso (AP) para a estação (STA). Com o Wi-Fi 7 oferecendo oito fluxos espaciais, isso equivale a ter oito faixas disponíveis, permitindo que mais “vans” (dados) sejam transportadas com eficiência. Nesse cenário, temos um AP e uma ou mais STAs se comunicando.
Para determinar a capacidade máxima de transmissão de dados de um AP compatível com o padrão IEEE 802.11be, é necessário considerar diversos fatores, como a largura de banda do canal, a taxa de codificação, o número de fluxos espaciais e outros parâmetros específicos do padrão. Esses elementos em conjunto determinam a capacidade total de transmissão de dados que o AP pode suportar, garantindo uma comunicação eficaz e de alto desempenho no ambiente Wi-Fi.
2.6 Fórmula de cálculo da taxa Wi-Fi 7
A taxa de transmissão do Wi-Fi 7 é determinada por vários fatores, incluindo o esquema de codificação, a taxa de codificação, o número de subportadoras válidas no canal máximo, o tempo de símbolo e intervalo de guarda, e o número de fluxos espaciais. Ao calcular esses elementos, a taxa de transmissão teórica do Wi-Fi 7 pode chegar a 23,06 Gbps.
Taxa = Esquema de codificação x Taxa de codificação x Número de subportadoras válidas no canal máximo x 1/(Símbolo + GI) x Número de fluxos espaciais
= 12×5/6x3920x73529x8
= 23,06Gbps
Portanto, a taxa de pico teórica do Wi-Fi 7 é significativamente maior do que a do Wi-Fi 6, atingindo 2,4 vezes mais velocidade, com uma taxa de pico teórica de 9,6 Gbps. Com base em tecnologias avançadas, o Wi-Fi 7 oferece uma taxa de transmissão de dados substancialmente mais alta, proporcionando uma experiência de conectividade mais rápida e eficiente.
Tabela – WiFi6 vs WiFi7
Principais recursos técnicos do Wi-Fi 7:
Embora o Wi-Fi 7 apresente uma variedade de recursos técnicos essenciais, este artigo se concentrará em três deles devido ao espaço limitado: MLO, Preamble Puncturing e MRU.
Inicialmente, nos primeiros rascunhos dos padrões técnicos do Wi-Fi 7, havia um recurso chamado tecnologia de coordenação Multi-AP. No entanto, essa funcionalidade foi retirada na última revisão do Wi-Fi 7, com planos para sua implementação no Wi-Fi 8. Portanto, este artigo não abordará a tecnologia de coordenação Multi-AP.
3.1 Operação Multi-Link (MLO)
A Operação Multi-Link (MLO) possibilita a agregação multilink entre uma única estação (STA) e um único ponto de acesso (AP) que possui diversos chips de rádio, abrangendo as faixas de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz. MLO é uma tecnologia de camada MAC que permite a agregação de vários links em diferentes bandas de frequência em um único link virtual.
No mundo da conectividade Wi-Fi, existem dois modos distintos de operação que desempenham papéis essenciais: o modo de transmissão e recepção simultânea (STR) e o modo de transmissão e recepção não simultânea (NSTR).
Modo de Transmissão e Recebimento Simultâneo (STR) – Modo Assíncrono:
No modo STR, também conhecido como modo assíncrono, os dados podem ser transmitidos e recebidos de forma independente por meio de múltiplos links entre um ponto de acesso (AP) e uma estação (STA). Isso possibilita a transmissão e recepção simultâneas, onde um link pode estar recebendo dados enquanto outro está transmitindo. Para evitar interferências entre os links, é fundamental garantir que operem em bandas de frequência não adjacentes, como 2,4 GHz e 5 GHz, ou mantendo uma distância física entre os chips de rádio.
Modo de Transmissão e Recebimento Não Simultâneo (NSTR) – Modo Síncrono:
Por outro lado, no modo NSTR, ou modo síncrono, os dados são transmitidos ou recebidos em vários links, porém não simultaneamente. Neste caso, as operações de transmissão e recepção não ocorrem ao mesmo tempo para evitar interferências entre os links.
Multi-Link Operation (MLO):
A tecnologia MLO permite a criação de múltiplos links entre um AP e uma STA em diferentes bandas de frequência, melhorando significativamente a taxa de transmissão do AP e reduzindo a latência. Testes realizados pela Ruijie Networks demonstraram que seus APs Wi-Fi 7 com MLO conseguiram estabelecer dois links nas faixas de 5 GHz e 6 GHz, reduzindo a latência média de 84 ms no Wi-Fi 6 para apenas 6 ms. Essa redução na latência aproxima a experiência sem fio do nível encontrado em redes com fio, especialmente quando a latência fica abaixo de 10 ms.
Semelhanças e Diferenças entre MLO e MU-MIMO:
Semelhanças:
Tanto o MLO (Multi-Link Operation) quanto o MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) permitem a criação de múltiplos links de comunicação entre um ponto de acesso (AP) e uma estação (STA), viabilizando operações simultâneas de recebimento e transmissão de dados.
Diferenças:
- MU-MIMO: Limitado ao mesmo chip de rádio de um AP, o MU-MIMO possibilita a transmissão de múltiplos fluxos espaciais, o que significa que vários enlaces de comunicação podem ser estabelecidos simultaneamente entre um único rádio de um AP e uma ou várias STAs.
- MLO: Por outro lado, o MLO permite o estabelecimento de links de comunicação simultâneos entre múltiplos rádios de um AP e uma mesma STA, possibilitando uma comunicação eficiente e otimizada em diferentes bandas de frequência.
Examinando:
Uma analogia pode ser feita com meios de transporte: ferrovias, rodovias e vias aéreas. O MLO permite a comunicação simultânea através de todos os três meios entre um AP e uma STA. Porém, o MU-MIMO concentra-se em um único meio, como rodovias, onde existem oito faixas disponíveis para comunicação.
O conceito de alocação de Recursos de Usuário (RU) no Wi-Fi é fundamental para a eficiência e desempenho das redes sem fio. No Wi-Fi 6, cada usuário é designado a uma única RU durante a transmissão. No entanto, com a introdução do conceito de Múltiplas RUs (MRU) no Wi-Fi 7, é possível atribuir várias RUs a um único usuário durante a transmissão, otimizando a utilização do espectro e melhorando a taxa de transferência, além de reduzir a latência.
Papel do MRU:
No Wi-Fi 7, o MRU desempenha um papel crucial ao permitir a alocação de diferentes combinações de RUs para usuários individuais. Isso significa que um usuário pode receber uma combinação de RUs de tamanhos variados, como uma RU de 106 tons e uma RU de 26 tons, enquanto outros usuários podem receber RUs de tamanhos diferentes. Essa flexibilidade na alocação de RUs maximiza a eficiência do canal de transmissão, melhorando a utilização dos recursos disponíveis e, consequentemente, aprimorando a experiência de conectividade.
Punção de Preâmbulo:
A punção de preâmbulo, também conhecida como punção, é uma tecnologia que evoluiu de opcional para obrigatória no padrão Wi-Fi 7. Essa técnica é essencial para aumentar a taxa de transmissão ao combinar vários canais de 20 MHz em canais maiores, como unir oito canais adjacentes de 20 MHz em um canal de 160 MHz. A ligação de canais envolve a categorização de canais em primários e secundários, permitindo a formação de canais maiores para suportar maiores taxas de transferência de dados. Essa evolução na tecnologia de punção é um avanço significativo no Wi-Fi 7 para melhorar a eficiência e desempenho das redes sem fio.
No mundo da tecnologia Wi-Fi, a evolução é constante e o Wi-Fi 7 traz consigo inovações significativas para melhorar a eficiência e desempenho das redes sem fio. Uma dessas inovações é o mecanismo de perfuração de preâmbulo, introduzido para resolver desafios relacionados à ligação de canais e interferências.
Mecanismo de Perfuração de Preâmbulo:
No Wi-Fi 7, a perfuração de preâmbulo é uma técnica essencial que visa otimizar a utilização do espectro e melhorar a taxa de transmissão real, ao mesmo tempo que reduz a latência. Quando ocorre interferência em um canal secundário de 20 MHz, a perfuração é utilizada para bloquear esse canal, permitindo que os canais restantes de 140 MHz sejam vinculados para a transmissão de dados. Isso significa que, mesmo operando em um modo de ligação de canal de 160 MHz, o canal secundário afetado é efetivamente colocado em um estado nulo durante a transmissão real. Essa abordagem aumenta significativamente a eficiência do canal em até 600% em comparação com métodos convencionais de ligação de canal.
Aplicações do Wi-Fi 7:
A Wi-Fi Alliance identificou diversos cenários de aplicação para o Wi-Fi 7, abrangendo áreas como Realidade Aumentada (AR), Realidade Virtual (VR), Realidade Estendida (XR), distribuição de vídeo em residências, jogos, telemedicina, ambientes empresariais, treinamento virtual, educação e setor hoteleiro. Esses cenários destacam a versatilidade e potencial do Wi-Fi 7 para atender às demandas crescentes por conectividade rápida e confiável em diversas áreas da vida cotidiana e profissional.
Se você está interessado na tecnologia Wi-Fi 7 e deseja explorar mais sobre seus recursos técnicos, aplicações práticas e impacto no mercado, sinta-se à vontade para participar de discussões, compartilhar ideias e interagir com outros entusiastas neste emocionante avanço tecnológico.
Resumo:
Wi-Fi 7 vs. Wi-Fi 6: Aqui está o que você precisa saber (Parte 1) explora o conceito do Wi-Fi 7 e analisa as tecnologias por trás do aumento da taxa de transmissão. A expectativa é que a taxa de pico teórica do Wi-Fi 7 seja até 2,4 vezes superior à do Wi-Fi 6. Esse avanço é resultado das melhorias no esquema de codificação, no número de subportadoras válidas no canal máximo e no número de fluxos espaciais. A segunda parte do artigo abordará outros recursos essenciais do Wi-Fi 7, aprofundando ainda mais a comparação entre as duas gerações de tecnologia Wi-Fi.
No momento, não há uma necessidade urgente de atualizar para o Wi-Fi 7. A transição para o Wi-Fi 7 implica mudanças significativas, como a substituição de vários roteadores Wi-Fi 7 simultaneamente e a necessidade de interconexão com fio. Além disso, a proliferação do Wi-Fi 7 levará tempo e a sua eficácia real precisa ser verificada em aplicações do mundo real. Considerando o tempo típico desde a introdução de uma nova tecnologia até sua ampla disponibilidade, pode levar de 2 a 3 anos até que os produtos Wi-Fi 7 estejam amplamente disponíveis e maduros o suficiente para uma atualização significativa. Portanto, no momento, é aconselhável aguardar e avaliar a evolução do Wi-Fi 7 antes de considerar a atualização do roteador.
Se você está procurando mais informações técnicas, não procure mais do que a Hackone Associados. Com nossa ampla gama de soluções de ponta, estamos preparados para enfrentar os desafios mais complexos em segurança digital e ajudá-lo a alcançar o sucesso em um mundo cada vez mais digitalizado. Junte-se a nós e descubra como podemos transformar sua visão em realidade, enquanto navegamos juntos em direção a um futuro de sucesso.
