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WiFi 6E: Una nueva tecnología que sacude la industria wireless

Actualizado: jun 26

Por Mauricio Gonzalez Nappa


Recientemente la FCC (Federal Communications Commission), organismo regulador de Estados Unidos, aprobó el uso de 1200 MHz en la banda de 6 GHz para uso no licenciado. Esto representa un sacudón importante para la industria WiFi y posiblemente habilite también a otras tecnologías a utilizar esta porción del espectro. Cabe aclarar que si bien la FCC solo tiene competencia sobre la regulación en Estados Unidos, tiene una gran influencia a nivel internacional y en la toma de decisiones de muchos fabricantes. Esto se produce luego que en enero, la WiFi Alliance (compuesta por diferentes fabricantes) reconfirmara su intención de promover el uso de la banda de 6 GHz al definir una nueva denominación para aquellos dispositivos que soporten WiFi 6 en la banda de 6 GHz, bajo el nombre de WiFi 6E. Hasta el momento la FCC es el primer regulador en incorporar esta banda.

Para entender qué significa esto y por qué aparece como una noticia sorprendente para quienes seguimos de cerca la evolución tecnológica, haremos un breve repaso de algunos puntos técnicos de la tecnología WiFi en sus diferentes versiones.


Estándares, bandas y canales


La estandarización de WiFi está establecida en las diferentes normas IEEE 802.11. Las primeras normas, las 802.11b/g emplean la banda no licenciada de 2.4 GHz mientras que en los estándares más recientes hay una tendencia a trabajar en otras bandas con menor utilización y mayor disponibilidad espectral. La más conocida de ellas es la banda de 5 GHz.

La banda de 2.4 GHz, además de contar con poca disponibilidad de espectro, tiene una canalización bastante particular (para convivir con otras tecnologías como Bluetooth) que genera muchos problemas en la práctica. Esto es, que si bien existen 13 (o 14) canales en dicha banda, se pueden utilizar solamente 3 (o 4) canales sin solapamiento.



La práctica recomendada es utilizar solamente los canales 1, 6, 11 (y 14), pero si existe un sistema cercano con buen nivel de señal configurado en el canal 3, va a generar interferencia en sistemas configurados tanto en el canal 1 como en el canal 6.


Por su parte la banda de 5 GHz cuenta con una mayor disponibilidad de canales, que pueden variar según el país y permite una mayor agregación de canales de 20 MHz respecto a la banda de 2.4 GHz. En el siguiente cuadro se muestra la canalización.





Hay un movimiento claro, de los nuevos estándares a otras bandas con menor utilización que la de 2.4 GHz. El estándar 802.11n está pensado para ser implementado tanto en 2.4 GHz como en 5 GHz, mientras que en 802.11ac solamente está estandarizado para uso en la banda de 5 GHz.


El nuevo estándar 802.11ax, también conocido como WiFi 6, utiliza tanto la banda de 2.4 GHz como la banda de 5 GHz.

Se puede mencionar también el caso de 802.11ad que utiliza la banda de 60 GHz o el caso de 802.11ah en la banda ISM de 915 MHz (esta última banda sí bastante utilizada por otras tecnologías).

En el siguiente cuadro se puede ver claramente la disponibilidad de espectro para diferentes estándares medidos en MHz. Salta a la vista la gran ventaja de la banda de 5 GHz respecto a la de 2.4 GHz en cuanto a cantidad de canales. Por supuesto que las condiciones de propagación de bandas más altas son más limitadas, pero para planificación en capacidad la banda de 5 GHz siempre resulta una buena elección.


¿Qué aportes hace WiFi 6?


Antes de llegar a WiFi 6E, hablemos brevemente de WiFi 6. Cabe aclarar que recientemente la WiFi Alliance comenzó a llamarle WiFi 6 al estándar 802.11ax, WiFi 5 a 802.11ac y WiFi 4 a 802.11n con el objetivo de facilitar al usuario a identificar las distintas generaciones. Este cambio es relativamente reciente y de a poco los productos comerciales comienzan a estar identificados siguiendo esta nomenclatura.


WiFi 6 toma muchos principios de 802.11ac e incorpora algunos cambios sustanciales respecto a este. A continuación, describimos brevemente las principales características novedosas de WiFi 6:


Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA): En estándares anteriores el esquema de modulación y forma de onda utilizado es OFDM, mientras que el esquema de acceso al medio sigue el mecanismo de CSMA/CA que sensa el medio y en caso de estar ocupado espera un tiempo aleatorio dentro de un rango que va creciendo en la medida que el canal sigue ocupado. Este mecanismo de “backoff” tiene algunos inconvenientes cuando se requieren aplicaciones de baja latencia y es uno de los principales responsables de que WiFi no escale en cantidad de usuarios conectados simultáneamente (número de asociaciones de un Access Point). Por ello, en el nuevo estándar WiFi 6 se introduce OFDMA como forma de coordinar el acceso al medio dividiendo los recursos de tiempo y frecuencia y asignando a diferentes usuarios los diferentes recursos mejorando así la latencia tanto en uplink como downlink, logrando una mayor eficiencia y desempeño en entornos de alta densidad.


Multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO): mediante el uso de esta técnica es posible enviar datos a diferentes usuarios al mismo tiempo y en el mismo recurso de frecuencia mediante lo que se conoce como multiplexación espacial en la medida que el SNR (Signal Noise Ratio) sea alto y exista baja correlación entre los datos. Un paso más para lograr un throughput mayor mejorando significativamente la eficiencia espectral.


Canales de 160 MHz: aumentar el ancho de canal para poder aumentar el ancho de banda y lograr bajas latencias. Este ancho de canal será usado solamente en caso de buenos niveles de SNR.


Target wake time (TWT): esta funcionalidad permite al AP y dispositivos asociados coordinar cuándo y con qué frecuencia se comunicarán y está pensada principalmente para dispositivos del segmento IoT en las que se requiere un muy bajo consumo. Al mismo tiempo el AP tiene conocimiento de en qué momento dicho dispositivo requerirá recursos por lo que facilita la tarea de asignación de recursos a nivel de acceso al medio mejorando la eficiencia espectral.


1024-QAM: en busca de una mayor eficiencia espectral se introducen un nivel de modulación superior, que lógicamente, podrá ser utilizado en la medida que el nivel de SNR lo permita.


Transmit beamforming: mediante esta técnica es posible concentrar la radiación de potencia hacia el punto objetivo (el usuario), logrando así que le llegue mayor intensidad de señal al usuario dado un presupuesto de potencia en el transmisor y al mismo tiempo evitando interferencias a otros usuarios lo que mejora notoriamente el SNR del sistema.


Entonces, ¿qué es WiFi 6E?


WiFi 6E no es otra cosa que la implementación del estándar WiFi 6 (802.11ax) sobre la banda de 6 GHz. Quienes venimos siguiendo la evolución de los estándares vemos con sorpresa la introducción de la banda de 6 GHz dado que, hasta el momento, las bandas predominantes para estándares de la familia WiFi eran 2.4 GHz, 5 GHz y en mucho menor medida 60G Hz o 915 MHz. La banda de 5 GHz llega hasta los 5.925 GHz. Con WiFi 6E se extiende unos 1200 MHz más, es decir hasta los 7.125 GHz, lo que agrega unos 14 canales de 80 MHz o 7 canales de 160 MHz. Dada la frecuencia un poco más alta, es de esperar que el alcance sea de un 10 a 20% menor comparado con los canales de 5 GHz.





¿Qué hay hoy en la banda de 6GHz?


Muchos operadores utilizan diferentes bandas (establecidas por la ITU) para realizar enlaces punto a punto de microondas. Es justamente la banda de 6 GHz una de las utilizadas con este fin según se establece en la recomendaciones F.383-9 y F.384. De hecho, es una de las más bajas y por lo tanto con menor atenuación. En esta porción del espectro se encuentran también en muchos países enlaces satelitales (Fixed-satellite service), en la conocida como banda C. De avanzar el mercado WiFi hacia este rumbo (nada indica lo contrario), entonces los radioenlaces en 6 GHz tendrán que convivir con WiFi 6E y otros estándares que puedan surgir en la banda no licenciada de 6 GHz.


¿Qué pasa con los fabricantes?


Ya existen muchos productos que soporten WiFi 6 desde hace un tiempo. Sin embargo, el desarrollo de WiFi 6E está en fase mucho más temprana, lo cual es lógico porque hasta el momento no había un mercado claro. Con la resolución de la FCC, y quizá próximamente la regulación europea, es de esperar que el desarrollo avance en este sentido. Broadcom, uno de los principales fabricantes de chipsets de Estados Unidos junto con Qualcomm, anunció en febrero, el que sería el primer chipset que soporta WiFi 6E. Se trata del BCM4389 que además de contar con soporte en la banda 6 GHz, también soporta en 2.4 GHz y 5 GHz. Hasta el momento, es el único chipset que soporta WiFi 6E y no existen dispositivos de usuario (AP, smartphones) que lo soporten.

Conclusiones


La familia de estándares WiFi se ha convertido en uno de los principales puntos de conexión a internet de los usuarios junto con las redes móviles. La búsqueda de mayor velocidad y menor latencia trae consigo implementaciones que mejoran el procesamiento de la señal, incrementando la eficiencia espectral e inevitablemente, al mismo tiempo tienen la necesidad de mayor cantidad de espectro. Este espectro se encuentra con mayor facilidad en las bandas más altas, que hoy tienen otro uso y que además tienen menor cobertura. Esto acompaña la tendencia de una planificación en capacidad y con puntos de acceso con una cobertura más reducida. WiFi 6 incluye muchas novedades a nivel técnico, algunas de las cuales ya están presentes en las redes móviles. WiFi 6E por su parte, promete ser una alternativa interesante para aplicar esta tecnología en una región del espectro con mayor cantidad de canales. Habrá que esperar hasta que el mercado, tanto de AP como de dispositivos móviles, se desarrolle y soporte esta nueva banda.


Fuentes:

https://www.fiercewireless.com/regulatory/fcc-votes-to-make-1-200-mhz-at-6-ghz-available-for-unlicensed

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

http://mcsindex.com/

https://www.semfionetworks.com/blog/mcs-table-updated-with-80211ax-data-rates

https://www.broadcom.com/company/news/product-releases/52926



Mauricio González Nappa es Product Line Specialist Telcos en ISBEL y docente Grado 2 en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República (UdelaR) de los cursos de Antenas y Propagación y de Multimedia sobre IP. Es Ingeniero Electricista (Telecomunicaciones) por la UdelaR, y tiene una Maestría en Redes Móviles y Telecomunicaciones por la Universidad Politécnica de Valencia, España.


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