Co nowego w Wi-Fi 6?

W Wi-Fi 6 w porównaniu z Wi-Fi 5 zmieniono metodę modulacji z OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) na OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). OFDMA jest zasadniczo wersją OFDM dla wielu użytkowników, pozwalającą na zwiększenie pojemności punktów dostępowych. Istotą techniki OFDM jest podział strumienia danych o dużej przepływności na wiele wolniejszych strumieni, przesyłanych dalej równolegle z wykorzystaniem wielu nośnych. Zakłóceniom między podnośnymi zapobiega się dzięki temu, że są wzajemnie ortogonalne. W przypadku, gdy sygnał którejś z podnośnych zostanie zakłócony, jej dane można odzyskać, korzystając z metod korekcji błędów. Wśród zalet techniki OFDM wymienia się: ograniczenie zaników sygnałów, zmniejszenie wpływu zjawiska wielodrogowości, ograniczenie interferencji międzysymbolowych.

OFDMA w Wi-Fi 6

Obsługa wielu użytkowników w OFDM jest możliwa dzięki statycznym metodom wielodostępu, takim jak TDMA (Time Division Multiple Access) czy FDMA (Frequency Division Multiple Access). Nie są one jednak najwydajniejsze. Ominięcie tego ograniczenia było jednym z najważniejszych celów prac nad kolejną wersją specyfikacji Wi-Fi.

Udało się to zrealizować dzięki temu, że w OFDMA, inaczej niż w przypadku OFDM, jeden użytkownik nie korzysta jednocześnie ze wszystkich podnośnych. W zamian są one dzielone między wszystkich użytkowników. Dostęp do nich jest regulowany w ramach metody TDMA, FDMA albo obu technik jednocześnie. To pozwala punktom dostępowym na obsługiwanie wielu użytkowników poprzez zarządzanie jednostkami zasobów czasu i częstotliwości (Resource Units, RU). W tym celu przesyłają ramkę rozgłoszeniową z przydziałem jednostek RU dla poszczególnych użytkowników.

Takie podejście zwiększa wymagania pod względem precyzji synchronizacji. To z kolei przekłada się na większą złożoność nadajników, odbiorników i punktów dostępowych w Wi-Fi 6 w porównaniu do poprzedniej wersji tego standardu i większe wymagania odnośnie do parametrów ich komponentów, zwłaszcza układów taktujących. Ostatnie powinny charakteryzować się jak najniższym poziomem szumów fazowych, małym jitterem oraz długoterminową stabilnością częstotliwości.

DTPC, TWT

Kolejną ważną cechą sieci Wi-Fi 6 jest DTPC (Dynamic Transmit Power Control), czyli dynamiczna kontrola poziomu mocy nadawania. Celem jej implementacji jest zrównoważenie poziomów mocy użytkowników sieci. To z kolei ma zapobiec występowaniu interferencji międzysymbolowych i zniekształceniom spowodowanym przez konieczność przetwarzania przez odbiorniki wielu sygnałów w szerokim zakresie dynamicznym. Dzięki DTC urządzenia Wi-Fi 6 będą mogły zwiększać albo zmniejszać moc nadajnika stosownie do instrukcji z punktu dostępowego.

W zależności od tego, w jakim stopniu w urządzeniu dostępna jest funkcja dynamicznej kontroli poziomu mocy nadawania, dzieli się je na klasy. Przykładowo urządzenia, w których moc jest regulowana z dużą dokładnością (± 3 dB), są zaliczane do klasy A, natomiast te, w przypadku których rozrzut jest nieco większy (± 9 dB), do klasy B. Urządzenia niekompatybilne z Wi-Fi 6 oczywiście instrukcje dotyczące ograniczenia poziomu mocy będą ignorować.

Nowością w Wi-Fi 6 jest funkcja TWT (Target Wake Time). Dzięki niej punkty dostępowe mogą monitorować wymagania węzłów sieci i włączać lub wyłączać ich układy nadawczo-odbiorcze w zależności od potrzeb. Przykładowo, jeżeli jednym z urządzeń w zasięgu punktu dostępowego Wi-Fi 6 jest czujnik, w przypadku którego ciągła łączność z siecią nie jest wymagana, korzystając z opcji TWT, można go tylko okresowo aktywować. Dzięki temu poprawia się wydajność sieci, a jednocześnie wydłuża się żywotność baterii w urządzeniach przenośnych, z myślą o których funkcjonalność ta została w Wi-Fi6 wprowadzona.

MU-MIMO w Wi-Fi 6

Wi-Fi 6 opiera się na technologii MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output), z której korzysta się również w Wi-Fi 5, ale o rozszerzonych możliwościach. Jeśli bowiem chodzi o poprzednią wersję standardu Wi-Fi, to już w niej możliwa była obsługa maksymalnie czterech jednoczesnych przestrzennych strumieni danych. Transmisja większej ilości danych była jednak osiągalna tylko w łączu w dół.

Tymczasem w Wi-Fi 6 obsługiwanych może być aż osiem równoczesnych przestrzennych strumieni danych, bez opóźnień buforowania, zarówno w łączach w dół, jak i w górę. Dzięki temu większa niż w sieciach Wi-Fi 5 liczba użytkowników danego punktu dostępowego może jednocześnie korzystać z aplikacji wymagających transmisji dużej ilości danych, takich jak na przykład przesyłanie strumieni wideo.

1024 QAM

Chociaż wpływ technologii OFDMA i MU-MIMO na parametry transmisji w sieciach Wi-Fi 6 jest bezdyskusyjny, ważne są również zakres częstotliwości i szerokości kanałów. Oprócz tego, że sieci Wi-Fi kolejnej generacji będą dzielić pasmo 5 GHz (5,170–5,185 GHz) z sieciami Wi-Fi 5, wykorzystywać również będą pasmo 2,4 GHz (2,400–2,483 GHz). W rezultacie, dzięki możliwości obsługi czterech jednoczesnych przestrzennych strumieni danych w paśmie 2,4 GHz oraz ośmiu w zakresie 5 GHz, przy szerokościach kanałów 20, 40, 80 oraz 160 MHz, możliwości komunikacji w sieciach Wi-Fi 6 znacznie przewyższą te zapewniane w sieciach Wi-Fi 5.

Aby jak najefektywniej wykorzystać wszystkie rozwiązania poprawiające parametry transmisji, w sieciach Wi-Fi 6 wprowadza się kwadraturową modulację amplitudowo-fazową QAM w wersji 1024 QAM, w której na symbol przypada aż 10 bitów. Dzięki temu można oczekiwać zwiększenia przepustowości sieci o ponad 25%. Dla porównania standard Wi-Fi 5 opierał się na schemacie modulacji 256 QAM.

Monika Jaworowska