A relação entre o Wi-Fi 7 e o controle de frequência

O Wi-Fi precisa de uma faixa de frequências de rádio que os dispositivos possam acessar para se comunicar. Durante anos, o Wi-Fi usou as bandas de frequência de 2,4 GHz e 5 GHz, e os dispositivos discam em um canal com o mínimo de interferência.

O crescimento explosivo do número de dispositivos conectados está sobrecarregando a capacidade. Espera-se que 4,1 bilhões de dispositivos habilitados para Wi-Fi sejam comercializados somente em 2024, de acordo com a Wi-Fi Alliance. Quando milhões de dispositivos competem por um número limitado de pontos de acesso e canais dentro de bandas de frequência específicas, é inevitável que haja congestionamentos e conexões interrompidas. É hora de procurar outra banda, que é o que o Wi-Fi 7 oferece, juntamente com sua iteração anterior, o Wi-Fi 6E.

Com o Wi-Fi 7, os dispositivos também podem usar a banda de frequência de 6 GHz. Adicionar uma banda de espectro totalmente nova é como adicionar uma rodovia totalmente nova com faixas adicionais que podem absorver ainda mais tráfego. O que é especialmente interessante no Wi-Fi 7 é que ele também aumenta o tamanho do canal de 160 MHz para 320 MHz. Como resultado, o uso de 6 GHz adiciona mais faixas (canais) e torna cada uma delas mais ampla, o que significa que os dados de mais dispositivos fluem mais rapidamente. O resultado final é uma melhor taxa de transferência de dados, maior confiabilidade e latência reduzida.

Com taxas de dados superiores a 30 Gbps, o Wi-Fi 7 oferece cobertura de alta velocidade e baixa latência para uma ampla gama de aplicações, como AR, VR, streaming de vídeo de alta resolução e conectividade IoT.

O problema de mudar para a banda de 6 GHz é que outras entidades já a estão utilizando. Órgãos federais, como o Departamento de Defesa e a NASA, usam a banda para comunicações via satélite e talvez não gostem que os dispositivos Wi-Fi entrem em seu território. Usar a banda de 6 GHz e, ao mesmo tempo, deixar os usuários da banda de espectro estabelecida em paz exigirá uma tecnologia adicional conhecida como AFC (Coordenação Automatizada de Frequência).

Tecnologias complementares para Wi-Fi 7

Com o Wi-Fi 7, temos mais canais — e mais amplos — para acessar a conectividade. Uma série de tecnologias complementares permite que os usuários obtenham o máximo de taxa de transferência das bandas de espectro, tornando o uso de cada canal mais eficiente.

AFC

A AFC permite o uso de Wi-Fi sem infringir os usuários estabelecidos da banda de 6 GHz. Funciona inserindo as informações dos usuários existentes — incluindo a localização e a direção das antenas — e outros parâmetros em um banco de dados. Uma nova conexão Wi-Fi 7 verifica esse banco de dados para garantir que não esteja infringindo a mesma vizinhança do espectro e causando interferência.

Operações de múltiplos links (MLO)

MLO significa a capacidade de dividir um fluxo de dados em várias unidades e encaminhá-las simultaneamente por diferentes canais na mesma banda de frequência. A MLO no Wi-Fi 7 leva essa capacidade um passo adiante, permitindo que os dados sejam transmitidos por vários canais e bandas. Nesse caso, um único fluxo de dados pode ser roteado por 2,4 GHz, 5 GHz ou 6 GHz, dependendo da disponibilidade. Isso torna a transmissão de dados mais rápida e não está sujeita a atrasos se os canais estiverem prejudicados ou indisponíveis.

Modulação de amplitude em quadratura 4K (4K QAM)

A QAM permite o envio de muitas informações por meio da sobreposição de sinais de diferentes amplitudes e fases para obter mais do espectro. Como as ondas não se sobrepõem, a transmissão não é ruidosa. O 4K significa que mais de 4.000 sinais podem ser transmitidos ao mesmo tempo. O Wi-Fi 7 padroniza a tecnologia e diminui a latência ao aumentar a capacidade.

Além disso, o Wi-Fi 7 funciona com acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) com unidades de recursos múltiplos (MRUs), que divide os dados em pacotes menores para uma taxa de transferência mais rápida. As MRUs reduzem a latência de vários usuários em 25% e a MLO melhora a latência de um único usuário em 80%.

Controle de frequência para Wi-Fi

A tecnologia que habilita o Wi-Fi 7 é impressionante e depende de um controle rígido de frequência. O empacotamento de dados em canais, por mais eficiente que seja, precisará de precisão absoluta; caso contrário, os sinais poderão interferir uns nos outros e levar a um desempenho ruim.

Os novos padrões de Wi-Fi exigem rádios modernos tanto no dispositivo quanto nos pontos de acesso. Esses rádios altamente capacitados podem sintonizar simultaneamente várias bandas de frequência, contornar canais reservados, conforme descrito pela AFC, e preencher o espectro com informações densas usando 4K QAM. Eles dependem de componentes eletrônicos que possam operar com ruído de fase extremamente baixo e alta estabilidade para garantir a transmissão estável do sinal.

Manter o ruído de fase e o jitter o mais baixo possível é importante para manter a integridade dos dados e reduzir as taxas de erro. Não é suficiente ter uma frequência estável agora; os sinais não podem se dar ao luxo de atenuar com o tempo e a temperatura. A vibração, o choque e a degradação de longo prazo podem afetar o desempenho e precisam ser levados em conta durante a fase de projeto.

Componentes para controle de frequência

Cristais, osciladores e indutores de potência são essenciais para fornecer o controle de frequência de alta precisão de que os sistemas Wi-Fi precisam.

Os osciladores realizam todas as tarefas necessárias para a transferência de dados, incluindo a produção de um sinal estável, a garantia de que a temporização de todas as comunicações esteja sincronizada e a determinação da frequência portadora da qual se deseja operar. Frequentemente acoplados a osciladores, os cristais fazem a sintonia fina da saída gerada pelos osciladores, agindo como diapasões de sintonia para manter os sinais de frequência bem focados e precisos. Quando combinados com capacitores, os indutores formam circuitos LC, que permitem que os sistemas Wi-Fi se concentrem em bandas de frequência específicas e filtrem ruídos estranhos.

A ECS Inc. fabrica uma ampla variedade de cristais, osciladores e indutores necessários para sistemas Wi-Fi 7. Por exemplo, os cristais de montagem em superfície (SMD) da ECS são fornecidos em uma ampla seleção de tamanhos de invólucros e oferecem amplas faixas de temperatura de até +150°C.

A série ECX-1637B (Figura 1) é ideal para aplicações sem fio. São cristais SMD compactos em um invólucro de 4 pads de 2,0 mm x 1,6 mm x 0,45 mm. Eles oferecem pouco envelhecimento de ±1 ppm no primeiro ano e uma tolerância e estabilidade de ±10 ppm, disponíveis entre -30°C a +85°C.

Figura 1: Os cristais compactos de montagem em superfície (SMD) ECX-1637B de pouco envelhecimento têm uma ampla faixa de frequência de 16 MHz a 96 MHz e são adequados para aplicações sem fio. (Fonte da imagem: ECS)

A série ECX-2236B apresenta cristais de quartzo SMD com baixa ESR e pouco envelhecimento no primeiro ano de ±1 ppm, no máximo. A série ECS-33B oferece uma faixa de frequência de 10 MHz a 54 MHz e um envelhecimento no primeiro ano de ±1 ppm disponível na faixa de temperatura industrial padrão de -40°C a +85°C. Esses recursos são ideais para aplicações modernas de IoT, sem fio e Wi-Fi.

A ECS também vende uma linha de osciladores de cerâmica. A série ECS-2520MV é ideal para a faixa de 0,750 MHz a 160 MHz, enquanto a série ECS-2520SMV é mais adequada para 8 MHz a 60 MHz. Ambas as séries oferecem uma faixa de temperatura de -40°C a +105°C.

Figura 2: A série ECS-2520MV é composta por osciladores CMOS de alta velocidade SMD em miniatura, ideais para aplicações sem fio. (Fonte da imagem: ECS Inc.)

Por fim, a ECS oferece uma linha de indutores de potência que abrange uma ampla faixa de indutância e temperatura. As especificações variam de acordo com a série, seja a ECS-MP12520, a ECS-MP14040 ou a ECS-MPIL0530.

Figura 3: Os indutores de potência da ECS abrangem uma ampla faixa de indutância e temperatura e são componentes essenciais dos sistemas Wi-Fi. (Fonte da imagem: ECS Inc.)

Resumindo tudo

Para aproveitar todo o potencial do Wi-Fi 7, são necessários vários componentes. O oscilador ancora o circuito, criando uma frequência base que o cristal ajusta com precisão. O indutor de potência no circuito garante que nenhum sinal estranho prejudique a frequência necessária e suaviza as flutuações de tensão. Esse sistema de controle de frequência é combinado com elementos como antenas para transferência de sinais e microcontroladores para processamento de dados.

Conclusão

O Wi-Fi 7 promete ser um salto quântico na confiabilidade do meio, um salto que o controle de frequência robusto garante. Os componentes de hardware, como osciladores, cristais e indutores, são a base dos circuitos Wi-Fi avançados e são as frentes de batalha confiáveis para essa tecnologia de comunicação de longa data. Em longo prazo, o crescimento da automação industrial e da IA provavelmente aumentará as pressões sobre o Wi-Fi, e a tecnologia de comunicação evoluirá mais uma vez.