En esta serie analizaremos a detalle la evolución del estándar IEEE 802.11 y su versión más reciente: Wi-Fi 6 (802.11ax). Comenzaremos con un resumen de alto nivel de varios de sus componentes y después revisaremos los pormenores de cada uno. Los temas específicos incluyen OFDMA, OFDM vs. OFDMA, OFDMA vs MU-MIMO, Long OFDM Signal, 1024-QAM, BSS Coloring y Target Wake Time (TWT). Exploraremos también las actividades comerciales del IEEE y la WFA, junto con múltiples casos de uso de Wi-Fi 6.
2.4 GHz y 5 GHz
Antes de entrar en materia, primero demos un pequeño paseo por la historia. 802.11 ha evolucionado constantemente a lo largo de los últimos 20 años, al tiempo que los ingenieros de la industria han estado trabajando en el estándar desde principios de los 90s. La primera iteración se publicó en 1997 y 20 años más tarde, Wi-Fi 6 (802.11ax) está por ser ratificado, en tanto los productos Wi-Fi 6 ya se están fabricando, vendiendo y distribuyendo. La primera versión de 802.11 soportaba solamente 2.4 GHz, aunque posteriormente se añadió a Wi-Fi 4 (802.11n) el soporte para la banda de 5 GHz. Tal vez no nos sorprenda que Wi-Fi 5 (802.11ac) sólo soportara la banda de 5 GHz. La idea detrás de esta decisión fue alentar a la gente a cambiar a 5 GHz porque era una frecuencia mucho más limpia.
Sin embargo, Wi-Fi 6 (802.11ax) soporta 2.4 GHz y 5 GHz. Esto se debe principalmente a la proliferación de los dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) de 2.4 GHz que están entrando actualmente al mercado. Además, la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) está preparando la apertura del espectro no concesionado de 6 GHz para Wi-Fi 6 (802.11ax). A pesar de la canalización, el estándar IEEE 802.11 comenzó con 20 MHz y posteriormente se amplió a 40 MHz para Wi-Fi 4 (802.11n) y hasta 160 MHz para Wi-Fi 5 (802.11ac) así como (802.11ax). Actualmente no vemos muchas aplicaciones de 160 MHz, aunque con 6 GHz esto podría volverse una realidad.
También debe mencionarse que Wi-Fi 6 (802.11ax) soporta clientes de únicamente 20 MHz, lo que es particularmente importante para el IoT. En efecto, 11ax soporta a clientes de únicamente 20MHz porque el proyecto de modificación de Wi-Fi 6 (802.11ax) se redactó pensando en los dispositivos de IoT pues son de bajo costo, consumen poca energía y contienen baterías muy pequeñas. Usando marcos de gestión, las estaciones cliente podrán informar a un punto de acceso (PA) Wi-Fi (802.11ax) que están operando como clientes de únicamente 20 MHz. Un dispositivo de 20 MHz puede transmitir/recibir en la banda de 2.4 o 5 GHz. Además, el estándar Wi-Fi 6 implementa un protocolo en el cual los dispositivos de únicamente 20 MHz se comunican solamente en los canales primarios de 20 MHz.
En esencia esto significa que un canal de 40 MHz podría potencialmente extenderse a los 80 y 160 MHz. Todos los intercambios de paquetes de 20 MHz de estos clientes están en los 20 MHz primarios. Uno puede tener un intercambio de paquetes de clientes normales en el secundario superior –así como combinación y emparejamiento adicionales. Más específicamente, los clientes ‘normales’ se nombrarían como los primarios, junto con los clientes de únicamente 20 MHz. Es importante entender que los dispositivos de solo 20 MHz únicamente se requieren para operar en los canales de 20 MHz primarios.
Velocidades PHY máximas y la utilización del espectro
La velocidad 802.11 PHY máxima soportaba 2 Mbps la cual se ha incrementado a 10 Gbps para Wi-Fi 6 (802.11ax). Aunque se habla mucho en la industria sobre alto rendimiento lo que realmente importa es el uso eficiente del espectro inalámbrico. Sí, un alto rendimiento vende productos porque es fácil que todos lo entiendan, pero una vez más, lo que realmente importa es lo bien que el estándar aproveche el espectro disponible. Una forma de cuantificar esto es con la eficiencia espectral de los enlaces. Por ejemplo, el primer estándar 802.11 Wi-Fi ofrecía 0.1 bps/Hz. En contraste, Wi-Fi 6 ofrece unos sorprendentes 62.5 bps/Hz.
Hay que decir que el desempeño general del espectro también se indica mediante el nombre del estándar. Wi-Fi 4 (802.11n) se conocía como HT o alto rendimiento, seguido por Wi-Fi 5 (802.11ac) que se conocía como HVT, o muy alto rendimiento. Continuando con este patrón de nombres, Wi-Fi 6 (802.11ax) se designa HE por alta eficiencia. Como lo veremos más adelante en esta serie, la eficiencia del espectro es una de las características más importantes del nuevo estándar Wi-Fi 6 (802.11ax).