Il rapporto tra il Wi-Fi 7 e il controllo di frequenza

Il Wi-Fi necessita di varie frequenze radio a cui i dispositivi possono collegarsi per comunicare. Per anni, il Wi-Fi ha utilizzato le bande di frequenza a 2,4 GHz e 5 GHz e i dispositivi si collegano al canale con le interferenze minori.

La crescita esplosiva del numero di dispositivi connessi ha messo a dura prova tale capacità. Secondo la Wi-Fi Alliance, solo nel 2024 si prevedevano 4,1 miliardi di dispositivi abilitati al Wi-Fi. Quando milioni di dispositivi competono per un numero limitato di punti di accesso e di canali all'interno di bande di frequenza specifiche, gli ingorghi e le interruzioni sono inevitabili. È ora di cercare un'altra banda - e questo è ciò che offre il Wi-Fi 7, insieme alla sua precedente iterazione, il Wi-Fi 6E.

Con il Wi-Fi 7, i dispositivi possono utilizzare anche la banda di frequenza a 6 GHz. Aggiungere un'intera nuova banda di spettro è come aggiungere un'autostrada completamente nuova con corsie in più che possono assorbire ancora più traffico. L'aspetto particolarmente interessante del Wi-Fi 7 è che aumenta anche la dimensione del canale da 160 MHz a 320 MHz. Di conseguenza, l'uso dei 6 GHz aggiunge più corsie (canali) e le rende più larghe, il che significa che i dati provenienti da più dispositivi scorrono più velocemente. Il risultato finale è una migliore velocità di trasmissione dei dati, una maggiore affidabilità e una latenza ridotta.

Con una velocità di trasmissione dati superiore a 30 Gbps, il Wi-Fi 7 offre una copertura ad alta velocità e bassa latenza per un'ampia gamma di applicazioni come AR, VR, streaming video ad alta risoluzione e connettività IoT.

Il problema del passaggio alla banda a 6 GHz è che la stanno già utilizzando altre entità. Agenzie federali come il Dipartimento della Difesa e la NASA utilizzano la banda per le comunicazioni satellitari e potrebbero non gradire che i dispositivi Wi-Fi si intromettano nel loro territorio. L'utilizzo della banda a 6 GHz, lasciando al contempo in pace gli utenti delle bande di spettro stabilite, richiederà una tecnologia aggiuntiva nota come AFC (coordinamento automatico delle frequenze).

Tecnologie complementari per il Wi-Fi 7

Con il Wi-Fi 7, i canali di accesso alla connettività sono più numerosi e più ampi. Una serie di tecnologie complementari consente agli utenti di sfruttare al massimo il throughput delle bande dello spettro, rendendo più efficiente l'utilizzo di ciascun canale.

AFC

L'AFC consente l'uso del Wi-Fi senza violare gli utenti consolidati della banda a 6 GHz. Funziona inserendo in un database le informazioni degli utenti esistenti, comprese la posizione e la direzione delle antenne e altri parametri. Una nuova connessione Wi-Fi 7 controlla questo database per assicurarsi che non stia violando la stessa zona dello spettro e non causi interferenze.

Operazioni multi-link (MLO)

Per MLO si intende la capacità di suddividere un flusso di dati in più unità e di instradarle contemporaneamente attraverso canali diversi della stessa banda di frequenza. MLO in Wi-Fi 7 fa un ulteriore passo avanti in questa capacità, consentendo lo streaming dei dati attraverso più canali e bande. In questo caso, un singolo flusso di dati può essere instradato attraverso 2,4 GHz, 5 GHz o 6 GHz, a seconda della disponibilità. In questo modo la trasmissione dei dati è più veloce e non è soggetta a ritardi in caso di canali compromessi o non disponibili.

Modulazione dell'ampiezza in quadratura 4K (4K QAM)

QAM consente di distribuire molte informazioni sovrapponendo segnali di ampiezza e fase diverse per ottenere di più dallo spettro. Poiché le onde non si sovrappongono, la trasmissione non è rumorosa. Il 4K consente il passaggio di oltre 4.000 segnali contemporaneamente. Il Wi-Fi 7 standardizza la tecnologia e riduce la latenza aumentando la capacità.

Inoltre, il Wi-Fi 7 utilizza l'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA) con unità di risorse multiple (MRU), che suddivide i dati in pacchetti più piccoli per un throughput più veloce. Le MRU riducono la latenza degli utenti multipli del 25% e MLO migliora la latenza degli utenti singoli dell'80%.

Controllo della frequenza per il Wi-Fi

La tecnologia che consente il Wi-Fi 7 è impressionante e dipende da uno stretto controllo della frequenza. L'impacchettamento dei dati nei canali, per quanto efficiente, richiede una precisione assoluta; in caso contrario, i segnali potrebbero interferire l'uno con l'altro e causare prestazioni scadenti.

I nuovi standard Wi-Fi richiedono radio moderne sia sul dispositivo, sia sui punti di accesso. Queste radio altamente capaci sono in grado di sintonizzarsi simultaneamente su più bande di frequenza, di aggirare i canali riservati come descritto dall'AFC e di riempire lo spettro con informazioni dense utilizzando il 4K QAM. Dipendono da componenti elettronici in grado di funzionare con un rumore di fase estremamente basso e un'elevata stabilità per garantire una trasmissione stabile del segnale.

Mantenere il rumore di fase e il jitter più bassi possibile è importante per l'integrità dei dati e per ridurre i tassi di errore. Non è sufficiente avere una frequenza stabile ora; i segnali non possono permettersi di attenuarsi nell'intervallo di tempo e temperatura. Le vibrazioni, gli urti e il deterioramento a lungo termine possono influire sulle prestazioni e devono essere presi in considerazione durante la fase di progettazione.

Componenti per il controllo della frequenza

Cristalli, oscillatori e induttori di potenza sono fondamentali per garantire il controllo di frequenza ad alta precisione di cui hanno bisogno i sistemi Wi-Fi.

Gli oscillatori svolgono tutte le funzioni necessarie per il trasferimento dei dati, tra cui la produzione di un segnale costante, la sincronizzazione dei tempi di comunicazione e la determinazione della frequenza portante in cui funzionare. Spesso accoppiati agli oscillatori, i cristalli mettono a punto l'uscita generata dagli oscillatori, agendo come diapason per mantenere i segnali di frequenza ben focalizzati e precisi. Combinati con i condensatori, gli induttori formano circuiti LC che consentono ai sistemi Wi-Fi di concentrarsi su bande di frequenza specifiche e di filtrare il rumore estraneo.

ECS Inc. produce un'ampia gamma di cristalli, oscillatori e induttori necessari per i sistemi Wi-Fi 7. Ad esempio, i cristalli a montaggio superficiale (SMD) di ECS sono disponibili in varie dimensioni di contenitore e offrono ampi intervalli di temperatura fino a +150 °C.

La serie ECX-1637B (Figura 1) è ideale per le applicazioni wireless. Si tratta di cristalli SMD compatti in un contenitore a 4 piazzole di 2,0 x 1,6 x 0,45 mm. Offrono un basso invecchiamento al primo anno di ±1 ppm e una tolleranza e una stabilità di ±10 ppm e sono disponibili tra -30 °C e +85 °C.

Figura 1: I cristalli compatti a basso invecchiamento ECX-1637B a montaggio superficiale (SMD) hanno un ampio campo di frequenza, da 16 MHz a 96 MHz, e sono adatti alle applicazioni wireless. (Immagine per gentile concessione di ECS)

La serie ECX-2236B è caratterizzata da cristalli di quarzo SMD con bassa ESR e basso invecchiamento al primo anno di ±1 ppm max. La serie ECS-33B offre un campo di frequenza compreso tra 10 MHz e 54 MHz e un invecchiamento minimo al primo anno di ±1 ppm ed è disponibile nell'intervallo di temperatura industriale standard compreso tra -40 °C e +85 °C. Queste caratteristiche sono ideali per le moderne applicazioni IoT, wireless e Wi-Fi.

ECS offre anche una gamma di oscillatori ceramici. La serie ECS-2520MV è ideale per il campo da 0,750 MHz a 160 MHz, mentre la serie ECS-2520SMV è più adatta per il campo da 8 MHz a 60 MHz. Entrambi offrono un intervallo di temperatura da -40 °C a +105 °C.

Figura 2: La serie ECS-2520MV è costituita da oscillatori CMOS miniaturizzati SMD ad alta velocità ideali per le applicazioni wireless. (Immagine per gentile concessione di ECS Inc.)

Infine, ECS offre una gamma di induttori di potenza che copre un ampio intervallo di induttanze e temperature. Le specifiche variano a seconda della serie, che si tratti di ECS-MP12520, ECS-MP14040 o ECS-MPIL0530.

Figura 3: Gli induttori di potenza di ECS coprono un ampio intervallo di induttanze e temperature e sono essenziali per i sistemi Wi-Fi. (Immagine per gentile concessione di ECS Inc.)

In sintesi

Sono necessari diversi componenti per sfruttare appieno il potenziale del Wi-Fi 7. L'oscillatore è alla base del circuito e crea una frequenza di base che il cristallo sintonizza con precisione. L'induttore di potenza presente nel circuito assicura che nessun segnale estraneo ostacoli la frequenza necessaria e attenui le fluttuazioni di tensione. Questo sistema di controllo della frequenza si combina poi con elementi come le antenne per il trasferimento dei segnali e i microcontroller per l'elaborazione dei dati.

Conclusione

Il Wi-Fi 7 promette di essere un salto di qualità nell'affidabilità del mezzo di comunicazione, ma un robusto controllo della frequenza ne è il presupposto. I componenti hardware come oscillatori, cristalli e induttori sono alla base dei circuiti Wi-Fi avanzati e sono affidabili cavalli di battaglia di questa tecnologia di comunicazione di lunga data. A lungo termine, la crescita dell'automazione industriale e dell'IA aumenterà probabilmente la pressione sul Wi-Fi e la tecnologia di comunicazione si evolverà ancora.