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Cómo sacar el máximo partido a Wi-Fi 6

diferencia entre ofdm y ofdma
Diferencia entre OFDM y OFDMA.

Peter Macejko, Especialista en Redes Inalámbricas, Anritsu Corporation

La versión más reciente de WLAN (Wireless Local Area Network) es Wi-Fi 6, la sexta exitosa versión comercial de las normas IEEE 802.11. Aunque se conoce oficialmente en el sector por su denominación del IEEE, el término Wi-Fi 6 es más habitual entre los consumidores.

La norma anterior Wi-Fi 5 puede alcanzar unas velocidades más altas de transmisión de los datos para un usuario, pero solo bajo las condiciones ideales de un “laboratorio”. Las nuevas funciones incorporadas a Wi-Fi 6 hacen que sea una tecnología más robusta y que se acerque más a las velocidades prometidas.

Una de las novedades más destacables es el uso de la tecnología OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access). De forma parecida a la tecnología LTE celular, se asignan intervalos de tiempo a los usuarios en determinadas frecuencias para su transmisión de radio. Así se gestiona la comunicación entre un punto de acceso y las estaciones con mucha más eficiencia que con la técnica anterior, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

OFDMA también canaliza las frecuencias disponibles de diferente manera. En las normas anteriores, la anchura mínima del canal es de 20 MHz. En algunos casos se pueden unir dos canales adyacentes variando la frecuencia de la portadora al centro de los dos canales. Esto permite que la anchura del canal sea de
40 MHz, 80 MHz y 160 MHz, y de este modo aumentar las velocidades de transmisión a costa de ocupar más frecuencia.

En Wi-Fi 6, la unidad más pequeña disponible para la transmisión de datos se denomina RU (Resource Unit). La RU puede contener 26, 52, 106, 242, 484 o 997 tonos (subportadoras). Dado que la separación entre subportadoras en Wi-Fi 6 es de 78,125 kHz, el espacio mínimo que ocupa RU es de unos 2 MHz del rango de frecuencia, lo cual permite adaptar mejor los recursos del espectro que en las normas anteriores.

asignacion de las ru

Asignación de las RU dentro del ancho de banda del canal de 20 MHz.

Además de mejorar la eficiencia del espectro, también se transmiten más bits por símbolo transmitido gracias a la modulación de la subportadora de datos 1024QAM. Esta modulación asigna 10 bits de mensaje a un símbolo transmitido (2^10=1024), proporcionando así unas velocidades más altas de transmisión de los datos a Wi-Fi 6 que con las normas anteriores. La duración de los símbolos también se ha visto multiplicada por cuatro debido a los intervalos más densos de la subportadora. Dicho de forma sencilla, cuanto más pequeña es la señal en el dominio de la frecuencia, más grande es en el dominio del tiempo y viceversa. Esto mejora la robustez, especialmente en exteriores.

Como novedad, Wi-Fi 6 aborda las aplicaciones en el entorno de IoT (Internet de las Cosas), un mundo en el que el bajo consumo es primordial. Los dispositivos IoT a menudo incorporan baterías que no se pueden sustituir ya que para cambiarlas habría que destruir el dispositivo. De ahí que sea importante disponer de protocolos de comunicación que integren funciones de ahorro de energía.

Una de las características de Wi-Fi 6 es la RU más pequeña con 2 MHz de anchura. El uso de un espectro de frecuencia más pequeño para enviar una señal necesita menos energía que los espectros de frecuencia más grandes; p.ej., el canal de la norma anterior con una anchura de 20 MHz. Por tanto se ahorra energía debido al menor número de frecuencias de subportadora utilizadas.

Otra función de ahorro de energía incorpora programaciones que permiten a un dispositivo alimentado por Wi-Fi 6 que pase algún tiempo “dormido”. Esta función se denomina TWT (Target Wake Time). En modo dormido, el consumo de los dispositivos inalámbricos es mínimo. El dispositivo se activa en un momento determinado y envía información; por ejemplo, la temperatura en una sala o información sobre la falta de productos médicos. Una vez comunicada esta información, un dispositivo WLAN puede volver al modo dormido.

funcion twt

La función TWT ayuda a ahorrar energía poniendo la estación en modo dormido.

Pese a estas ventajas, los grandes números de dispositivos WLAN que se comunican pueden generar interferencias electromagnéticas mutuas que reducen el rendimiento total de la WLAN. Estas se pueden atenuar en parte en Wi-Fi 6 por medio de técnicas como OBSS-PD (OBSS Packet Detection) dinámica, que ajusta diferentes valores umbral de energía para detectar la señal correcta de entrada.

No obstante, la principal fuente de interferencias es la ocupación de bandas de frecuencia. Hasta Wi-Fi 6 solo se definieron dos bandas: 2,4 GHz y 5,0 GHz.

Estas dos bandas bastaron para manejar el número de usuarios y las velocidades de transmisión de los datos requeridas. Para cubrir la demanda de mayores velocidades de los datos y fiabilidad se propuso una nueva banda de frecuencia de 6 GHz. La banda empieza en 5,925 GHz y llega hasta 7,125 GHz, añadiendo así otros 1200 MHz de espectro.

Los emplazamientos para Wi-Fi pueden presentar diversas propiedades de transmisión de la señal y hay muchas variables que afectan al rendimiento de la Wi-Fi. Es importante escoger el mejor lugar para la antena o las antenas Wi-Fi teniendo en cuenta los materiales que podrían bloquear o absorber las señales inalámbricas.

El rendimiento de Wi-Fi 6 se puede medir con el comprobador de WLAN MT8862A de Anritsu. Este instrumento proporciona un amplio rango dinámico que permite realizar pruebas OTA (Over-The-Air) para medir las propiedades físicas de un canal de radio. También es posible efectuar pruebas de conectividad de datos IP hasta Wi-Fi 5. Con este instrumento se puede optimizar el rendimiento de la Wi-Fi para que los usuarios disfruten de una elevada calidad de experiencia (Quality of Experience, QoE).

comprobador wlan

Comprobador de WLAN MT8862A de Anritsu.

Las empresas también pueden evaluar la interoperabilidad de numerosos dispositivos conectados de forma inalámbrica, comprobando para ello varias tecnologías en paralelo para observar cómo se ve afectada la calidad de las señales de la WLAN. Como alternativa pueden comprobar el funcionamiento del receptor (prueba de sensibilidad), que consiste en disminuir gradualmente la potencia de salida del instrumento MT8862A. El aumento en las tasas de errores PER (Packer Error Rate) y FER (Frame Error Rate) puede dar muchos detalles sobre el dispositivo bajo prueba (Device Under Test, DUT) en un entorno determinado. La conexión con un DUT se puede degradar aún más con una fuente de ruido y luego se puede analizar.

La compatibilidad con Wi-Fi 6E del MT8862A permite comprobar la banda de 6 GHz, que trae consigo sus posibles fuentes de interferencias electromagnéticas. Además de medir la sensibilidad total en esta banda, también es posible realizar pruebas en el transmisor. Las medidas de potencia, máscara de espectro y exactitud de modulación se muestran con claridad en la ventana principal de la interfaz gráfica de usuario (Graphical User Interface, GUI) remota, con más información detallada de las medidas disponibles en la ventana de Resultado Numérico.

interfaz grafica de usuario

Interfaz gráfica de usuario (GUI) remota del MT8862A.

La GUI remota también puede mostrar más información sobre un DUT conectado como su dirección MAC, las normas y los valores de MCS compatibles, entre otros. Dentro de la GUI también es posible escoger el tipo de cifrado: WEP, WPA/WPA2-Personal/WPA3-Personal. Una dirección IP de un DUT se puede asignar estática o dinámicamente gracias a un servidor DHCP incorporado. También se pueden seleccionar otros muchos parámetros de red WLAN típicos en la GUI, como un nombre de SSID y una contraseña (si se aplica cifrado).

Todos los pasos de la GUI se pueden automatizar aún más gracias a la interfaz de control remoto, muy práctica para automatizar las medidas. Para efectuar esta automatización, un usuario puede adquirir herramientas de automatización como Smart Studio Manager (SSM) o Automation Test Software (ATS). Los usuarios más audaces pueden ir más allá y realizar su propia automatización por medio de lenguajes como Python. Los usuarios necesitan encontrar el conjunto adecuado de instrucciones y consultas para comunicarse con el MT8862A. Todas estas posibilidades convierten al comprobador de WLAN MT8862a de Anritsu en un compañero ideal en el laboratorio.

Para la comprobación de la producción masiva de dispositivos conectados a WLAN existe una mejor opción: el paquete universal de pruebas inalámbricas MT8870A, que ofrece una manera rápida y sencilla de verificar las propiedades de radiofrecuencia de los dispositivos conectados de forma inalámbrica. Además de la tecnología Wi-Fi 6, cubre otras como GSM, WCDMA, LTE, 5G NR y muchas más. Solo se necesita controlar el juego de circuitos. Gracias a su gran número de puertos de RF para conexiones, es un compañero ideal en plantas de fabricación.