Wi-Fi 6E: A evolução do Wi-Fi incentiva a renovação de como pensamos a conectividade e o gerenciamento do espectro

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WHITE PAPER #2 | AGOSTO 2020

Wi-Fi 6E: A evolução do

Wi-Fi incentiva a renovação

de como pensamos

a conectividade e o

gerenciamento do espectro

O Wi-Fi amplia e estimula

oportunidades

O Wi-Fi (Wireless Fidelity) tornou-se uma tecnologia universal, fornecendo conexões para milhares de dispositivos, sendo, atualmente, a primeira escolha de muitos usuários para acessar o mundo da internet e substituindo gradativamente o acesso a cabo. As soluções baseadas em uso ilimitado ou sem licitação do espectro de

frequência têm avançado, recentemente, de maneira significativa em seus

modelos de aplicativo, inclusive na nova modalidade de alocação dinâmica e compartilhada, como é o caso dos

serviços de rádio cidadão de banda larga (Citizens Broadband Radio Service – CBRS), que estão sendo desenvolvidos nos Estados Unidos, na faixa de 3,5 GHz.

FIGURA 1

Algumas funcionalidades

facilitadas com Wi-Fi 6

Transmissão em alta definição 4K/8K Cidades inteligentes Ensino a distância Realidade aumentada Realidade virtual Telemedicina IoT Trabalho remoto

aos padrões IEEE uma identificação particular: Wi-Fi 4 (802.11n), Wi-Fi 5 (802.11ac) e Wi-Fi 6 (802.11ax).

O Wi-Fi 6, a mais nova geração lançada comercialmente em setembro de

2019, melhorou consideravelmente o desempenho sem fio em vários aspectos, proporcionando uma experiência nova e aprimorada para o usuário final em comparação às versões anteriores. Para conseguir isso, o Wi-Fi 6 possui características completamente novas, como OFDMA, MU-MIMO, TWT, color BSS e novos esquemas de modulação (ver das informações a seguir), que funcionam de maneira conjunta para permitir uma conectividade permanente, sem gargalos nem diminuição da produtividade. Isso permite entregar com eficiência mais capacidade a mais dispositivos, reduzindo o congestionamento e fornecendo uma qualidade superior em implantações de alta densidade. Atualmente, já existem roteadores e dispositivos móveis com Wi-Fi 6, de diferentes marcas e modelos, lançados pelos principais fabricantes do mercado mundial. Por oferecer todas as funcionalidades acima mencionadas, o Wi-Fi 6 é considerado fundamental para permitir o desenvolvimento de novas soluções e aplicações baseadas em Realidade Aumentada (AR) e Realidade Virtual (RV). Também fornece uma experiência sem interrupções para as ofertas de serviços que requeiram transmissão em alta definição (HD) como 4K/8K. O aumento exponencial de aplicativos e dispositivos para a Internet das Coisas (IoT) e 5G torna o Wi-Fi 6 um complemento ideal para o desenvolvimento dessas e de outras tecnologias.

Fonte: Estudo TAS 2018 encomendado pela Wi-Fi Alliance

Valor econômico global do Wi-Fi

3,4

7

2023

trilhões

1,96

2018

trilhões

FIGURA 2

!

Otimização e complementaridade do 5G e do Wi-Fi 6

!

!

FIGURA 3

5G

Ambiente

externo Ambienteinterno

Ambiente externo +

Ambiente interno

Cobertura Capacidade, densidade

Aplicativos

Novas tecnologias sem fio

Otimização

Transporte Externos RA/RV IoT Internos Varejistas

Dados e experiência Gerenciados pelo operador Próprios da empresa

70%

30% Tráfego offload

Wi-Fi 6

Tráfego móvel

Fonte: SmC+ adaptado da Cisco O uso do Wi-Fi está se expandindo

globalmente.Em um estudo realizado pela Wi-Fi Alliance, em 20182_,

estimava-se que o Wi-Fi proporcionaria um valor econômico global de 1,96 bilhões

de dólares nesse ano. Para 2023, espera-se que sua contribuição chegue a 3,47 bilhões de dólares. Estudos como esses têm levado os promotores

do Wi-Fi a solicitarem a habilitação de mais espectro não licenciado para continuarem estimulando este ecossistema e seus benefícios. O Wi-Fi e o 5G terão papéis complementares para atender às diferentes demandas e

especificidades de conectividade. Como podemos ver na Figura 3, as diferentes modalidades de otimização para as quais ambas tecnologias foram projetadas, tanto no ambiente interno (privilegiando capacidade e densidade) ou no ambiente externo (privilegiando a cobertura e a mobilidade) permitirão uma grande variedade de aplicações e usos. O uso de espectro licenciado e gerenciado pelas operadoras necessitará de ações subsidiárias e complementares para o espectro não licenciado e gerenciado por cada empresa ou casa.

!

Modo de trabalho do OFDM vs OFDMA

FIGURA 4

FLUXO DE PACOTES FLUXO DE PACOTES FREQUÊNCIA FREQUÊNCIA LARGURA DE BANDA LARGURA DE BANDA TEMPO TEMPO SUBPORTADORAS Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3 Usuário 4

O uso de OFDMA no tráfego Wi-Fi 6 é programado, garantindo que cada dispositivo tenha tempo de conexão

e largura de banda suficientes. As gerações anteriores de Wi-Fi usavam

todo o canal para transmitir dados, com cada dispositivo esperando sua vez

para transmitir.

Principais características

do Wi-Fi 6

A sexta geração de Wi-Fi é a mais versátil e rápida até o momento. Ela foi desenvolvida para maior capacidade e oferece uma velocidade até seis vezes mais rápida do que o padrão anterior (802.11ac). Esses benefícios se devem principalmente às seguintes características:

A.

Multiplexação por divisão de

frequências ortogonais (OFDMA):

Essa tecnologia divide os canais existentes do padrão 802.11 (20, 40, 80 e 160 MHz) em subcanais menores com um número predefinido de

subportadoras. Os subcanais menores são chamados Unidades de Recursos (UR) com um tamanho mínimo

de 26 subportadoras. Baseado na necessidade de tráfego de vários usuários, o Ponto de Acesso (PA) decide como definir o canal, atribuindo sempre todas as URs disponíveis no link de uplink e downlink. No caso de que apenas um usuário necessite

de um canal, é possível atribuir o canal inteiro a um usuário por vez (assim como o padrão 802.11ac faz atualmente) ou particioná-lo para servir a vários usuários simultaneamente, obtendo latência menor e maior eficiência de rede.

B.

MU-MIMO (Multi-User –

Multiple Input Multiple Output):

é uma tecnologia que permite aumentar a capacidade do canal, atendendo simultaneamente a vários dispositivos e utilizando os mesmos fragmentos de frequência. Ou seja, o PA calcula uma matriz de canal para cada usuário e transmite simultaneamente para diferentes usuários; cada fluxo contém pacotes específicos para seu usuário específico

.

C.

Tecnologia de modulação

1024-QAM (Modulação de

D.

Reutilização espacial com

código de cores:

Para melhorar a produtividade do sistema e o uso eficiente dos recursos de espectro em cenários de implantação densos, o padrão 802.11ax implementa uma técnica de reutilização espacial. As estações sem fio podem identificar sinais de conjuntos de serviços básicos (BSS) sobrepostos e tomar decisões sobre contenção de mídia e gerenciamento de interferência com base nessas informações. O que o código de cores faz é reduzir gradualmente a interferência atribuindo cores para uma melhor identificação. Cada estação sem fio é codificada por cores para que a interferência de outros dispositivos não seja incluída na conexão. Quando o ponto de acesso detecta uma conexão, ele verifica o código de cor e decide.

SU-MIMO e MU-MIMO

FIGURA 4

1º

2º

3º

Single-User MIMO nas gerações anteriores. Wi-Fi para um dispositivo por vez

MU-MIMO em Wi-Fi 6. Wi-Fi para vários dispositivos ao mesmo tempo, na mesma

velocidade

E.

Economia de energia com

“Target Wake Time (TWT)”:

Um PA pode negociar com os

dispositivos sem fio participantes para usar a função TWT para definir um horário específico ou conjunto de horas e para estações individuais acessarem o meio. Os dispositivos e o PA trocam informações, incluindo a duração prevista da atividade. Dessa forma, o PA controla o nível de contenção e sobreposição entre os dispositivos que precisam de acesso à mídia. Os dispositivos com o padrão 802.11ax podem usar o TWT para reduzir o estado de suspensão até que o TWT chegue. O impacto desse recurso se reflete, por exemplo, na economia de energia em dispositivos móveis.

Resumindo, as vantagens do Wi-Fi 6 são:

• Melhor produtividade em ambientes de alta demanda:

melhora a produtividade média por usuário em ambientes densos ou congestionados;

• Maior velocidade: oferece uma

taxa de pico de dados mais alta para um único dispositivo;

• Incrementa a eficiência da rede: com o Wi-Fi 6, é possível

aproveitar ao máximo os recursos das tecnologias com as quais já se trabalha para baixa latência; e

• Melhora a eficiência da bateria do dispositivo: permite configurar

Canais e faixas de Wi-Fi

FIGURA 4

+236% +242% +233% +350% Aumento dos canais disponíveis, adotando o uso da faixa de 6 GHz 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ad, 802.11ax

Wi-Fi 6E Padrões _IEEE

Seleção Dinâmica de Frequência (DFS) necessária

802.11a, 802.11n, 802.11ac, 802.11ad, 802.11ax

A importância de

habilitar a faixa de 6 GHz

para uso não licenciado

O crescimento constante no uso de Wi-Fi significa que o espectro não licenciado disponível nas faixas operacionais de 2,4 GHz e 5,8 GHz existentes está se tornando insuficiente. A alocação de espectro não licenciado não tem aumentado na mesma proporção em que o Wi-Fi aumentou, fazendo com que os setores que baseiam suas aplicações nessas tecnologias exijam que as autoridades regulatórias considerem a expansão de canais para uso gratuito em dispositivos de curto alcance na faixa de 6 GHz (5925 - 7125 GHz), que está atribuída para uso móvel, mas que permite uma utilização compartilhada e complementar com os serviços estabelecidos.

É importante mencionar que, na faixa de 5 GHz, existem canais chamados DFS (Dynamic Frequency Selection) que

não podem ser usados por Wi-Fi, pois são destinados ao uso de radares de comunicação. Os roteadores Wi-Fi que usam esses canais são programados para desligar quando detectam sinais de radar ou, provavelmente, para mudar para outro canal.

Isso torna impossível para um roteador usar frequências se estiver localizado próximo a um aeroporto ou outras instalações de segurança do governo, uma vez que a maioria desses

equipamentos não oferece opções para selecionar os canais DFS. Uma grande vantagem da faixa de 6 GHz é que ela não tem canais DFS, então é possível aproveitar ao máximo a banda.

De acordo com um estudo da Telecom Advisory Services (TAS) publicado em abril de 20203_{, o valor econômico}

resultante de possibilitar que

dispositivos não licenciados funcionem na faixa de 6 GHz, adicionando

FIGURA 5

Evolução das decisões

regulatórias na faixa de 6 GHz

23 de abril de 2020

A Federal Communications Commission (FCC) anunciou o lançamento de 1200 MHz para uso de espectro não licenciado na faixa de 6GHz.

6 de maio de 2020

A Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) do Brasil abriu a possibilidade de uso da frequência de 5925–7125 MHz para Wi-Fi e vai definir os níveis de potência para homologar os aparelhos até setembro deste ano.

26 de junho de 2020

A Coreia do Sul lançou uma consulta pública para a alteração da regulamentação e proposta para Wi-Fi na faixa de 6 GHz. A consulta termina em 24 de agosto de 2020.

24 de julho de 2020

O Reino Unido aprovou a atribuição de 500 MHz à baixa frequência de 5925-6425 MHz) para o funcionamento de redes Wi-Fi e outras redes locais, após início de consulta pública sobre o assunto em janeiro.

para o PIB (Produto Interno Bruto) dos EUA entre os anos de 2020-2025. Aqui destaca-se que 67,78 bilhões de dólares vêm do chamado "excedente do produtor" e 2,92 trilhões de dólares do "excedente do consumidor" ao longo desses 5 anos, devido à maior eficiência dos aparelhos e economia nas atuais e projetadas soluções. A contribuição para o PIB de uma maior velocidade de internet graças à faixa de 6 GHz naquele país foi estimada em 13,25 bilhões de dólares. Esses valores estão acima dos benefícios derivados de outras faixas e se devem principalmente à capacidade de conter canais mais amplos, que permitirão maior tráfego e menor latência. Apesar da crescente dependência e uso de Wi-Fi, o espectro de uso livre no qual esses dispositivos operam, o espectro alocado permanece como era há 12-15 anos.

Na maior parte das Américas, há duas categorias básicas de manchetes nessa faixa: uplink de satélite e micro-ondas, com algumas micro-ondas fixas e outras móveis. O link terrestre é pouco afetado pelo uso terrestre e, de qualquer forma, já gerencia emissões terrestres de micro-ondas muito mais intensas. Por outro lado, os usos fixos de micro-ondas são tipicamente altos em grandes conjuntos de antenas, são altamente direcionais e são projetados para serem altamente robustos. A grande maioria dos dispositivos de uso não licenciados nesta faixa seria de baixa energia e uso interno, em que o compartilhamento pode ser coordenado de forma eficaz. A importância dos links fixos existentes pode ser efetivamente garantida através da coordenação de uso das frequências e dos dispositivos.

Habilitar o uso compartilhado permitirá maximizar o uso do espectro.

Essas considerações serviram de suporte para que, em 23 de abril de 2020, o Federal Communications Commission (FCC) dos EUA adotará

Na SmC+, vemos uma tendência crescente de compartilhamento de espectro, elemento fundamental para maximizar o valor de um recurso natural escasso. A divisão em camadas de serviços e usos será uma solução cada vez mais frequente, à medida que novas tecnologias dinâmicas de rádio e software já permitem, proporcionando inúmeros novos casos de uso para consumidores e empresas em áreas como educação, saúde, comércio e indústria.

modo flexível e para não colocá-la em estudo para as tecnologias de espectro licenciadas do IMT (International Mobile Telecommunications), o que atrasaria a utilização dos novos equipamentos de Wi-Fi que estarão disponíveis no final de 2020. Essa posição foi apoiada pela China, por vários países africanos, por fornecedores tradicionais, como Huawei e Ericsson, e por associações como a GSMA, que representou as operadoras. A decisão final pode ficar pendente até a próxima Conferência, em 2023.

Além dessas discussões, outros reguladores começaram a agir para permitir a expansão do uso de Wi-Fi. Em 6 de maio de 2020, a Agencia Nacional de Telecomunicações do Brasil (ANATEL), aprovou a

revisão das “Regulamentações Sobre Equipamentos de Radiocomunicação Para Radiação Restrita” para incluir a possibilidade de utilizar 1200 MHz de espectro no licenciado na faixa de 6 GHz (5.925-7.125 GHz), para equipamentos de Wi-Fi 6. Nos próximos 90 dias, a ANATEL elaborará as regras para implementar a decisão sobre os limites de potência aplicáveis e sobre como proteger os atuais detentores do espectro de possíveis interferências prejudiciais. A ANATEL também decidiu estender os limites de energia aplicáveis a dispositivos de curto alcance operando na frequência de 5.150-5-350 GHz, incluindo roteadores Wi-Fi. As regras revisadas para

dispositivos de curto alcance entrarão em vigor em setembro de 2020.

Também, o Reino Unido recentemente, em julho de 2020, aprovou o uso de 500 MHz para serviços não licenciados em 6 GHz (5925-6425 MHz) para uso em interiores (até 250 mW) e de muito baixa potência em exteriores (25 mW), com algumas

condições para evitar interferência com os serviços fixos e via satélite existentes na faixa. Tornou-se, assim, o segundo país a habilitar essa faixa para responder às necessidades de consumo futuro.

FIGURA 6

Características do Wi-Fi 6E

Menor interferência 1200 MHz de Mais espectro Latência ultrabaixa Canais mais amplos e capacidade maior Maior

produtividade em gigabitsVelocidade MIMO UL/DLMulti-user

CERTIFIED OFDMA

Wi-Fi 6 + 6 GHz = Wi-Fi 6E

O Wi-Fi 6E é a extensão do Wi-Fi 6 para a faixa de 6 GHz, nem que 1200 MHz a mais do espectro disponível nos canais de 20, 40, 80 e 160 MHz é adicionado aos dispositivos que operam no novo padrão, permitindo sua operação a 7.125 MHz.

A extensão do Wi-Fi 6 pode usar até 14 canais adicionais de 80 MHz ou 7 canais adicionais de 160 MHz nesta nova faixa, dependendo do gerenciamento de conexão da estação sem fio. Os dispositivos de Wi-Fi 6E tiram proveito desses canais mais amplos e da capacidade adicional para oferecer maior desempenho de rede e suporte a mais usuários Wi-Fi simultaneamente, mesmo em ambientes congestionados e de alta densidade. Os problemas comuns encontrados em ambientes onde os sinais de outros pontos de acesso sem fio próximos estavam alcançando e causando interferência e congestionamento usando o mesmo canal são bastante reduzidos.

Outro atributo importante é que o Wi-Fi 6E pode desenvolver velocidades maiores (um aumento teórico de 30%, ou seja, até cerca de 10,4 Gbps) graças ao fato de possuir um maior número de canais nas faixas adequadas para transmitir grandes quantidades de dados. No entanto, ao trabalhar em altas frequências, a penetração e o alcance serão

Agentes que promovem

o desenvolvimento de

Wi-Fi 6

A versão mais recente do Wi-Fi 6E trará mais avanços tecnológicos que apresentarão novos casos de uso e acelerarão a conectividade com redes de próxima geração. Há vários agentes que estão desenvolvendo soluções para a utilização de espectro não licenciado e que privilegiam a habilitação da faixa de 6 GHz para Wi-Fi, entre alguns deles podemos citar:

Cisco

Trabalha com a tecnologia

OpenRoaming, para que o sinal de Wi-Fi 6 possa se conectar a redes de acesso via rádio (RAN) e se integrar facilmente ao núcleo 5G, graças à arquitetura 5G que separa o núcleo da rede do acesso às redes. A Cisco acredita plenamente que o OpenRoaming terá o maior impacto na transformação da experiência Wi-Fi. Com acesso e integração contínuos em redes Wi-Fi, os usuários têm acesso a Wi-Fi de alta velocidade, seguro e confiável por meio de bilhões de PAs em todo o mundo. Além disso, com a criação do RF ASIC, um circuito integrado que executa tarefas de alta demanda como inteligência espectral (também conhecido como Clean Air) entre outras, permite executar esses tipos de tarefas de forma mais eficiente e sem afetar o processamento principal do PA.

Facebook

Constantemente reconhece que o Wi-Fi é uma tecnologia essencial e econômica para conectar o mundo em grande escala. Por isso o Facebook investiu ativamente em uma série de produtos que usam essa tecnologia de formas inovadoras e participou de esforços que levaram à à maior

alocação de Wi-Fi de banda média da história, 1200 MHz (Wi-Fi 6E). O Facebook oferece soluções de ecossistema Wi-Fi e, por sua vez, está investindo em novas categorias de dispositivos Wi-Fi de Realidade Aumentada/Realidade Virtual (AR/VR) com Oculus e Portal. Também está fazendo parcerias ativas em iniciativas de código aberto lideradas pela comunidade global, como a iniciativa “Open Wi-Fi” do Telecom Infra Project (TIP).

Intel

Vem desenvolvendo a tecnologia de chipset Wi-Fi de próxima geração para PCs e pontos de acesso otimizados para 6 GHz, com o objetivo de

aproveitar ainda mais as vantagens dos recursos de Wi-Fi 6, como canais de 160 MHz e gerenciamento de acesso à rede na nova faixa do espectro. Por outro lado, a Intel está testando a nova tecnologia Wi-Fi, em preparação para o lançamento da certificação WFA em janeiro de 2021, da extensão 6E, e ajudando os fabricantes de

equipamentos originais (OEMs) de PCs, roteadores e gateways com soluções que proporcionarão experiências imbatíveis em dispositivos Wi-Fi 6E, quando disponíveis.

Qualcomm

Conclusão

Está claro que a oportunidade é enorme para a América Latina. A faixa de 6 GHz já está habilitada nos EUA para uso não licenciado, por isso, os fabricantes estimam que o equipamento estará disponível nessa faixa até o final de 2020. Este é um sinal muito forte para toda a Região 2 da UIT (Américas).

O Relatório Anual de Internet da CISCO (2018-2023) já estimou que até 2023 haverá 470 milhões de usuários de Internet com mais de 2,1 bilhões de

dispositivos conectados na América Latina, dos quais 51% serão conectados via cabo ou Wi-Fi com velocidades médias de 59,3 Mbps, representando um crescimento de 3,8 vezes em 2018 (15,7 Mbps).

Os pontos de acesso de Wi-Fi da região crescerá cinco vezes entre 2018 e 2023, de 11,4 milhões para 22,9 milhões, respectivamente, enquanto será útil fornecer soluções de conectividade não apenas urbana, mas também suburbana, e ser uma ajuda eficaz para o fechamento da lacuna digital1_.

---Notas e Recursos

1 _{Cisco, Relatório Anual de Internet (2018-2023), atualização em 9 de março de 2020.} 2 _{Wi-Fi Alliance, The Economic Value of Wi-Fi: A Global View (2018 and 2023), study}

was commissioned by Wi-Fi Alliance® and completed by Telecom Advisory Services LLC (TAS), disponível em https://www.wi-fi.org/value-of-wi-fi

3 _{Wi-Fi Forward, Assessing the Economic Value of Unlicensed Spectrum Use in 5.9 and}

6 GHz bands, 2020, disponível em http://Wi-Fiforward.org

Dorai, Greg, The Future is Now! Presenting the Cisco Catalyst 9100 Wi-Fi 6 Access Points, article of May 2019

Cisco, OpenRoaming: Seamless, Secure Public Wi-Fi Onboarding At-a-Glance, article

of January 27, 2020.

Cisco, o que é Wi-Fi 6? Artigo da Web. Qualcomm (Qualcomm Networking Pro 1610) é 4 (2,4 GHz) + 8 (5 GHz) + 4 (6 GHz) conexões (no total, 16 conexões), enquanto os outros três modelos mais acessíveis fornecem 6, 8 e 12 conexões Todos os chipsets da nova geração têm

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