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Kevin Mukai
Director of Product Marketing, ON Semiconductor
Mentre IoT (Internet of Things) ha favorito l’introduzione di un gran numero di applicazioni wireless, Wi-Fi ha trainato l’evoluzione della connettività di rete in modalità wireless per oltre un ventennio. I progressi della tecnologia Wi-Fi, abbinate a doti di affidabilità ed economicità, ne hanno favorito l’adozione su larga scala e i dispositivi Wi-Fi permettono lo sviluppo di nuove applicazioni e casi d’uso nei più svariati segmenti di mercato in tutto il mondo.
Negli ultimi due decenni, Wi-Fi è stato oggetto di una costante evoluzione e ogni nuova versione è contraddistinta da un suffisso, che viene aggiunto sia alla dicitura W-Fi sia al relativo standard. Il percorso evolutivo che ha portato da Wi-Fi 1, introdotto nel 1999, a Wi-Fi 6 annunciato nel 2020 e ha dato origine agli standard IEEE 802.11b, 11a, 11g, 11n 11ac e 11ax, ha permesso ai produttori di semiconduttori e agli sviluppatori software di sfruttare nuove potenzialità, grazie alle quali è stato possibile sia utilizzare Wi-Fi in nuove applicazioni sia di aggiungere ulteriori funzionalità alle applicazioni esistenti. Come riportato nella tabella 1, l’incremento dell’ampiezza di banda di Wi-Fi è stato di tipo esponenziale, passando dagli 11 Mbps di Wi-Fi 1 ai 9,6 Gbps di Wi-Fi 6.
*Lo sviluppo di 802.11be è in corso: l’obiettivo è stilare una bozza iniziale nel 2021 e definire la versione finale entro il 2024
Come si può notare osservando la tabella, un notevole incremento della velocità si è verificato quando Wi-Fi 4 ha adottato la tecnologia denominata MIMO (Multiple Input, Multiple Output). Nella tabella, in corrispondenza della voce MIMO, la prima cifra indica il numero di flussi di dati/antenne usate in trasmissione mentre la seconda rappresenta il numero di flussi dati/antenne utilizzate in ricezione. Nel caso di Wi-Fi, i sistemi sono solitamente bilanciati, ovvero il numero di antenne di trasmissione e ricezione sono uguali, anche se la tecnologia è in grado di supportare configurazioni asimmetriche.
A titolo esemplificativo, l’utilizzo del MIMO può essere paragonato all’incremento del numero di corsie su un’autostrada finalizzato a supportare un volume di traffico maggiore. Anche Wi-Fi 5 e Wi-Fi 6 utilizzano la tecnologia MIMO di ultima generazione, denominata MU-MIMO, ovvero Multi-User MIMO. Con MU-MO è possibile assicurare le prestazioni della tecnologia MIMO a più client contemporaneamente. L’introduzione di MU-MIMO permette a molteplici dispositivi con più antenne di comunicare contemporaneamente, assegnando a ciascuno la propria ampiezza di banda spaziale. Proseguendo con l’analogia precedente, si può pensare a un’autostrada multi-piano che consenta a un maggiore volume di traffico di fluire contemporaneamente verso più direzioni (Fig. 1).
Fig. 1 – Grazie alle tecnologie MIMO e MU-MIMO è possibile inviare più flussi di dati a più antenne contemporaneamente
I vantaggi derivati dall’adozione della tecnologia MU-MIMO aumentano con il numero di antenne, poiché i client in ricezione possono essere suddivisi in sotto-gruppi a ciascuno dei quali è assegnata un’ampiezza di banda dedicata. Ad esempio un punto di accesso MU-MIMO in configurazione 8×8 può effettuare una divisione in tre gruppi di client 2×2. In ogni caso, l’utilizzo della tecnologia MU-MIMO richiede una maggiore elaborazione del segnale. Per questo motivo, solo società specializzate in questo settore come a esempio ON Semiconductor sono in grado di proporre le soluzioni tecnologiche adatte allo scopo che possono essere installate direttamente presso l’utente.
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L’adozione della banda a 6 GHz e della tecnologia MU-MIMO
Il più recente standard Wi-Fi, Wi-Fi 6E, può operare anche nella banda a 6 GHz non coperta da licenze che, solo negli Stati Uniti, mette a disposizione uno spettro di 1200 MHz libero da licenze: si tratta di uno spettro cinque volte superiore rispetto a quello disponibile attualmente per la combinazione delle bande a 2,4 e 5 GHz. La disponibilità di uno spettro più ampio e di un maggior numero di canali si traduce in una più alta velocità di accesso e una minore latenza di trasmissione, con conseguente incremento delle prestazioni per quanto concerne la connessione in rete, lo streaming e il gaming. All’interno di un’abitazione è possibile far coesistere senza problemi apparecchi televisivi ad alta risoluzione (8k) e applicazioni di realtà virtuale e aumentata (AR/VR) con dispositivi Wi-Fi legacy. Nel caso di hot spot aziendali e applicazioni esterne (outdoor) l’ampiezza di banda disponibile permette di sfruttare al meglio il funzionamento multi-client ad alte prestazioni fornito da MU-MIMO e Wi-Fi 6E.
Wi-Fi 6E rappresenta un’enorme opportunità per l’industria e i mercati anche se non va dimenticato il fatto che l’adozione di una nuova banda di frequenza rappresenta una sfida impegnativa per l’intera infrastruttura. Poiché i consumatori sono già pronti a beneficiare dei vantaggi di Wi-Fi 6E, OEM e fornitori di servizi sono impegnati a introdurre sul mercato nel più breve tempo possibile nuovi gateway, router, hub IoT, ripetitori per reti mesh e punti di accesso in grado di sfruttare le potenzialità offerte da Wi-Fi 6E, pur continuando a supportare il livello prestazionale dei dispositivi legacy operanti a 2,4 e 5 GHz. Le “case intelligenti” e i dispositivi basati su IoT come termostati, sistemi di illuminazione, telecamere di sicurezza, dispositivi multimediali e apparecchi televisivi ad alta risoluzione (4 e 8k) stanno “mettendo a dura prova” le reti Wi-Fi “legacy” esistenti, in quanto molti di questi dispositivi operano nelle bande a 2,4 e 5 GHz. I dispositivi IoT devono garantire una qualità del servizio uniforme con una connessione costante al fine di assicurare un funzionamento affidabile e senza interruzioni.
L’adozione della banda a 6 GHz da parte dei client richiederà del tempo e, storicamente, deve trascorrere un periodo di due/tre anni prima della diffusione su larga scala di client che utilizzano un nuovo standard Wi-Fi. Fino ad allora, gli abbonati richiedono solamente la doppia banda per l’utilizzo in ambito domestico e nessuno, né abbonati né fornitori di servizi, vorranno pagare per servizi premium (ovvero a valore aggiunto) che non possono essere sfruttati.
La tecnologia AdaptivMIMO introdotta da ON Semiconductor consente ai fornitori di servizi di sviluppare e fornire a tutti gli abbonati un unico box, in grado di assicurare le migliori prestazioni nel funzionamento dual-band e che può essere riconfigurato tramite software per allocare alcune delle antenne e dei flussi Wi-Fi a supporto del funzionamento nella banda a 6 GHz, nel momento in cui inizieranno a fare la loro comparsa i client Wi-Fi 6E nelle abitazioni. Ciò consente a OEM e fornitori di servizi sia di ridurre il numero di configurazioni dei box gateway/router installati sia i tempi necessari per il deployment (installazione e messa in esercizio) di box in grado di supportare Wi-Fi 6E.
AdaptivMIMO: principio di funzionamento
AdaptivMIMO di ON Semiconductor opera a livello superiore rispetto a MIMO e MU-MIMO e permette di configurare dinamicamente le radio e il front end RF per separare e configurare una radio in configurazione 8×8 a 5 GHz in due radio in configurazione 4×4 che operano simultaneamente nelle bande a 5 e 6 GHz.
Nel caso di hub e gateway IoT che integrano il supporto per standard come BLE (Bluetooth® Low Energy) o Zigbee operanti nella banda RF a 2,4 GHz, la possibilità di utilizzare la tecnologia AdaptivMIMO per i dispositivi a 6 GHz presenti in un’abitazione da un lato riduce la congestione complessiva e dall’altro assicura una maggiore connettività, un aumento del range e una riduzione della latenza, tutti fattori che contribuiscono a migliorare la fruizione di una casa “intelligente”. AdaptivMIMO agevola la migrazione verso il mondo dei 6 GHz grazie alla disponibilità di un’infrastruttura già predisposta per supportare dispositivi operanti in questa banda di frequenza con un incremento dell’utilizzo e dell’efficienza spettrale. La migrazione dei dispositivi conformi a Wi-Fi 6E nella banda a 6 GHz mediante la tecnologia AdaptivMIMO permette di liberare lo spettro per i dispositivi legacy operanti nelle bande, abbastanza congestionate, a 2,4 e 5 GHz, garantendo una fruizione di qualità superiore per gli abbonati e riducendo sia le chiamate ai servizi di assistenza sia i costi operativi degli ISP.
Il futuro del Wi-Fi
Anche se Wi-Fi 6E mette a disposizione nuove funzionalità e assicura notevoli vantaggi ai consumatori, il percorso evolutivo di questa versatile e affidabile tecnologia non è certo terminato. La prossima release dello standard attualmente in fase di sviluppo, che sarà denominata 802.11be o Wi-Fi 7, garantirà una velocità ancora maggiore rispetto a Wi-Fi 6E grazie al raddoppio delle ampiezze di banda dei canali e all’aggiornamento della modulazione (che passerebbe a 4096 QAM). Sono stati anche previsti miglioramenti per il collegamento in rete a bassa latenza per aumentare le prestazioni in termini di ampiezza di banda in reti con punti di accesso multipli per applicazioni di gaming, video e connessioni in rete a bassa latenza.
Nel momento in cui le abitudini sociali sono sempre più orientate a un maggior consumo di dati online e in movimento, la richiesta di un’ampiezza di banda più estesa fornita a più dispositivi simultaneamente è destinata inevitabilmente ad aumentare. La diffusione di reti cellulari 5G comporterà indubbi benefici agli utilizzatori che si trovano fuori casa. Poiché comunque 5G rimarrà una tecnologia soggetta a licenza, sarà sempre controllata dai fornitori di servizi di reti cellulari. E’ comunque opinione diffusa che il 5G sarà complementare a Wi-Fi, che rimane la sola tecnologia wireless libera da licenze in grado di soddisfare la richiesta di ampiezze di banda sempre maggiori all’interno e intorno alle abitazioni.
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