Lohnt sich der Wechsel von Wi-Fi 6 zu Wi-Fi 7?

Wi-Fi^® bzw. WLAN ist ein allgegenwärtiger Netzwerkdienst für Unternehmen und Privathaushalte. Unternehmen, die ihre Netzwerke auf einen neuen Wi-Fi-Standard umstellen, stehen oft vor komplexen Überlegungen, die den Integrationsprozess verlängern können. Im Gegensatz dazu verläuft die Einführung neuer Wi-Fi-Standards in Privathaushalten tendenziell etwas schneller, da Internetanbieter für Privathaushalte und Hersteller von Wi-Fi-Routern für Verbraucher bestrebt sind, ihren Wettbewerbsvorteil zu erhalten.

Die Integration eines neuen WLAN-Standards in Verbraucher- und Unternehmensgeräte ist keine leichte Aufgabe, und es gibt in der Regel eine zeitliche Verzögerung zwischen der Veröffentlichung und Zertifizierung eines neuen WLAN-Standards und dem Zeitpunkt, zu dem beliebte Produkte dessen Funktionen nutzen.

Diese Integrationshürden gab es bereits bei allen früheren Wi-Fi-Generationen, doch Wi-Fi 6E hat einen Sprung gemacht, der das erste neue Wi-Fi-Spektrum seit über 10 Jahren eröffnet hat. Viele Unternehmen suchten nach Geräten, um die Überlastung in den Frequenzbändern 2,4 GHz und 5 GHz zu bekämpfen. Obwohl Wi-Fi 7 kein neueres Frequenzspektrum bietet, erhöht es den Durchsatz gegenüber Wi-Fi 6/6E aufgrund erweiterter Kanalbandbreitenkonfigurationen (320 MHz) und der neuen 4K-Quadraturamplitudenmodulation (QAM) erheblich. Über die Geschwindigkeit hinaus, die viele bei Wi-Fi 6/6E als ausreichend empfinden, gibt es eine erhebliche Verbesserung der IoT-Funktionen, die nur Wi-Fi 7 bietet, wie z. B. Target Wake Time, Time-Sensitive Networking und Multi-Link-Betrieb.

In diesem Beitrag beleuchten wir die bedeutenden Leistungsverbesserungen von Wi-Fi 7 für IoT-Applikationen, untersuchen die Designaspekte bei der Einführung von Wi-Fi 7 und stellen eine Lösung vor, die Designern einen bequemen Upgrade-Pfad bietet.

Verbesserungen der Leistung und Effizienz von Wi-Fi 7

Der bislang neueste WLAN-Standard, 802.11be, ist mit früheren WLAN-Versionen abwärtskompatibel und bietet gleichzeitig eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung sowie zusätzliche Funktionen, die für viele einen Wechsel rechtfertigen. Eine dieser Funktionen, die durch Wi-Fi 7 ermöglicht wird, ist die Tri-Band-Unterstützung für die gleichzeitige Nutzung der Wi-Fi-Bänder 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz. Neben einem deutlich höheren potenziellen Durchsatz schafft diese Multi-Link-Operation (MLO)-Funktion eine Plattform für eine Vielzahl von IoT-Systemen mit unterschiedlichen Anforderungen an Frequenzkanäle und Durchsatz. Beispielsweise könnten Systeme mit sehr hohem Durchsatz, geringer Latenz oder zeitkritische Systeme im 5-GHz- oder 6-GHz-Band betrieben werden, um Überlastungen zu vermeiden und die Leistungsanforderungen der verbundenen Systeme zu gewährleisten, während der 2,4-GHz-Kanal gleichzeitig Dienste mit geringerem Durchsatz und IoT-Dienste bedienen könnte, die nicht zeitkritisch sind. Darüber hinaus ermöglichen MLO und verschiedene Frequenzbänder die nahtlose Weiterverwendung älterer IoT-Systeme zusammen mit der neuesten und leistungsstärksten Technologie.

Diese Tri-Band-Fähigkeit, die neuen 320 MHz breiten Kanalbandbreiten und 4K-QAM, unterstützt von Wi-Fi 7, ermöglichen einen maximalen Gesamtdurchsatz von 46 Gbit/s. 4096-QAM ermöglicht die Übertragung von 12 Bit pro Symbol über Wi-Fi 6 mit 1024-QAM, das nur 10 Bit pro Symbol übertragen kann. Die maximale Kanalbandbreite von 320 MHz kann bei Wi-Fi 7 zusammenhängend oder nicht zusammenhängend sein, beispielsweise zwei 160-MHz-Kanäle oder verschiedene Unterkombinationen. Darüber hinaus unterstützt Wi-Fi bis zu 16 räumliche Streams mit zusätzlichen Verbesserungen des Multi-Input-Multi-Output (MIMO)-Protokolls.

Wi-Fi 7 ermöglicht auch eine flexiblere Kanalnutzung, selbst in stark ausgelasteten Frequenzbändern. Bei früheren WLAN-Generationen führte die gleichzeitige Nutzung eines WLAN-Kanals oder Störungen auf diesem Kanal dazu, dass der gesamte WLAN-Kanal unbrauchbar wurde. Wi-Fi 7 hingegen ermöglicht Preamble Puncturing und die Nutzung des nicht betroffenen Teils des Kanals für eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine bessere Spektrumsnutzung.

Weitere Verbesserungen von Wi-Fi 7 umfassen zeitkritische Netzwerkfunktionen, die einen verbesserten Determinismus in drahtlosen Netzwerken ermöglichen. Darüber hinaus erleichtern die Ziel-Weckzeit und andere Funktionen für geringen Stromverbrauch und Batteriebetrieb die WLAN-Nutzung mit IoT-Geräten, die nicht kontinuierlich und nur zu festgelegten Zeiten betrieben werden müssen.

Herausforderungen und Überlegungen zur Einführung von Wi-Fi 7

Die Umstellung auf Wi-Fi 7-Hardware bringt erhebliche potenzielle Vorteile mit sich, aber bei jeder technischen Entscheidung müssen eine Vielzahl von Überlegungen und Anforderungen berücksichtigt werden. Derzeit ist die ältere Wi-Fi-Standardtechnologie immer weiter verbreitet, da sie bereits seit mehreren Jahren auf dem Markt ist. Es gibt bereits etablierte Lieferketten und verschiedene Hardware-Optionen und Module mit früheren WLAN-Generationen. Diese Faktoren bedeuten, dass die Verwendung von Hardware, die für frühere WLAN-Generationen entwickelt wurde, einen leichten Kostenvorteil mit sich bringt.

Viele Anbieter von Netzwerkinfrastrukturen beabsichtigen jedoch, Wi-Fi 7 einzuführen – mit Dualband-Implementierungen als kostengünstige Maßnahme. Und die meisten Lösungen benötigen weiterhin BAW-Filter, um Störungen zu reduzieren und eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Darüber hinaus erfordern die Funktionen von Wi-Fi 7, dass Ingenieure diese erweiterten Fähigkeiten in ihre Hardware integrieren. Wie bei allen Funktionen von Drahtlos-Protokollen erfordert die Implementierung dieser Weiterentwicklungen einen erheblichen Zeit- und Ressourcenaufwand und möglicherweise die Lizenzierung oder Entwicklung von neuem geistigen Eigentum (IP). Jede neue Funktion erhöht auch die Komplexität und den Bedarf an Zertifizierungen für neue Hardware und Module. Glücklicherweise können die Funktionen der nächsten Generation von Wi-Fi 7 die Anfangsinvestition durch umfangreiche Verbesserungen, die bei früheren Generationen nicht verfügbar waren, mehr als ausgleichen. Natürlich besteht ein potenzieller Wettbewerbsvorteil darin, Wi-Fi-7-Systeme frühzeitig zu entwickeln.

Design vereinfachen und schneller auf den Markt bringen

Eine Möglichkeit, die Herausforderung der Markteinführung eines neuen Wi-Fi-7-Produkts zu bewältigen, besteht darin, Module zu nutzen, anstatt HF-Schaltungen von Grund auf neu zu entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist das Wi-Fi^® 7 Frontend-Modul von Qorvo, das über einen integrierten Leistungsverstärker, SPDT (Single-Pole, Double-Throw)-Schalter und einen umgehbaren rauscharmen Verstärker verfügt.[1] Das Modul ist äußerst energieeffizient und kompakt und unterstützt den gesamten Umfang der Wi-Fi-7-Standardfunktionen, 16 × 16 MIMO, Tri-Band-Betrieb, MLO, 4K-QAM, eingeschränkte Zielaufwachzeit, 320-MHz-Kanalbandbreiten und Präambel-/Bandbreiten-Punktierung.

Durch den Einsatz nichtlinearer FEMs werden neue Wi-Fi-7-Designs eine Verringerung der erforderlichen thermischen Entlastung widerspiegeln, ein kompakteres, industrielles Design ermöglichen, kleinere, „umweltfreundlichere“ Netzteile ermöglichen und den Initiativen zur Stromreduzierung in weiten Teilen der Welt entsprechen.

Fazit

Wi-Fi 7 bietet eine Vielzahl von Leistungsverbesserungen, von denen insbesondere IoT-Applikationen gegenüber früheren WLAN-Generationen profitieren. Während häufig ein starker Fokus auf dem höchsten theoretischen Durchsatz für jede Generation liegt, können die zusätzlichen Funktionen für viele IoT-Applikationen sogar noch mehr Vorteile bieten. Um diese Funktionen in einem Produkt anbieten zu können, sind jedoch erhebliche Investitionen in Designressourcen und Zertifizierungen erforderlich. Glücklicherweise bieten integrierte Module wie das Wi-Fi 7 Frontend-Modul von Qorvo eine praktische Möglichkeit, Designs auf den neuesten Stand der Wi-Fi-Technologie zu bringen.

[1]https://resources.mouser.com/manufacturer-ebooks/qorvo-next-gen-connectivity-for-smart-living