Hozzuk ki a legtöbbet a Wi-Fi 6-ból

Egy vezetékmentes hálózat működését számos tényező befolyásolja az adó és a vevő képességeitől a környezeten és az elrendezésen át a többi RF-eszközzel történő kölcsönös interferenciáig. Ezek elemzése még egy „jól bejáratott”, alaposan ismert vezetékmentes protokoll esetén is szövevényes feladat. Különösen igaz ez a jelenlegi élvonalba tartozó Wi-Fi 6 technológiára. A szerző ez utóbbi főbb jellemzőinek ismertetése mellett hatékony műszeres támogatást is kínál.

A Wi-Fi 6 a WLAN (vezeték nélküli helyi hálózat) legújabb változata, az IEEE 802.11 szabványok hatodik (piaci értelemben is) sikeres kiadása. Bár az iparban hivatalosan az IEEE-szabvány jelölésével szokás hivatkozni rá, a felhasználók inkább Wi-Fi 6 néven ismerik.
A régebbi szabványok – köztük leginkább a Wi-Fi 5 – magasabb adatátviteli sebességet tudnak biztosítani a felhasználónak, de csak ideális, „laboratóriumi” körülmények között. A Wi-Fi 6 új funkciói robusztusabbá teszik a technológiát, és közelebb kerülnek az ígért adatátviteli sebességekhez.
A legjelentősebb fejlesztések egyike az OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) technológia használata. A cellás LTE technológiához hasonlóan a felhasználóknak meghatározott frekvenciákon osztanak ki időréseket a rádióadáshoz. Ez – amint az 1. ábrán is látható – a korábbi technikáknál sokkal hatékonyabban kezeli a hozzáférési pont (Access Point – AP) és az állomások (Stations – STA) közötti kommunikációt, mint az OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

1. ábra Az OFDM és az OFDMA össze­hasonlítása

Az OFDMA a rendelkezésre álló frekvenciákat is másképp osztja ki a csatornák között. A régi szabványoknál a minimális csatornaszélesség 20 MHz. Bizonyos esetekben két szomszédos csatorna összekapcsolható, a két csatorna közé helyezve a vivőfrekvenciát. Ez olyan csatornaszélességeket tesz lehetővé, mint a 40, 80 és 160 MHz, ami – nagyobb frekvenciafoglaltság árán – nagyobb átviteli sebességet tesz lehetővé.
A Wi-Fi 6-ban az adatátvitelhez rendelkezésre álló legkisebb egységet „erőforrásegységnek” (Resource Unit – RU) nevezik. Az RU 26, 52, 106, 242, 484 vagy 997 segédvivő frekvenciát használhat (lásd a 2. ábrát. Az ábrán a „null segédvivő” fogalmának megértéséhez az OFDM-technológia mélyebb ismerete szükséges, amelyre itt a terjedelem korlátai miatt nem térhetünk ki – A szerk. megj.). Mivel a Wi-Fi 6-ban a segédvivők távolsága 78,125 kHz, a minimális RU-méret körülbelül 2 MHz-et foglal el a frekvenciatartományból, ami lehetővé teszi a spektrum erőforrásainak a régi szabványoknál nagyobb léptékű kihasználását.

2. ábra Erőforrás-kiosztás a 20 MHz-es csatorna-sávszélességen belül

A jobb spektrumhatékonyság mellett a segédvivő-modulációnak (1024QAM) köszönhetően egy átvitt szimbólumra több átvitt bit is jut. Ez a moduláció 10 bitet rendel egy átvitt szimbólumhoz (2¹⁰=1024). Ez a Wi-Fi 6-ban a hagyományos szabványoknál nagyobb adatátviteli sebességet biztosít. A szimbólumok időtartama négyszeresére nőtt a sűrűbb segédvivő-távolságnak köszönhetően. Egyszerűen fogalmazva: minél kisebb helyet foglal a jel a frekvenciatartományban, annál többet az időtartományban, és fordítva. Ez – különösen kültéri használatnál – javítja a robusztusságot.
A Wi-Fi 6 újszerűen kezeli a tárgyak internetének (IoT) használati eseteit is. Az IoT világában kritikus fontosságú az alacsony energiafogyasztás. Az IoT-eszközöket gyakran beépített, nem cserélhető elem táplálja, amelyek cseréje egyet jelent az eszköz tönkretételével. Ezért fontos, hogy olyan kommunikációs protokollokat használhassunk, amelyek beépített energiatakarékossági funkciókat is tartalmaznak.
A Wi-Fi 6 egyik ilyen funkciója a legkisebb, 2 MHz sávszélességű RU lehetősége. Ha keskenyebb frekvenciasávban küldjük a jelet, az kevesebb energiát igényel, mintha szélesebb frekvenciaspektrumokat – például a korábbi rendszerek által egységesen használt 20 MHz-es hagyományos minimális csatorna-sávszélességét – használnánk. Az energiamegtakarítás tehát a keskenyebb sávban foglalt kevesebb segédvivőnek tulajdonítható.
Egy másik energiatakarékossági funkció olyan ütemezéseket foglal magában, amelyek lehetővé teszik, hogy a Wi-Fi 6-tal kommunikáló, akkumulátoros tápellátású eszköz az idő egy részét „alvó” üzemmódban töltse. Ezt a képességet Target Wake Time (TWT) néven ismerik (3. ábra). Alvó üzemmódban a vezetékmentes eszközök minimális energiát fogyasztanak. Az eszköz egy adott időpontban felébred, és ekkor információt küldhet – például egy szoba hőmérsékletéről vagy a hiányzó egészségügyi felszerelésekről. Az információ továbbítása után a WLAN-eszköz visszatérhet az alvó üzemmódba.

3. ábra A TWT képesség azzal segíti az energia­megtakarítást, hogy alvó állapotba kapcsolja az STA-t

Ezen előnyök ellenére a nagyszámú kommunikáló WLAN-eszköz kölcsönös elektromágneses interferenciát okozhat, csökkentve a WLAN általános teljesítményét. Ezt a Wi-Fi 6 részben olyan technikákkal enyhíti, mint a dinamikus OBSS csomagérzékelés (OBSS-PD – Overlapping Basic Service Sets / Preamble Detection), amely különböző energia-küszöbértékeket állít be a helyesnek elfogadható bejövő jel felismeréséhez.
Az interferencia fő oka azonban a frekvenciasávok foglaltsága. A Wi-Fi 6-ig csak két sáv használata volt megengedett: a 2,4 GHz és az 5,0 GHz.
Ez a két sáv jelentős számú felhasználónak és a nekik szükséges adatátviteli sebesség kezeléséhez elegendő volt. Az ennél nagyobb adatmennyiség és a megbízhatóság iránti igény kiszolgálására egy új, 6 GHz-es frekvenciasávot javasoltak (Wi-Fi 6E). A sáv 5,925 GHz-nél kezdődik és 7,125 GHz-ig tart, további 1200 MHz-el bővítve a használható spektrumot.
A Wi-Fi-vel lefedni kívánt helyszínek jelátviteli lehetőségei eltérőek lehetnek, számos olyan változóval, amelyek mind a Wi-Fi teljesítőképességét befolyásolják. Fontos, hogy az egy vagy több Wi-Fi antenna számára a legjobb helyet válasszuk ki, tekintettel a vezetékmentes jeleket árnyékoló vagy elnyelő anyagokra.
A Wi-Fi 6 teljesítőképessége az Anritsu MT8862A WLAN-tesztelőműszerrel (4. ábra) mérhető. Ez olyan széles dinamikai tartományt biztosít, amely lehetővé teszi az OTA (Over-The-Air) teszteket a rádiócsatorna fizikai tulajdonságainak mérésére. A Wi-Fi 5 szabványig alkalmas az IP-adatkapcsolati tesztek elvégzésére is. Ezzel a műszerrel optimalizálható a Wi-Fi teljesítménye, hogy a felhasználók magas QoE (Quality of Experience – a felhasználói élmény minősége) értéket tapasztalhassanak.

4. ábra Az Anritsu MT8862A WLAN vizsgálóműszer

A vállalatok számos – eltérő gyártmányú – vezetékmentes eszköz együttes használatának lehetőségét is tesztelhetik, több technológiát párhuzamosan működtetve, hogy lássák, hogyan befolyásolják a kölcsönhatások a WLAN-jelek minőségét. Alternatív megoldásként vevőtesztet (érzékenységi tesztet) is végezhetnek, amely során az MT8862A készülék kimeneti teljesítményét fokozatosan csökkentik. A csomag- és kerethibák arányának megnövekedése egy adott környezetben sokat elárulhat a tesztelt eszközről (DUT – Device Under Test). A DUT-tal való kapcsolat tovább rontható egy zajforrás segítségével, és a kapcsolat minősége később elemezhető.
Az MT8862A készülékhez újonnan hozzáadott Wi-Fi 6 támogatás a 6 GHz-es sáv tesztelését is lehetővé teszi, amelynek ugyancsak megvannak a saját lehetséges elektromágneses zavarforrásai. Az általános érzékenység mérése mellett ebben a sávban is lehetőség van az adótesztek elvégzésére. Az 5. ábrán jól láthatók a teljesítmény, a spektrummaszk és a modulációs pontosság mérési eredményei a távoli GUI (grafikus felhasználói felület) főablakában, az egyes mérések részletesebb információi pedig a Numeric Results ablakban tekinthetők át.

5. ábra Az MT8862A távoli felhasználói felülete (GUI)

A távoli GUI további információkat, például a MAC-címét, a támogatott szabványokat, a támogatott modulációs módokat (MCS – Modulation Coding Scheme) és egyebeket is megjeleníthet a csatlakoztatott DUT-ról. A GUI-n belül lehetőség van a titkosítás típusának (WEP, WPA/WPA2-Personal/WPA3-Personal) kiválasztására is. A DUT IP-címe statikusan vagy dinamikusan is kiosztható a beépített DHCP-kiszolgálóval. A grafikus felhasználói felületen számos további tipikus WLAN-hálózati paraméter is kiválasztható, például a vezetékmentes hálózat neve (SSID) és – ha a hozzáférés titkosítva van – a jelszó.
A GUI minden lépése tovább automatizálható a távvezérlő interfésznek köszönhetően, ami akkor különösen előnyös, ha a mérések automatizálására van szükség. Az automatizálás megvalósításához a felhasználó hivatalos automatizálási eszközöket vásárolhat, mint például a Smart Studio Manager (SSM) vagy az Automation Test Software (ATS). A kalandvágyóbb felhasználók azonban még tovább léphetnek, és saját automatizálást készíthetnek olyan szkriptnyelvek segítségével, mint a Python. Ehhez a felhasználóknak meg kell találniuk az MT8862A-val kommunikálni képes parancsok és lekérdezések megfelelő készletét. Mindezek a lehetőségek az Anritsu MT8862W WLAN-tesztelőt ideális társsá teszik a laboratóriumban.

6. ábra Az Anritsu MT8870A vizsgálóműszer

A WLAN-hoz csatlakoztatott eszközök tömegtermelésben történő teszteléséhez létezik egy alkalmasabb választás: az MT8870A univerzális vezetékmentes tesztkészlet (6. ábra), amely gyors és egyszerű módot kínál a vezetékmentesen kommunikáló eszközök rádiófrekvenciás tulajdonságainak ellenőrzésére. Ez a Wi-Fi 6 technológia mellett olyan egyéb technológiákat is lefed, mint a GSM, a WCDMA, az LTE, az 5G NR (New Radio) és még sok más. Csak a csipkészlet vezérlésére van szükség. A csatlakozásokhoz kínált rengeteg RF-portjának köszönhetően ideális társ a gyártóüzemekben.

Szerző: Peter Macejko, vezetékmentes kommunikációs szakértő –
Anritsu Corporation

www.anritsu.com