2. Caratteristiche principali del Wi-Fi 6


Contrariamente allo standard 802.11ac che è operante solo nella banda di frequenza dei 5GHz, lo standard 802.11ax è un protocollo pensato per operare in tutto lo spettro di frequenze compreso tra 1GHz e 6GHz.

È quindi attualmente utilizzabile sia nella banda dei 2.4GHz che in quella dei 5GHz e lo sarà in quella dei 6GHz quando questa verrà rilasciata dai regolamentatori internazionali e locali per l'utilizzo ISM ("Industrial, scientific and medical applications of radio frequency energy") e cioè negli spettri di frequenza (destinati all'uso in quei dispositivi non prettamente orientati alle telecomunicazioni tra cui anche i forni a microonde, ad esempio!) che sono poi stati estesi anche a utilizzi "non ISM" come, appunto, le comunicazioni wireless nello standard IEEE 802.11.

Rispetto al precedente Wi-Fi 5, nel Wi-Fi 6 sono stati introdotti alcuni accorgimenti tecnici con lo scopo di aumentare la banda messa a disposizione dal link ma, soprattutto, aspetto più importante, la quantità di dispositivi che possono essere serviti dalla singola stazione, con un miglioramento sia in termini di numero massimo di dispositivi che di performance in ambienti congestionati ed eterogenei e di efficienza energetica.


Wi-Fi 6 aka 802.11ax 2. Caratteristiche principali 1

Wi-Fi 6 aka 802.11ax 2. Caratteristiche principali 2


1024 quadrature amplitude modulation mode (1024-QAM)

La "quadrature amplitude modulation" è una tecnica che si basa sull'uso di due portanti in ritardo di fase di 90° e che, quindi, possono esser trasmesse insieme anche alla medesima frequenza senza che interferiscano tra loro (ciò permette un bit-rate doppio a parità di banda rispetto alle modulazioni a singola frequenza).

Modificando fase e ampiezza di queste due portanti sfasate è possibile comporre i bit che costituiscono l'informazione trasmessa dal segnale radio.

Questa modalità determina quindi la massima quantità di bit trasmissibili per hertz (c'è infatti una proporzione calcolabile tra QAM e Mbit/s, dati anche altri parametri della trasmissione).

Il Wi-Fi 5 supportava al massimo 256-QAM mentre i dispositivi Wi-Fi 6 possono arrivare fino a 1024-QAM il che significa, nel mondo reale, un incremento fino al 25% del throughput possibile tra dispositivi Wi-Fi 6 compatibili (il supporto allo schema a 1024-QAM è infatti opzionale per la certificazione Wi-Fi 6).

Per capire meglio cosa rappresenti la "QAM", immaginate le tavole optometriche che usano gli oculisti durante un test della vista: un "QAM" più elevato corrisponde a un carattere più piccolo quindi alla possibilità di scrivere più caratteri nella stessa pagina, ma richiede un maggiore impegno per leggerli a parità di distanza.


Multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO)

La tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) è stata introdotta inizialmente e solo in downlink con il protocollo IEEE 802.11n e prevede l'uso a entrambi i capi del link radio di antenne multiple.

In un link con tecnologia MIMO, il chipset del dispositivo trasmittente produce contemporaneamente diversi flussi, ognuno dei quali viene trasmesso da un'antenna diversa.

Il dispositivo dall'altro capo del link riceve quindi segnali multipli in momenti diversi e arrivati da percorsi diversi.

Il delicato compito di ricomporli è incombenza del chipset della radio che riceve e produce, in pratica, un segnale più forte di quello che sarebbe ricevibile con una singola antenna di pari dimensioni.

Il fatto che tra i segnali ricevuti vi siano delle differenze dovute a diversi percorsi e temporizzazioni rende, paradossalmente, più facile per il chipset ricevente discriminare il segnale utile dal rumore di fondo e dalle interferenze: per capirci, proviamo a riprendere il precedente esempio e immaginare che il dato utile trasmesso da un dispositivo wireless sia la scritta sulla tavola optometrica dell'oculista.

Pensiamo ora di prendere diverse foto identiche della stessa tavola coperta da diversi veli (il rumore della trasmissione) ognuno con una trama diversa (dovuta alle diverse temporizzazioni della trasmissione) e di inviarle all'altro dispositivo.

La radio ricevente, sapendo che nelle immagini che vede ci deve essere la stessa scritta, può usare le differenze tra un'immagine e l'altra per capire quali informazioni sono le lettere che compongono la riga e cosa invece è disturbo, rumore di fondo.

Più sono le immagini disponibili, più efficace è questa tecnica, ma anche più potenza di calcolo è necessaria per eseguire velocemente la comparazione delle "immagini".

Le capacità MIMO di un dispositivo vengono indicate seguendo questa convenzione: 'T×R:S' dove la 'T' è il numero di antenne trasmittenti, 'R' è il numero di antenne riceventi e 'S' (che a volte non è neppure indicato) è il numero di "Spatial Stream" simultanei che il dispositivo è in grado di gestire.

Quando il valore di 'S' non è indicato, si assume che sia uguale al minore tra 'T' ed 'R'.

Il principale limite di questa tecnologia è che un AP può dialogare con un solo client alla volta, rendendo necessaria una coda di attesa che permetta all'AP di servire a rotazione tutti i client connessi, costringendo i client più recenti e performanti ad attendere comunque che anche i dispositivi più vecchi abbiano completato le proprie attività.

Già i dispositivi Wi-Fi 5 Wave2 (un aggiornamento del protocollo 802.11ac) hanno potuto beneficiare dell'introduzione nell'hardware della tecnologia MU-MIMO che significa semplicemente "Multi-User MIMO" e, cioè, la possibilità per l'AP, se la funzionalità è supportata sia dalla trasmittente che dalla ricevente, di servire tramite tecnologia MIMO gruppi composti da un massimo di 4 dispositivi contemporaneamente.

La differenza tra le generazioni 5 e 6 è che il Wi-Fi 6 supporta il MU-MIMO anche in uplink (quindi anche nelle comunicazioni tra dispositivi e access/point e non solo nella direzione access-point/dispositivi) e che la dimensione dei gruppi è stata estesa fino a 8 dispositivi contemporaneamente.

Idealmente, il MU-MIMO ha avuto come effetto quello di aumentare le corsie di una strada a disposizione del traffico: magari non è possibile andare oltre un certo limite di velocità, ma il MU-MIMO permette a più client contemporaneamente di muoversi alla loro massima velocità e riduce i tempi di attesa complessivi dovuti alla presenza lungo lo stesso percorso di veicoli lenti.


Transmit beamforming (TxBF o "Spatial filtering")

È una tecnica che consente ad un AP di variare il segnale emesso dalle sue antenne (o, meglio, da un array di antenne) in modo da provocare una sovrapposizione costruttiva (amplificazione) in direzione del client.

Tale tecnica era già disponibile, opzionalmente, per i dispositivi compatibili con il Wi-Fi 5 Wave2 ed è fondamentale per il corretto funzionamento anche del MU-MIMO, ma deve essere implementata sia dall'AP che dal ricevitore ed è quindi piuttosto rara nei dispositivi non Wi-Fi 6 per i quali è invece obbligatoria per ottenere la certificazione.

In pratica, per consentire la formazione di un fascio di radiazione sagomato in direzione del client, le due stazioni devono scambiarsi una serie di messaggi preliminari in cui il client comunica informazioni sui segnali omnidirezionali ricevuti (tutte le antenne dell'AP partecipano a questa fase): queste informazioni sulla fase e la frequenza delle onde ricevute permettono all'AP di calcolare le variazioni di segnale da applicare alle trasmissioni durante le Resource Units destinate al client così da emettere le onde radio con una sovrapposizione che determini l'amplificazione del segnale.

L'adozione di questa tecnica consente una maggiore velocità di trasferimento a parità di distanza dal ricevitore o una maggiore distanza di copertura e minori interferenze con le reti vicine in quanto, riducendo la quantità di energia emessa in direzione non utile alla comunicazione col dispositivo, diminuisce il disturbo arrecato alle altre reti nell'ambiente e permette anche di ottenere un valore maggiore del "signal-to-noise ratio" (SNR - cioè il rapporto tra la potenza del segnale utile ed il rumore di fondo presente nell'ambiente, naturalmente o a causa della presenza di emettitori come cavi elettrici o dispositivi non atti alle telecomunicazioni).


Target wake time (TWT)

Permette ai dispositivi di sapere quando e quanto spesso dovranno risvegliarsi per riceve ed inviare dati al partner del link radio.

È una funzionalità particolarmente utile per i dispositivi a batteria, in quanto permette di attivare ricevitori e trasmettitori solo quando è effettivamente disponibile uno slot (Resource Units) idoneo alla trasmissione o alla ricezione di segnali (un po' come se un'auto potesse decidere di mettersi in strada solo quando sa di trovare "l'onda verde" dei semafori) evitando le sovrapposizioni e le ritrasmissioni inutili.


Basic Service Set Coloring (BSS Coloring)

In sostanza è una marcatura che viene applicata su ogni pacchetto trasmesso via radio e che serve alla ricevente per determinare se quel pacchetto riferisce o meno ad una propria connessione attiva piuttosto che alla trasmissione interferente di un'altra WLAN.

Se il pacchetto non appartiene ad una trasmissione gestita viene scartato e le trasmittenti rese immediatamente disponibili per le operazioni successive.

Ciò porta un grande vantaggio quando ci troviamo in presenza di diverse reti WLAN che utilizzano le stesse frequenze o canali che si sovrappongono, condizione frequente in zone ad elevata densità di reti wireless (ad esempio i palazzi di uffici).


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