WiFi 6E - Nieder mit der Latenz
zum Magazin

Latenz in Wi-Fi 6E reduzieren

Eliminierung der Latenz in den Geräten der nächsten Generation

Fortschrittliche High-Q-HF-Komponenten werden eine entscheidende Rolle bei dem größeren Ziel spielen, viele der WiFi-Latenzprobleme der Vergangenheit zu beseitigen.

WiFi 6E Features

  • neuer lizenzfreier Frequenzbereich zwischen 5.9 und 7.1GHz (tatsächliche Nutzbarkeit ist abhängig von regulatorischen und regionalen Freigaben)
  • bis zu 14 neue Kanäle mit 80MHz oder sieben neue Kanäle mit 160MHz Bandbreite
  • OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) – Ausnutzung der vorhandenen Funkkanäle wird bei intensiver Nutzung des Frequenzbereichs optimiert, die Latenz der Datenübertragung sinkt
  • MU-MIMO bidirectional (Multi-User – Multiple Input, Multiple Output) – gleichzeitig verschiedene Datenströme an unterschiedliche Clients Senden und Empfangen durch Mehrantennentechnik
  • TMT (Target Wake Time) – Optimierung inaktiver Zyklen (Schlafzyklen) von Endgeräten
  • spatial Reuse und BSS Coloring – effizientere Nutzung des vorhandenen Funkspektrums
  • 1024-QAM-Modulationsverfahren – Übermittlung von mehr Daten im gleichen Frequenzspektrum

WiFi 6E Vorteile

  • Erweiterung der zu Verfügung stehenden Anzahl an Funkkanälen durch das zusätzliche Frequenzband
  • Betrieb von mehr WLANs parallel in einem räumlich begrenzten Bereich, ohne sich gegenseitig zu stören
  • stark ausgelastete Frequenzbänder 2.4GHz und 5GHz werden entlastet
  • mehr Endgeräte können Daten mit höherem Durchsatz übertragen
  • WLAN-Netze werden schneller, zuverlässiger und unterstützen größere Gerätedichten
  • mit TWT sink der Energiebedarf der WLAN-Clients und somit profitieren Mobilgeräte und IoT-Devices von längeren Akkulaufzeiten
  • Latenzzeiten verkürzen sich auf einen niedrigen Millisekundenbereich und ermöglichen echtzeitfähige Anwendungen wie Virtual und Augmented Reality und im Bereich des Industrie-4.0 Umfelds
  • gleichzeitige Nutzung von drei Frequenzbändern (2.4 / 5 / 6 GHz) macht Triband Wi-Fi Router und Accesspoints möglich

WIFi 6E Nachteile

  • das kurzwelligere Signal des 6GHz Bandes erzielt eine geringere Reichweite und durchdringt Objekte schlechter
  • für das neue Frequenzband sind angepasste Antennentechnik und darauf abgestimmte und entwickelte Bauteile nötig
  • Endgeräte und Accesspoints benötigen für Wi-Fi 6E neue Hardware (die dann aber rückwärtskompatibel für die Nutzung von 2.4GHz und 5GHz Frequenzbändern sind)
  • alte Router, Accesspoints, Tablets, Laptops, Smartphones sind nicht aufwärtskompatibel und können nicht per Softwareupdate für Wi-Fi 6E im Frequenzband 6GHz nutzbar gemacht werden
WiFi 6E Anwendungen
WiFi 6E Anwendungen

Als WiFi 6 (IEEE 802.11ax) von der Wi-Fi Alliance eingeführt wurde, war der Standard zunächst für den Betrieb innerhalb der lizenzfreien Bänder zwischen 1-6 GHz vorgesehen. Dann, am 23. April 2020, kündigte die Federal Communications Commission (FCC) an, dass sie Regeln verabschiedet, um das 6-GHz-Band (5,925-7,125 GHz) für die unlizenzierte Nutzung auch für WiFi 6 zu öffnen.

Der mit Spannung erwartete Schritt steigert die Erwartungen für eine erhöhte Geschwindigkeit, die weit über die bereits geschätzten 30-40 % im Vergleich zum bisherigen IEEE 802.11ac-Standard hinausgeht. Auch eine deutliche Steigerung der Bandbreite wird erwartet.

Doch trotz der Betonung dieser Vorteile ist eines der größten Probleme von WiFi die Latenz, also die Zeitverzögerung, die für das drahtlose Senden und Empfangen großer Informationsmengen benötigt wird.

Obwohl viele Anwendungen davon relativ unbeeinflusst sind, gehören zu den latenzempfindlichen Anwendungen Augmented/Virtual Reality, öffentliche Zugangspunkte mit einer großen Anzahl von Benutzern und hochauflösende Videoübertragungen. Da WiFi 6 eine Reduzierung der Latenzzeit um etwa 75 % verspricht, sind viele Produktentwickler verständlicherweise begeistert.

Allerdings ist die Erweiterung der verfügbaren Frequenzen für den neuen WiFi 6-Standard - als WiFi 6E bezeichnet - nur ein Teil des Puzzles, wenn es um die Reduzierung der Latenz geht. Die WiFi 6 und jetzt auch 6E-fähigen Geräte, die sich mit diesen Netzwerken verbinden, müssen auch mit modernsten HF-Komponenten entwickelt werden, die die Latenz auf ein Niveau minimieren, das bisher als unerreichbar galt.

Latenz ist für bestimmte Anwendungen immer noch ein Thema", erklärt Manuel Carmona von Johanson Technology, einem führenden Anbieter von Hochfrequenz-Keramikkomponenten. "Zum Beispiel gibt es eine Latenzzeit von 300-400 Millisekunden [mit IEEE 80211.ac] für Online-Videokonferenzen. Das macht es schwierig, z. B. live mit den Bandkollegen zu jammen. WiFi 6 und 6E, kombiniert mit HF-Komponenten mit extrem niedriger Latenz, werden viele dieser Probleme lösen."

Bandpass-Filter

Johanson-Bandpassfilter, entwickelt für WiFi 6E-Anwendungen.
Johanson-Bandpassfilter, entwickelt für WiFi 6E-Anwendungen.

Zu den kritischsten Komponenten für jedes drahtlose HF-Gerät gehören die Bandpassfilter, die das Signal innerhalb der zugewiesenen, von der FCC festgelegten Frequenzen halten. Um diese neuen Anforderungen zu erfüllen und innerhalb der spezifizierten Frequenzen zu bleiben, werden WiFi-RF-Chipsätze benötigt, die die richtige Filterung für eine optimale FCC/ETSI-Konformität auf kleinstem Raum bieten können.

Dies kann jedoch angesichts der Nähe der ursprünglichen WiFi 6-Frequenzen zu denen des 802.11ac und mit WiFi 6E zum Ultrabreitband neben anderen aktiven Bändern in der Nähe des Spektrums eine Herausforderung sein.

"Es ist eine Herausforderung, einen Bandpassfilter zu entwerfen, der scharf genug ist, um die unerwünschten Frequenzen direkt neben denen zu unterdrücken, die man durchlassen will", erklärt Carmona. "Dazu braucht man eine wirklich scharfe Schürze, damit der Filter selektiver ist. Normalerweise erfordert dieses teurere Technologien wie SAW [surface-acoustic-wave], BAW [bulk-acoustic-wave] oder FBAR [thin-film bulk acoustic resonator]."

Glücklicherweise gibt es passive oberflächenmontierte Bandpassfilter, die jetzt von Herstellern von HF-Komponenten entwickelt werden, um den neuen WiFi 6E-Standard zu erfüllen, die kostengünstig sind, eine geringe Einfügedämpfung haben, in viel kleineren Grundflächen verfügbar sind und keinen Strom aus der Batterie ziehen.

Johanson Technology hat zum Beispiel gerade sein erstes keramisches SMT-Bandpassfilter (p/n: 6530BP44A1190) herausgebracht, das einen Durchlassbereich von 5925-7125 MHz hat und gleichzeitig andere störende Bänder zurückhält.

Das Produkt verwendet ein neuartiges, proprietäres Keramikmaterial in einem LTCC-Fertigungsprozess (Low Temperature Co-fired Ceramic), der eine ähnliche Leistung wie bei High-Q-Standards ermöglicht. Der High-Q-Faktor ist ein einheitenloser numerischer Wert, der die Leistung einer HF-Komponente darstellt.

zum Magazin