В данной статье представлен обзор ключевых технологий, которые, как ожидается, войдут в стандарт 802.11bn, а также их сравнение с функциями, впервые появившимися в стандартах 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) и 802.11be (Wi-Fi 7). Также рассматривается текущее состояние поддержки диапазона 6 ГГц.

Рисунок 1. Возможности UHR

 

* Wi-Fi Alliance® и Wi-Fi® являются зарегистрированными товарными знаками Wi-Fi Alliance®.

 

Завершение процесса стандартизации IEEE 802.11bn запланировано на 2028 год.

Рисунок 2. График разработки стандарта 802.11bn

Стандарт IEEE 802.11 определяет работу первого уровня эталонной модели OSI - физического уровня (PHY), а также второго уровня - канального уровня (Data Link Layer). Канальный уровень, в свою очередь, подразделяется на два подуровня: управление логическим каналом (Logical Link Control, LLC) и управление доступом к среде передачи (Medium Access Control, MAC).

Ожидается, что основные характеристики стандарта 802.11bn (рабочие диапазоны частот, ширина полосы канала, схемы модуляции и т. д.) останутся такими же, как у 802.11be (Wi-Fi 7). При этом новый стандарт ориентирован на повышение надежности за счет существенного совершенствования существующих уровней MAC и PHY.

Таблица 1. Основные характеристики стандартов 802.11ax, 802.11be и 802.11bn

 

Таблица 2. Различия между уровнями MAC и PHY в стандартах 802.11ax, 802.11be и 802.11bn

Технология Multi-Link Operation (MLO), впервые представленная в стандарте 802.11be (Wi-Fi 7), позволяет устройству Wi-Fi одновременно передавать и принимать данные через различные диапазоны частот и каналы при взаимодействии с точкой доступа (AP). Например, смартфон, подключенный к маршрутизатору (при условии, что оба устройства поддерживают MLO), может одновременно передавать данные по каналу 2,4 ГГц и принимать данные по каналу 5 ГГц.

Ожидается, что стандарт 802.11bn расширит возможности MLO за счет новых функций энергосбережения. Это позволит устройствам с поддержкой MLO более эффективно расходовать энергию при одновременной передаче данных по нескольким каналам связи.

По мере стремительного распространения устройств Wi-Fi ячеистые сети (Mesh), состоящие из нескольких точек доступа, становятся стандартной архитектурой для беспроводных сетей внутри помещений. Multi-AP Coordination (MAPC) - это технология, оптимизирующая передачу данных за счет координации работы соседних точек доступа. В рамках такой координации точки доступа согласованно изменяют направления формирования луча, уровни мощности передачи и (или) временные параметры работы. Это позволяет снизить уровень радиопомех и количество коллизий между точками доступа, а также повысить общую производительность беспроводной сети.

Ожидается, что стандарт 802.11bn введет новую архитектуру, включающую механизмы и процедуры координации, которые позволят точкам доступа взаимодействовать друг с другом для повышения надежности передачи данных. Эти механизмы будут основаны на технологиях и концепциях, определенных в предыдущих версиях стандартов Wi-Fi. Их основная задача - максимально использовать преимущества ячеистой сети при минимизации присущих ей недостатков.

Поскольку ключевыми целями UHR являются надежность и эффективность, предполагается, что данные механизмы позволят повысить производительность сети с точки зрения спектральной эффективности, устойчивости к помехам и энергоэффективности.

В рамках MAPC рассматриваются четыре возможные схемы координации:

·        Coordinated Beamforming (Co-BF) - координированное формирование луча;

·        Coordinated Spatial Reuse (Co-SR) - координированное повторное пространственное использование;

·        Coordinated Time Division Multiple Access (Co-TDMA) - координированный множественный доступ с временным разделением;

·        Coordinated Restricted Target Wake Time (Co-RTWT) - координированное использование режима Restricted Target Wake Time.

 

Технология beamforming (формирование луча) заключается в концентрации беспроводного сигнала в определенном направлении вместо его равномерного распространения во все стороны. Антенная решетка совместно с средствами обработки сигнала, сначала определяет местоположение целевого устройства, после чего изменяет фазу и мощность передаваемого сигнала таким образом, чтобы сформировать луч, направленный в его сторону. Этот процесс является динамическим: параметры луча непрерывно корректируются по мере перемещения устройства и изменения окружающей среды. Технология формирования луча активно развивается начиная со стандарта 802.11n (Wi-Fi 4), особенно в сочетании с технологией MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Благодаря дальнейшему развитию MU-MIMO (Multi-User MIMO) в стандартах 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) и 802.11be (Wi-Fi 7) удалось повысить эффективность формирования луча и снизить уровень взаимных помех.

 

Рисунок 3. Координированное формирование луча (Co-BF)

• Координированное повторное пространственное использование (Coordinated Spatial Reuse, Co-SR)

Spatial Reuse (SR) - это технология, впервые представленная в стандарте 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) и предназначенная главным образом для снижения соканальных помех между двумя соседними точками доступа. Принцип ее работы основан на том, что устройства Wi-Fi идентифицируют каждую передачу данных по назначенному ей идентификатору Basic Service Set (BSS) Color и соответствующим образом адаптируют собственную передачу.

При использовании технологии пространственного повторного использования устройство может выполнять параллельную передачу данных при условии, что мощность его передатчика остается в допустимых пределах. Кроме того, устройство может игнорировать другие передачи с низкой мощностью, если они относятся к сети с другим BSS Color, благодаря чему канал остается менее загруженным, а уровень взаимных помех и вероятность коллизий снижаются. В результате повышается эффективность использования среды передачи за счет увеличения количества одновременных передач. Coordinated Spatial Reuse (Co-SR) развивает концепцию SR, распространяя ее на несколько точек доступа.

Основная цель технологии - увеличить число одновременных передач в сети за счет согласованного управления мощностью передачи различных точек доступа. Соседние точки доступа могут обмениваться информацией и динамически регулировать свою мощность передачи (Tx Power). Такое совместное управление мощностью дополняет традиционный механизм SR, позволяя выполнять большее количество параллельных передач при минимальном уровне взаимных помех, что приводит к увеличению фактической пропускной способности сети.

Рисунок 4. Координированное повторное пространственно

Time Division Multiple Access (TDMA) - широко известная технология множественного доступа, применяемая в мобильных системах связи, при которой частотный канал разделяется на отдельные временные интервалы. Это позволяет нескольким устройствам совместно использовать один и тот же частотный ресурс без взаимных помех, поскольку каждому из них выделяется собственный временной слот для передачи данных. Использование TDMA снижает количество коллизий, повышая надежность соединения и эффективную пропускную способность сети.

Coordinated TDMA (Co-TDMA) представляет собой механизм, при котором точки доступа могут совместно использовать выделенные им временные ресурсы. Точка доступа может объявить о наличии свободного временного интервала и предоставить его другим точкам доступа для передачи данных. После выделения такого ресурса координируемая точка доступа получает возможность использовать данный временной слот для передачи или приема данных. Если часть выделенного времени остается невостребованной, она может быть возвращена точке доступа, первоначально предоставившей этот ресурс.

Совместное использование временных ресурсов между точками доступа позволяет более эффективно использовать частотный канал, повышает общую производительность сети, снижает вероятность возникновения взаимных помех и обеспечивает более стабильную и надежную передачу данных.

В стандарте 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) была представлена функция Target Wake Time (TWT), определяющая интервалы времени, в течение которых устройство должно активироваться для передачи данных. Вне этих интервалов устройство Wi-Fi переходит в спящий режим (режим пониженного энергопотребления), ожидая следующего периода, когда потребуется передача или прием данных. Такой механизм снижает энергопотребление и увеличивает время автономной работы устройств с батарейным питанием.

Стандарт 802.11be (Wi-Fi 7) усовершенствовал механизм TWT, введя режим Restricted Target Wake Time (R-TWT). Он позволяет устройствам активироваться в те временные интервалы, когда им необходимо обмениваться данными. Coordinated Restricted Target Wake Time (Co-RTWT) расширяет возможности R-TWT, распространяя их на всю сеть, состоящую из нескольких точек доступа. Новые правила согласования параметров и доступа к каналу обеспечивают более эффективное управление расписанием перехода координируемых точек доступа в активный и спящий режимы. Это позволяет максимально использовать преимущества технологии R-TWT, дополнительно снижая число коллизий и повышая общую производительность.

Enhanced Long Range (ELR) - это технология, основанная на новом формате передачи данных, которая обеспечивает повышение энергетической и спектральной эффективности при работе на увеличенных расстояниях. Ожидается, что применение данной технологии позволит повысить фактическую скорость передачи данных, а также увеличить мощность передачи, благодаря чему будет расширена зона покрытия точек доступа.

Рисунок 5. Увеличение зоны покрытия с использованием ELR

Технология Unequal Modulation (UEQM) позволяет использовать различные порядки модуляции для отдельных пространственных потоков, применяемых в системах MIMO и при формировании луча. Впервые поддержка UEQM появилась в стандарте 802.11n (Wi-Fi 4). Однако начиная со стандарта 802.11ac (Wi-Fi 5) и во всех последующих версиях использовалась только технология Equal Modulation (EQM), при которой все пространственные потоки модулируются с использованием одинакового порядка модуляции. Для повышения производительности и надежности передачи данных с использованием технологии формирования луча предполагается повторное внедрение UEQM в стандарте 802.11bn. При этом технология сможет использоваться совместно с EQM, определенной в предыдущих версиях стандарта.

Аналогично спецификации 802.11n (Wi-Fi 4), предлагаемая реализация UEQM в стандарте 802.11bn предусматривает использование более высоких порядков модуляции для приоритетных пространственных потоков. Во всех поддерживаемых схемах потоку Stream 1 всегда назначается максимальный доступный порядок модуляции (например, 64-QAM), тогда как для остальных пространственных потоков (до Stream 4) используется либо такой же, либо более низкий порядок модуляции (например, QPSK). Для дальнейшего повышения эффективности технологии UEQM также рассматриваются новые комбинации существующих порядков модуляции и скоростей кодирования.

Технология UEQM обеспечивает следующие преимущества:

·        Динамическая адаптация пространственных потоков в соответствии с текущим состоянием радиоканала. Каналы с лучшими характеристиками могут использовать более высокие порядки модуляции, передавая больше данных в одном символе, тогда как для менее качественных каналов применяются более низкие порядки модуляции, что повышает надежность и эффективность передачи.

·        Более эффективное использование выделенного спектра, особенно при одновременном обслуживании нескольких пользователей. Порядок модуляции может адаптироваться в соответствии с требованиями передачи данных каждого пользователя. 

Рисунок 6. Сравнение EQM и UEQM (число пространственных потоков - 4)

Ожидается, что в стандарте 802.11bn будет определен новый метод распределения ресурсных блоков (Resource Unit, RU), основанный на использовании Distributed-tone Resource Unit (DRU). В его основе лежат новый план распределения тонов и схема их размещения, направленные на повышение энергоэффективности, улучшение управления мощностью передачи и увеличение дальности связи.

По сравнению с Single RU (SRU) (также называемым Regular RU (RRU)), который можно представить как непрерывный блок ресурсных элементов, DRU содержит такое же количество тонов (поднесущих), однако они распределены по всей полосе частот, называемой полосой распределения (Distribution Bandwidth, DBW). Таким образом, DRU представляет собой непрерывный ресурсный блок, состоящий из разнесенных поднесущих, которые чередуются с поднесущими других DRU в пределах DBW. Если в SRU выделенные тоны занимают непрерывный участок спектра, то в DRU они распределяются по всей полосе распределения через заранее определенные интервалы.

Такой подход позволяет увеличить эффективную мощность передачи, а также повысить качество и надежность передачи данных, особенно в сетях с высокой плотностью устройств. В стандарте 802.11be (Wi-Fi 7) была введена поддержка Multiple Resource Unit (MRU), обеспечивающая более гибкое распределение ресурсных блоков и более эффективное использование полосы пропускания. Новый механизм DRU развивает эти возможности, повышая устойчивость к помехам и увеличивая фактическую пропускную способность сети.

Рисунок 7. Сравнение MRU и SRU с DRU

 

Ожидается, что благодаря перечисленным технологиям стандарт 802.11bn обеспечит более эффективное использование полосы пропускания и повысит надежность соединений и передачи данных. Использование таких технологий, как координация нескольких точек доступа (MAPC), UEQM и DRU, позволит устранить многие факторы, снижающие эффективную пропускную способность и вызывающие нестабильную работу сетей Wi-Fi. Кроме того, внедрение новых механизмов управления энергопотреблением и новых комбинаций параметров модуляции позволит значительно повысить как энергетическую, так и спектральную эффективность. Как следует из самого названия Ultra High Reliability (UHR), основной целью внедрения этих технологий является существенное повышение надежности сетей Wi-Fi, что обеспечит более стабильное соединение и более высокое качество пользовательского опыта.

 

Поддержка диапазона 6 ГГц для беспроводных локальных сетей впервые появилась в стандарте 802.11ax (Wi-Fi 6E) и получила дальнейшее развитие в 802.11be (Wi-Fi 7), включая соответствующие режимы мощности. Поддержка диапазона 6 ГГц будет сохранена и в разрабатываемом стандарте 802.11bn.

Диапазон 6 ГГц хорошо подходит для технологий беспроводных локальных сетей благодаря значительно большей доступной полосе частот по сравнению с диапазонами 2,4 ГГц и 5 ГГц. Он поддерживает большее количество каналов и менее подвержен помехам со стороны других беспроводных устройств. По мере того как распределение диапазона 6 ГГц получает все более широкое распространение в разных странах мира, возможности дальнейшего развития технологий WLAN продолжают расширяться.

Диапазон 6 ГГц охватывает полосу шириной 1200 МГц - от 5,925 до 7,125 ГГц. В некоторых странах, включая США (на рисунке отмечены зеленым цветом), для беспроводных локальных сетей выделена вся полоса шириной 1200 МГц, что позволяет использовать три канала шириной 320 МГц. В других странах (на рисунке отмечены красным цветом) для этих целей выделены только нижние 500 МГц, поскольку оставшаяся часть диапазона 6 ГГц используется другими службами связи, например фиксированной и спутниковой. Во избежание взаимных помех с этими службами распределение диапазона 6 ГГц в таких странах осуществляется поэтапно.

Источник: Wi-Fi Alliance https://www.wi-fi.org/regulations-enabling-6-ГГц-wi-fi

Рисунок 8. Распределение диапазона 6 ГГц по регионам (март 2025 г.)

 

Компания Anritsu предлагает измерительный комплекс Wireless Connectivity Test Set MT8862A, предназначенный для измерения радиочастотных характеристик передачи устройств WLAN, поддерживающих стандарты IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax/be в диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Комплекс обладает следующими возможностями, позволяющими упростить разработку и испытания устройств, соответствующих требованиям стандарта IEEE 802.11be:

• Network Mode - установление соединения с устройствами WLAN посредством сигнального обмена по протоколу WLAN (WLAN Signaling), что обеспечивает выполнение измерений.

• Поддержка стандартов IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax/be, включая диапазон 6 ГГц и ширину полосы канала 320 МГц.

• Измерение чувствительности приемника (Rx Sensitivity) и мощности передачи (Tx Power) для конфигурации 2×2 MIMO.

• Дистанционное управление прибором и просмотр результатов измерений через веб-браузер с использованием встроенного веб-сервера.

Рисунок 9. Измерительный комплекс для тестирования беспроводной связи MT8862A

Дополнительную информацию о Wireless Connectivity Test Set MT8862A можно найти на нашем сайте