Wi-Fi 6: mejora de la canalización de datos en automoción

A medida que los automóviles se vuelven cada vez más dependientes de la conectividad inalámbrica, aumentan las demandas de Wi-Fi en el vehículo. Wi-Fi 6 acelerará y optimizará la conectividad en automoción, aumentando la capacidad y agregando una flexibilidad sin precedentes dentro y fuera del automóvil.
Nuestros automóviles están cada vez más conectados, vinculando componentes dentro de los propios vehículos y más allá: a Internet, a otros vehículos y a los sistemas de gestión del tráfico. Con sólo centrarnos en Bluetooth y Wi-Fi, podemos ver cómo la funcionalidad ha aumentado en los últimos diez años. Comenzó con el simple manos libres Bluetooth (HFP) y, tal vez, un punto de acceso Wi-Fi. Siguió la transmisión de audio habilitada para Bluetooth (A2DP), junto con Wi-Fi multifunción, multipropósito y uso compartido de pantalla habilitado para Wi-Fi. Ahora se está generalizando una funcionalidad más avanzada, incluida la recopilación de datos de sensores inalámbricos, actualizaciones de firmware inalámbricas, cargas de datos continuas, control de carga de vehículos eléctricos y conectividad en red local, por ejemplo, en estacionamientos. La dependencia de la transferencia inalámbrica de datos seguirá creciendo. A medida que los sistemas de conducción autónomos entren en el mercado en diferentes etapas, veremos que las necesidades de transferencia de datos aumentan entre los automóviles y los diferentes sistemas basados en la nube, y entre los vehículos en el tráfico. La comunicación de vehículo a todo (V2X) se maneja específicamente mediante su propia solución dedicada basada en Wi-Fi (IEEE 802.11p / bd), potencialmente combinada, a largo plazo, con telefonía movil V2X (C-V2X). Y luego está el entretenimiento en el vehículo: demasiado popular y, en términos de requisitos de ancho de banda, demasiado exigente para pasarlo por alto. El Informe de movilidad de Ericsson prevé que el tráfico de video móvil continuará creciendo en porcentaje y volumen del 63% y 38 Exabytes por mes en el tercer trimestre de 2019 al 75% de todo el tráfico de datos móviles y 160 Exabytes por mes en 2025. Se espera que una parte creciente de este entretenimiento de video se consuma en automóviles, ya que las pantallas en los vehículos se están volviendo más populares y los sistemas de información y entretenimiento están mejorando.
El coche se está llenando
Pero a medida que aumenta el número de áreas de aplicación y ejemplos de uso conectados de forma inalámbrica en automoción, también lo hace el riesgo de congestión de la señal, que puede afectar el rendimiento. Reducir tal degradación del sistema se está volviendo vital. Nuestros coches se están abarrotando, y la enorme combinación de aplicaciones, cada una con su propio conjunto de características y requisitos del sistema, está imponiendo mayores exigencias sobre cómo gestiona sus recursos el sistema Wi-Fi. Wi-Fi 6, la última generación de tecnología Wi-Fi para el campo de la automoción, promete resolver muchos de estos desafíos emergentes acelerando y optimizando la conectividad. En los próximos años, se espera que Wi-Fi 6 (también conocido como 802.11ax en las comunidades de estandarización) se convierta en un habilitador clave en las áreas de sistemas de automoción, incluidas las unidades de información y entretenimiento, unidades de control telemático y sistemas avanzados de asistencia al conductor. ABI Research estima que el 50% (35 millones de unidades) de los envíos de chipsets Wi-Fi para automoción en 2023 y el 70% (50 millones de unidades) en 2024 serán Wi-Fi 6.
Hacia una solución preparada para el futuro
Tanto Bluetooth como Wi-Fi 802.11b / g original operan en la banda de 2,4 GHz, donde compiten por los mismos recursos de espectro. A medida que aumentan las necesidades de ancho de banda para los casos de uso de Wi-Fi emergentes, cada vez se abordan más en la banda de 5 GHz, en una combinación de las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz o, una vez que Wi-Fi 6E esté disponible, en una nueva banda de 6 GHz. A medida que más tráfico de datos migra a frecuencias más altas, liberará recursos en la banda de 2,4 GHz, lo que permitirá una mayor expansión de la conectividad Bluetooth de bajo coste y bajo consumo. Además de depender de Bluetooth y Wi-Fi, los casos de uso que ofrecen una experiencia de usuario mejorada, seguridad y protección deberían poder aprovechar las tecnologías celulares 4G y 5G para un alcance más largo y una cobertura más amplia con altas tasas de datos y baja latencia. En los casos en que las velocidades de datos son muy altas y muchos automóviles se encuentran dentro de un área geográfica limitada, la red móvil y Wi-Fi podrían funcionar simultáneamente. En los casos de uso en los que se espera que Wi-Fi sea el portador dominante, en el garaje, la gasolinera o la estación de carga, o en los estacionamientos, podrá manejar las altas velocidades de datos por sí solo. El precio de estas funcionalidades inalámbricas, y el aumento de rendimiento y funcionalidad que aportan, será un mayor consumo de energía por parte del vehículo. Sin embargo, el avance en los últimos estándares inalámbricos, la evolución de los conjuntos de chips y los protocolos de software eficientes allanarán el camino para que los vehículos brinden una funcionalidad que va mucho más allá del concepto anterior de “smartphone sobre ruedas”.
La solución Wi-Fi 6
Wi-Fi 6 se convertirá en un habilitador clave para los automóviles completamente conectados. Su mejora más significativa con respecto a su predecesor es en términos de mayor eficiencia espectral, con un aumento de hasta cuatro veces en la capacidad de ancho de banda. Esto le permitirá tanto atender a más clientes por punto de acceso, como habilitar nuevos casos de uso de gran ancho de banda, por ejemplo, la transmisión de video de ultra alta resolución. La mayor flexibilidad hace que Wi-Fi 6 se adapte mejor para servir a los clientes que utilizan cantidades más pequeñas de datos, sin reservar gastos innecesarios. Además, si bien las versiones anteriores de Wi-Fi se adaptaron a las necesidades de pocos clientes, principalmente en interiores, el enfoque de Wi-Fi 6 está en la calidad de la experiencia de una multitud de clientes en entornos más concurridos. Particularmente interesantes para los casos de uso en automoción serán las mejoras que aporta en términos de mayor alcance y mejor cobertura en exteriores. Al explotar de manera más eficiente el ancho de banda disponible para pequeñas cantidades de tráfico de datos y al usar una implementación de chip limitada a un ancho de banda de 20 MHz, la tecnología Wi-Fi 6 puede habilitar soluciones basadas en Wi-Fi de baja complejidad y potencia para el segmento de IoT en dispositivos restringidos.
Una mirada debajo del capó
¿Cómo Wi-Fi 6 hace lo que hace? Por un lado, utiliza el esquema de modulación digital de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) tanto en el enlace ascendente como en el descendente. Al dividir cada canal de transmisión OFDMA en pequeños subcanales (unidades de recursos) que pueden canalizar simultáneamente paquetes desde un punto de acceso a múltiples usuarios, aumenta la cantidad de usuarios que pueden comunicarse simultáneamente. Entonces, OFDMA utiliza una señal de multiplexación en el dominio de frecuencia ortogonal más larga, que ofrece un uso mejorado de los subcanales y una mayor resistencia al desvanecimiento por trayectos múltiples al agregar un prefijo cíclico más largo entre símbolos individuales. Junto con los nuevas cabeceras PHY, esto ofrece una mayor robustez en entornos al aire libre. Wi-Fi 6 utiliza además hasta 8 por 8 multiusuarios de múltiples entradas y múltiples salidas (MU-MIMO) en el enlace ascendente y el enlace descendente para ofrecer un mayor rendimiento con más flujos espaciales y modulación de amplitud en cuadratura 1024 (1024) QAM) para un mayor rendimiento pico a distancias cortas. Otras características incluyen la reutilización espacial, también conocida como coloración BSS, que permite que varios canales con el mismo “código de color” se combinen para transmitir mensajes. Y el tiempo de activación objetivo (TWT) permite a los clientes ahorrar energía al ingresar a modos de bajo consumo cuando están inactivos.
Debido a la mayor capacidad y flexibilidad, mayor ancho de banda y mayor cobertura que brinda, esperamos que el nuevo estándar inalámbrico sea adoptado por la industria de la automoción. Queda por ver cómo, precisamente, los OEM individuales y los Tier 1 deciden implementarlo. A lo largo de los años, hemos visto cómo diferentes fabricantes se han movido en direcciones ligeramente diferentes en la forma en que dividen los diversos sistemas Wi-Fi en el vehículo: ya sea para adaptarse a la forma funcional de uso (TCU, IVI, ADAS, EVCC), una combinación de uso de costes optimizados, o un despliegue más físico, p. ej. comunicación dentro o fuera del vehículo. Era de esperar esta diversidad de enfoques, ya que la tecnología está evolucionando en paralelo con el creciente número de casos y áreas de uso. Lo mismo ocurre con la forma en que se implementan las propias soluciones Wi-Fi y Bluetooth. Algunos fabricantes prefieren una implementación de chip-on-board donde el chip de Wi-Fi es implementado en una solución de PCB por los propios fabricantes de equipos originales o de nivel 1. En casos excepcionales, esto puede ofrecer una solución más personalizada o flexible con una lista de materiales más optimizada. Dicho esto, en la mayoría de los casos una solución de módulo precertificado traerá más ventajas, por lo general reduciendo el tiempo de desarrollo y simplificando el diseño de PCB y dispositivos, así como la migración a la tecnología de próxima generación. En resumen, estas ventajas aseguran el tiempo de comercialización, mejoran el coste directo e indirecto y reducen el riesgo.
Wi-Fi 6: un antídoto para el exceso de ancho de banda
A medida que los vehículos adquieren una funcionalidad cada vez más avanzada para aumentar la seguridad, la comodidad y la conveniencia, el Wi-Fi seguirá creciendo en importancia como un habilitador crítico de la conectividad inalámbrica dentro, más allá y entre los vehículos, lo que garantiza una conectividad fiable para una lista creciente de casos de uso. . Las generaciones actuales de tecnología Wi-Fi seguirán siendo relevantes automoción durante los próximos años, pero confiar solo en ellas para satisfacer esta creciente demanda de conectividad inalámbrica dentro y alrededor del vehículo aumentará el riesgo de congestión de la señal y un rendimiento reducido. Al aumentar la capacidad de ancho de banda, Wi-Fi 6 ofrecerá un antídoto para el aumento de la aglomeración al atender a más clientes por punto de acceso y permitir nuevos casos de uso de banda alta, mientras se amplía la cobertura al aire libre.