Wi-Fi 6 a jeho význam v automobilovém průmyslu

Nejnovější variantou WLAN (Wireless Local Area Network) se stává Wi-Fi 6, šestá (komerčně) úspěšná verze, pokud jde o standardy IEEE 802.11. Ačkoli v našem oboru oficiálně používáme označení IEEE 802.11, pro spotřebitele bude srozumitelnější právě Wi-Fi 6.

Další vývoj standardu WLAN vyžadují stále rostoucí požadavky zákazníků kladené na bezdrátovou propojitelnost. Jednou z klíčových potřeb jsou i vyšší přenosové rychlosti. Dřívější standardy, obzvláště pak Wi-Fi 5, vyšší rychlosti pro uživatele sice dokážou zajistit, ovšem pouze za ideálních „laboratorních“ podmínek. Wi-Fi 6 v tomto ohledu přináší nové prvky a technologii tak činí ještě robustnější, zatímco se ke slíbeným rychlostem dat přibližujeme i v reálném provozu.

Jeden z nejvýznačnějších pokroků oproti dřívějším standardům spočívá ve využití technologie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Podobně jako u mobilní technologie LTE mají uživatelé přiděleny konkrétní časové sloty na daných kmitočtech vysokofrekvenčního přenosu. To znamená, že komunikace mezi přístupovým bodem (AP) a stanicemi (STA) je řízena mnohem efektivněji, než tomu bylo dříve na základě technologie OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

OFDMA rovněž přináší odlišný způsob práce s kanály a dostupnými kmitočty. U starších standardů činí minimální šířka kanálu obvykle 20 MHz. Někdy lze dva sousední kanály spojit dohromady, takže se pozice nosné přesouvá doprostřed dvou kanálů. Můžeme tak vytvořit kanály s jinou šířkou, jako je 40 MHz, 80 MHz a 160 MHz, což umožňuje dosáhnout vyšší propustnosti výměnou za obsazení širšího pásma.

Obr. 1 K rozdílu mezi technologiemi OFDM a OFDMA

V případě Wi-Fi 6 se nejmenší dostupný celek pro přenos dat nazývá RU (Resource Unit). RU zde může obsahovat 26, 52, 106, 242, 484 nebo 997 pomocných nosných. Díky rozestupům pro subnosné u Wi-Fi 6 na 78,125 kHz pak bude minimální velikost RU zabírat v kmitočtovém pásmu přibližně 2 MHz, takže lze v porovnání s dřívějšími standardy lépe pracovat se spektrem.

Vedle zlepšené spektrální účinnosti nám díky modulaci 1024QAM rovněž poroste maximální počet vysílaných bitů na symbol. Takový způsob modulace pak mapuje 10 bitů zprávy na jeden přenesený symbol (210 = 1 024). Oproti předchozím standardům tak s Wi-Fi 6 můžeme dosáhnout vyšších rychlostí. Jiná je i doba trvání symbolů, která se nyní díky rozestupům subnosných s vyšší hustotou zvýšila čtyřnásobně. Vyjádření signálu ve frekvenční a také časové oblasti jdou jednoduše proti sobě a nám se proto zvyšuje i robustnost systému, zejména při venkovním použití.

Sítě WLAN se v minulé dekádě neomezovaly pouze na klasické využití uvnitř budov, jako jsou domácnosti, kanceláře, letiště nebo nákupní centra, ale setkávali jsme se s nimi také venku, třeba v parcích a na lavičkách. Obrovský rozmach, pokud jde o pokrytí signálem Wi-Fi, rovněž sledujeme v dopravě – ve vlacích, letadlech, na lodích či v autobusech, které jsou nyní pro pohodlí cestujících všechny vybaveny hotspoty WLAN. Pasažéři zde mohou pokračovat v práci na svém počítači a brouzdat po internetu nebo používat sociální sítě. A výjimkou pro zmíněný trend nebude ani automobilový průmysl.

Obr. 2 Detailní pohled na RU s 26 a 52 subnosnými a indexy pro pilotní složky

Navzdory všem výhodám ale může všudypřítomný výskyt aktivně komunikujících zařízení WLAN vytvářet vzájemné elektromagnetické interference snižující celkovou výkonnost WLAN. Do určité míry to lze zmírnit díky Wi-Fi 6 využívající metod, jako je dynamická OBSS-PD (OBSS Packet Detection), která za účelem detekce správného příchozího signálu přizpůsobí různé prahové hodnoty pro energie. Hlavní příčinou interferencí však bude způsob využívání kmitočtového pásma. Až do Wi-Fi 6 jsme přitom měli definována pouze dvě pásma, 2,4 GHz a 5,0 GHz.

Dokud ještě nebyly standardy WLAN tak populární a rozšířené, jako je tomu dnes, obě tato pásma stačila k tomu, aby obsloužila uživatele a vyhověla i požadavkům na přenosové rychlosti. V reakci na stále rostoucí požadavky spojené s vysokou propustností a také celkovou spolehlivostí se pak pro účely WLAN a příslušných kanálů navrhlo nové kmitočtové pásmo 6 GHz. Začíná již na 5,925 GHz a pokračuje dále až do 7,125 GHz, takže máme ve spektru k dispozici dalších 1 200 MHz.

Výrobci automobilů chtějí s ohledem na budoucí požadavky vybavit TCU (Telematics Control Unit) ve vozech nejnovějším standardem Wi-Fi. Z tohoto pohledu je Wi-Fi 6 perfektním kandidátem, nicméně před nasazením jakékoli bezdrátové sítě se nutně potřebujeme ujistit, že bude pracovat dle očekávání. Wi-Fi 6 si tedy otestujeme ještě předtím, než může být v nových modelech automobilů oficiálně podporována.

Kabina vozu se totiž může lišit vlastnostmi ovlivňujícími přenos signálu, kdy celkovou výkonnost Wi-Fi ve vozidle ovlivňuje řada vstupních proměnných. Důležité je proto vybrat nejlepší pozici pro anténu (či antény) Wi-Fi a zamezit uvnitř automobilu i použití materiálů, které by dokázaly bezdrátové signály blokovat nebo pohlcovat.

Chování Wi-Fi 6 lze u vozidel zjistit s testerem WLAN MT8862A od společnosti Anritsu nabízejícím široký dynamický rozsah umožňující testy OTA (Over-The-Air) v kabině vozu pro měření fyzických vlastností vf kanálu. Poplatně IP je také možné provádět testy konektivity, a to až do standardu Wi-Fi 5. Díky tomuto přístroji pak může automobilka optimalizovat vlastnosti Wi-Fi a zajistit skvělé QoE (Quality of Experience), které bude posádce vyhovovat.

Obr. 3 WLAN tester MT8862A od společnosti Anritsu

Výrobci automobilů, resp. i firmy (Tier 1) dokážou rovněž otestovat interoperabilitu mnoha bezdrátově provázaných zařízení, kdy se paralelně zkouší řada technologií s cílem zjistit, jakým způsobem je ovlivněna kvalita signálů WLAN. Eventuálně lze provádět i test přijímače (test citlivosti), když výkonový výstup u přístroje MT8862A postupně snižujeme. O zkoumaném zařízení DUT (Device Under Test) nám pro dané prostředí ledaco napoví rostoucí četnosti Packer Error Rate a Frame Error Rate. Spojení s DUT můžeme dále zhoršovat i na základě zdroje rušení s následnou analýzou.

Nově doplněná podpora Wi-Fi 6E umožňuje testovat s MT8862A v pásmu 6 GHz, které vnáší své vlastní možné zdroje elektromagnetického rušení. Vedle měření celkové citlivosti je v tomto pásmu stále možné testovat vysílač. Měření z pohledu výkonu, spektrální masky a také přesnosti modulace máme zřetelně zobrazeno v hlavním okně vzdáleného GUI (Graphical User Interface), zatímco jsou podrobnější informace o jednotlivých měřeních k dispozici v okně s numerickými výsledky.

Obr. 4 Vzdálené GUI pro MT8862A

Vzdálené GUI může také zprostředkovat více informací o připojeném DUT, např. jeho MAC adresu, podporované standardy, hodnoty MCS a další. V rámci rozhraní GUI lze rovněž zvolit způsob šifrování – WEP, WPA / WPA2-Personal / WPA3-Personal. IP adresa DUT může být přidělena buď staticky, nebo dynamicky, a to díky vlastnímu serveru DHCP. V GUI lze volit i mnohem častější parametry sítě WLAN, jako je název SSID a heslo (bude-li použito šifrování).

Veškeré kroky GUI lze dále automatizovat díky rozhraní pro dálkové řízení, které se může hodit při požadavku na automatizaci měření. Za tímto účelem si mohou uživatelé zakoupit oficiální nástroje pro účely automatizace, jako jsou Smart Studio Manager (SSM) nebo Automation Test Software (ATS). Ti odvážnější pak půjdou ještě dále a všechno si vyřeší sami na základě skriptovacích jazyků typu Python. To, co bude při komunikaci s MT8862A zapotřebí, je najít správnou sadu příkazů a dotazů. Všechny zmíněné předpoklady pak z testeru WLAN MT8862A od firmy Anritsu činí ideálního společníka do laboratoře.