Introduktion till Wifi 6E – trådlöst med nytt frekvensband

Inledning

Utvecklingen av Wifi fortsätter och därmed tillkommer ständigt nya detaljer att ha koll på. En central detalj är att ha koll på den nya namngivningen, som för några år sedan bytte "802.11" och en ändelse mot en mindre tungvrickande kombination bestående av "Wifi" och en siffra. Wifi 6 är den senaste varianten, men tillägget som är Wifi 6E ändrar spelplanen en aning. Att få bättre koll på vad detta innebär i teori och praktik är kärnan i den här guiden.

Nya namn att hålla reda på

Jag har haft tillgång till två ASUS ZenWiFi Pro ET12 vid författandet av denna artikel. Dessa är utrustade med ASUS mesh-teknik AiMesh, och här hittas ett av de de sätt som man som privatperson kan dra nytta av Wifi 6E: kommunikation mellan accesspunkter, så kallad "backhaul"-nätverk.

Artikeln är inte ett test av routern, utan den har använts för att kunna testa möjligheter och begränsningar med 6 GHz-bandet.

Den som vill ha en lite djupare genomgång av Wifi 6 kan kika på min tidigare SweClockers artikel i ämnet, en kortare genomgång av Wifi 6 finns med nedan.

Nyheterna i Wifi 6

I vanlig ordning när en ny generation debuterar höjs hastigheten och hos Wifi 6 är det tre förändringar som bidrar till detta:

1. Packa data tätare

Wifi delar upp trafiken i tidsbegränsade delar som kallas "symbol". Här finns en passande liknelse med SSD-teknikens utveckling, som gått från endast en etta eller nolla per minnescell, till att möjliggöra fler nivåer. Ett sådan schema finns också hos Wifi och tekniken kallas QAM. Wifi 5-standaren använder QAM-256 och Wifi 6 ökade till QAM-1024. Förenklat uppför sig Wifi 6 som en SSD där varje cell kan lagra 1024 olika värden, vilket ger upp till 25 procent högre hastighet över Wifi 5.

2. "Fler antenner"

En annan förändring i Wifi 6 är att antalet "rumskanaler" (MIMO, Multiple Input Multiple Output) ökas till åtta. I ett vakuum är inte det så relevant då få kretsar för datorer och mobiler kan använda mer än två sådana kanaler, men i kombination med MU-MIMO (Multi User-MIMO) kan flera enheter sprida ut sig över de tillgängliga "rumskanalerna". MU-MIMO från accesspunkt till klienter kom med Wifi 5, men med Wifi 6 går det att göra samma sak i båda riktningarna.

3. Mer parallellism

Sista nyheten som ökar topprestanda är en ökning från 80 till 160 MHz breda kanaler på 5 GHz-bandet. Vi kommer tillbaka till just detta och hur Wifi 6E hjälper till.

Fler kan prata samtidigt

Den riktigt stora nyheten i Wifi 6 är något som kallas OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple‑Access). Ett problem med all trådlös kommunikation är att etern måste delas mellan alla närliggande stationer som jobbar på samma frekvens, där en station i sammanhanget är en Wifi-kapabel enhet som inkluderar både accesspunkter och klienter.

Historisk kunde endast en station sända på en viss frekvens, men med OFDMA kan flera stationer lägga in data parallellt genom att använda olika "underkanaler" (eng. sub-carriers). Med detta höjs taket för hur många samtida klienter som kan hanteras av ett enskilt Wifi-nätverk rejält. MU-MIMO hjälper också till på på denna punkt.

I bilden nedan illustreras en symbol med en horisontell rad, de olika färgerna symboliserar olika stationer.

Lägre latens

Wifi 6 har fler möjligheter att stoppa in små paket i det lediga utrymme som skapas av att större datamängder inte går jämnt upp med mängden data en symbol kan hålla. Det kan ses lite som att spela Tetris; Wifi 6 inför fusket att man kan bryta upp varje block för att lättare fylla alla rader fullt ut.

Wifi 6E

Tillägget "E" i namnet gör det klart att det inte handlar om en helt ny standard, utan en utökning (eng. extension) av existerande Wifi 6 standard.

Wifi 6E har en säkerhetsrelaterade nyhet, WPA2 (Wifi Protected Access version 2) uppdateras till WPA3 då det upptäckts en del svagheter i WPA2. Är det möjligt att köra WPA3 finns ingen anledning att stanna vid WPA2. Wifi alliance kräver WPA3 stöd för att en enhet ska passera deras Wifi 6E certifiering.

Sedan tidigare har Wifi använt de två separata frekvensbanden 2,4 GHz samt 5 GHz, Wifi 6E adderar 6 GHz-bandet till detta.

Den amerikanska organisationen FCC, United States Federal Communications Commission, delar in 6 GHz-bandet i fyra frekvensband med märkningarna U-NII-5, U-NII-6, U-NII-7 och U-NII-8. U-NII är förkortning för Unlicensed National Information Infrastructure och detta är frekvensband som går att utnyttja utan att behöva ansöka om någon licens.

Sommaren 2021 klubbade EU genom att medlemsländerna skulle göra så att nationella lagar och reglerna tillåter Wifi-utrustning att sända i spannet 5,925–6,425 GHz bandet, alltså det FCC kallar U-NII-5. Specifikt tillgängliggjordes 480 MHz, vilket ger följande antal kanaler:

I andra delar i världen, bland annat i USA, kan Wifi 6E används över U-NII-5 till U-NII-8. Detta översätts till spannet från 5,925 GHz till 7,125 GHz. Vi får vänta och se om EU väljer att tillgängliggöra fler kanaler framöver. En praktisk skillnad mellan EU och USA är att vi "endast" får utrymme för 24 stycken 20 MHz-kanaler, medan USA får hela 59 sådana.

Är Wifi 6E snabbare än Wifi 6?

I teorin är är det exakt samma hastighet oavsett om man använder 2,4 GHz, 5 GHz eller 6 GHz bandet, förutsatt att Wifi-versionen och kanalbandbredden är desamma. I praktiken är 2,4 GHz-bandet begränsat till maximalt 40 MHz kanalbredd, men det är sällan en bra idé att köra med mer än 20 MHz. Det finns bara tre stycken icke-överlappande 20 MHz-kanaler här, och endast plats for en 40 MHz-kanal.

Med 5 GHz-bandet är det möjligt att köra 160 MHz kanalbandbredd, men det är relativt få klienter som stödjer det. Även om stödet finns är det bara lämpligt med en så bred kanal på platser där få eller helst inga andra Wifi-nät finns. Bredare kanaler är nämligen känsligare för störningar. I hemmanätverk fungerar ofta 80 MHz kanalbredd väl. Om prestandan upplevs inkonsekvent kan det bero på störningar som kan mildras med smalare kanaler, i utbyte mot topprestanda.

I Sverige finns totalt 19 kanaler av 20 MHz-typ, 9 sådana på 40 MHz samt 4 stycken på 80 MHz, samtliga på 5 GHz-bandet. 160 MHz finns med i Wifi 6-standarden för 5 GHz, men i praktiken är det väldigt svår att använda dels på grund av endast 1 tillgänglig kanal, dels som en effekt av att många klienter som sagt saknar stöd för denna bredd.

Det är tydligt att området innebär mycket siffror, men det kan kokas ned till att 6 GHz-bandet i vissa lägen ger högre prestanda än 5 GHz-bandet. Dels då det finns fler kanaler, dels då räckvidden normalt sett är kortare på 6 GHz-bandet. Båda dessa medför att 80 MHz och till och med 160 MHz kanalbredd är användbara i fler fall.

Ovanpå det gör Wifi 6E kanalbredd om 160 MHz praktiskt användbart. Det kanske är lite begränsat inom EU då vi bara får tillgång till 3 kanaler, men de länder som öppnat hela 6-7 GHz-spektrumet har 7 kanaler. Sedan kvarstår naturligtvis att signalen lättare störs ju större kanalbredd som användas. Slutsatsen är att man kanske inte ska slänga sig efter Wifi 6E för att få högre prestanda. Nästa stora prestandalyft kommer först när Wifi 7 börjar hitta ut på marknaden.

Uppmätt nätverksprestanda jämfört med kanalbredd

Då undertecknad nämnt kanalbredd åtskilliga gånger kanske vän av ordningen undrar vilken effekt den har på nätverket. Att öka kanalbredden har en i teorin linjär påverkan på hur snabbt det går att föra över data via nätverket och i det här avsnittet testas detta i prakikten.

Följande tabell visar hastigheten mellan dator och accesspunkt på 5 GHz-bandet med olika kanalbredd. Testuppställningen har avstånd på cirka två meter och begränsas inte av några hinder.

På större avstånd, med hinder mellan stationerna eller om det finns väldigt många närliggande trådlösa nät, kan det bli problem med kommunikation. Detta kan ta sig uttryck i exempelvis väldigt hög varians på hastighet, tappade paket och så vidare. Smalare kanaler är mindre känsliga för störningen och således kan en sänkning kan lösa problemen.

Användarfall för Wifi 6E

Om möjligheten att dra Ethernet-kabel finns är det naturligtvis att föredra för att koppla ihop accesspunkter, framförallt om de likt Asus Zen Wifi Pro ET12 är utrustade med 2,5 Gbps-portar för detta ändamål.

Idag är det lite skralt med Wifi 6E-utrustade klientenheter, ovanpå det är räckvidden normalt kortare på 6 GHz jämfört med 5 GHz – och framförallt mot 2,4 GHz. Begränsningarna beskrivna ovan kan vändas till en fördel i just "backhaul"-fallet. Det är liten konkurrens med andra enheter och till skillnad mot klientenheter, som sällan har mer än 2×2 MIMO, är det fullt realistiskt att utrusta accesspunkter med fler "rumskanaler".

ASUS ZenWiFi Pro ET12 har 4×4 MIMO på 6 GHz-bandet. 4×4 MIMO kräver mer ström, men framförallt krävs mer utrymme för möjliggöra vettig separation på antennerna för att det ska fungera bra.

Kanalbredd om 80 MHz med 4×4 MIMO över Wifi 6 ger en maximal länkhastighet på hela 2,4 Gbps. Jag såg i praktiken ingen större skillnad med 160 MHz kanalbredd i uppmätt prestanda, men det gick att köra med och rapporterad länkhastighet hamnade då över 2,7 Gbps.

Här är det viktigt att ha i åtanke att det är större "overhead" för Wifi än för Ethernet. Med Ethernet går det att nå upp till 95 procent av länkhastigheten i faktisk användning, med Wifi hamnar den verkliga hastigheten kring 60–75 procent av länkhastigheten. På kortare avstånd, som i två rum med en skiljevägg i trä eller gips, eller lite längre avstånd med öppen planlösning, är det möjligt att med trådlös kommunikation att passera 1 Gbps på applikationsnivå.

Fälttester

För att ställa 5 GHz mot 6 GHz installeras Iperf3 på de två accesspunkterna. Iperf3 är ett verktyg som mäter hur mycket data som går att skyffla via TCP/IP mellan två IP-noder.

Eftersom testprogrammet körs på accesspunkterna är det enbart kapaciteten för "backhaul" som testas, där det finns möjlighet att växla mellan 5 GHz och 6 GHz.

ASUS ZenWiFi Pro ET12 använder sig av 4×4 MIMO i "backhaul". Teoretisk maximal länkhastighet är då 2,4 Gbps med 5 GHz då 80 MHz kanalbredd används, och hela 4,8 Gbps med 6 GHz med 160 MHz. I administrationsgränssnittet presenteras aktuell länkhastighet för "backhaul", vilket syns på bilden nedan.

Fälttest 1 – lång sträcka i öppen terräng

Jag har själv ett fall där AiMesh används för att utöka husets nätverk till garaget. Totalt avstånd mellan accesspunkter är cirka 30 meter och två ytterväggar (garaget har tunn trävägg utan isolering).

I huset fungerar Wifi mycket tillförlitligt och bandbredden med Wifi 6 ligger på cirka 800 Mbps med länkhastighet på 1 200 Mbps (2×2 MIMO, 80 MHz kanalbredd). Tillförlitligheten på paketleverans uppskattas genom att mäta antalet förlorade paket när 1 miljon "flood-ping"-paket skickas så fort som länken klarar. Inne i huset blev resultatet 0 förlorade paket.

Över 30 meter fungerar både 5 GHz och 6 GHz tillförlitligt. I båda fall tappas ett par paket, men det handlar om ungefär 1 tappat per 2 000 skickade paket. TCP-protokollet är väldigt bra på att hantera enstaka förlorade paket.

Däremot minskar bandbredden ordentligt. Det jag främst vill veta här är ungefär när 6 GHz börjar få problem. 30 meter och två träväggar är uppenbarligen för mycket och 5 GHz är det bättre valet. På 6 GHz-bandet hamnar länkhastigheten under 300 Mbps medan den når över 500 Mbps via 5 GHz-bandet. Följande prestanda uppmättes på applikationsnivå med Iperf3:

Fälttest 2 – kort sträcka mellan våningsplan

I detta test används samma nätverkskonfiguration som ovan, det vill säga Iperf3 körs direkt på accesspunkterna så att den enda nätverkslänken som prestandatestas är "backhaul". Även här ställs 5 GHz-bandet mot 6 GHz-bandet över Wifi 6. Den stora skillnaden är att avståndet mellan accesspunkterna är cirka 5 meter, men de befinner sig dock på varsin våning i ett trähus.

Även om fördelen för 6 GHz som mäts med Iperf3 inte är lika stor som indikeras från rapporterad länkhastighet, är ändå 6 GHz klart snabbare. Prestandamässigt är det en ersättare för 1 Gbps med kabel.

Sammanfattning

Kort och gott är Wifi 6E en ren utökning av existerande Wifi 6-standard. Bättre säkerhet tack vare WPA3 samt tillägget att kunna kommunicera på 6 GHz-bandet är båda välkomna funktioner som följer med detta.

En av Bruce Springsteen hits heter "57 Channels (And Nothin' On)". Lite samma sak kan man säga om Wifi 6E i nuläget, "24 channels and nothing on" kanske blir mer rätt... Det är inte enbart negativt!

Kombinerat med kortare räckvidd och fler kanaler erbjuder 6 GHz-bandet väldigt hög kapacitet. I fall där man vill utöka nätverket men av någon anledning inte vill eller kan dra Ethernet-kabel, kan Wifi 6E vara en bra alternativ till kabel som "backhaul" i mesh-lösningar.

Det är lite tunt med Wifi 6E-stöd hos datorer och telefoner, men finns några kretsar som har det. Exempel är vissa Samsung Galaxy S22 Plus och Galaxy S22 Ultra med Exynos 2200-systemkretsen. Qualcomm är ofta snabba med implementera trådlösa standarder och deras Snapdragon 888-krets, som används i många av årets Android-toppmodeller, har stödet.

På PC sidan hittar vi Wifi 6E stöd hos till exempel Intel AX210-kretsen som finns att hitta i integrerad i vissa mer påkostade moderkort samt i PCI Express-instickskort. Med tiden kommer de flesta klienter att få 6 GHz-stöd, framförallt då det kommer finnas med som krav i Wifi 7. När det händer ger 6 GHz bästa nätverkshastigheten, så förutsatt att man befinner sig relativt nära accesspunkten.

För de som vill optimera sitt trådlösa nät kompletterar de olika banden varandra. 2,4 GHz ger bäst räckvidd och fungerar bra för enheter som behöver grundläggande nätverksaccess. Den korta räckvidden hos 6 GHz och det stora antalet kanaler gör det till ett högpresterande alternativ. 5 GHz erbjuder ett trevligt svenskt mellanmjölks-alternativ mellan räckvidd och maximal hastighet.

På länge sikt, när 6 GHz-stöd hittat in i de flesta enheter, kommer det ge ett värdefullt tillskott för till exempel streaming av video och andra relativt bandbreddskrävande applikationer. Om inte tidigare kommer Wifi 7 att lyfta in 6 GHz som standard i majoriteten av våra trådlösa enheter.