Wi-Fi 6從Wi-Fi 5及更早版本變化而來

隨著網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大和互連設(shè)備越來越多，對無線信號的要求也隨之提高。Wi-Fi 速度也在提高，從而可通過改進(jìn)使用的頻率和改善數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)更多連接。蜂窩數(shù)據(jù)也由于工作范圍擴(kuò)大而變得更具影響力。這些變化為 Wi-Fi 創(chuàng)造了繼續(xù)作為住宅和商業(yè)應(yīng)用骨干網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會。

隨著蜂窩數(shù)據(jù)速率提升，并且正向 5G 遷移，Wi-Fi 似乎不那么重要了。 即便使用 5G，蜂窩數(shù)據(jù)的容量也比家庭網(wǎng)絡(luò)通常提供的容量小。當(dāng)大量用戶使用 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)時，由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，蜂窩數(shù)據(jù)似乎更好。Wi-Fi 6 (802.11ax) 旨在解決這一問題。

覆蓋范圍、容量、使用和設(shè)置

圖 1：Wi-Fi 6 的關(guān)鍵要素。數(shù)據(jù)來源：Qorvo。Wi-Fi 目前的一些限制與其覆蓋范圍、容量及其能夠支持的用戶數(shù)有關(guān)。Wi-Fi 5 數(shù)據(jù)速率適用于小型網(wǎng)絡(luò)，但仍比有線連接慢，當(dāng)多個用戶使用時，會變得更慢。智能設(shè)備的持續(xù)增長將使此問題更嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行距離是另一個問題。建筑物內(nèi)部的信號無法很好地穿透墻壁，外部網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行距離也不夠遠(yuǎn)。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 正在大幅增加連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并非一直處于通信狀態(tài)，而是在需要數(shù)據(jù)時“喚醒”。有些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如攝像頭）需要更多帶寬，但有些則不然，如恒溫器。當(dāng)前 Wi-Fi 5 系統(tǒng)對所有無線連接一視同仁，眾多設(shè)備使網(wǎng)絡(luò)速度變慢。室內(nèi)和室外的無線使用情況通常并不相同：室內(nèi)無線是近距離的，但可能需要覆蓋多個房間或多個方向。室外無線必須傳輸更遠(yuǎn)的距離，通常在視線范圍內(nèi)，而 Wi-Fi 5 不能區(qū)分這些設(shè)置。

Wi-Fi 6 從 Wi-Fi 5 及更早版本變化而來

Wi-Fi 5 使用正交頻分復(fù)用 (OFDM)，而 Wi-Fi 6 使用考慮多用戶應(yīng)用而設(shè)計的正交頻分多址接入 (OFDMA)。它們的不同之處在于信息包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸方式。使用 OFDM，無論發(fā)送什么數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包都有固定大小，而 OFDMA 的數(shù)據(jù)包較小，可在用戶間分割。這樣可以更有效地使用數(shù)據(jù)包，使設(shè)備只接收其需要的信息。

Wi-Fi 5 中使用的多路輸入/多路輸出 (MIMO) 僅允許一對無線設(shè)備同時收發(fā)多個數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)通過分配與每個設(shè)備的通信時間來實現(xiàn)共享。MU-MIMO 是 Wi-Fi 6 中的 MIMO 多用戶版本，通過允許多個設(shè)備同時收發(fā)信息流在 MIMO 上實現(xiàn)擴(kuò)展。

Wi-Fi 6 中使用的正交幅度調(diào)制 (QAM) 是一種數(shù)字傳輸方法。從 256 到 1024 QAM，通過將 256 QAM 中使用的每個符號傳輸 8 位數(shù)據(jù)增加到 1024 中的 10 位數(shù)據(jù)，由此將數(shù)據(jù)容量增加了約 25%。這種增加支持理論上的 600 Mb/s 單數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)速率，而理論上 Wi-Fi 5 單數(shù)據(jù)流速率為 433 Mb/s。

預(yù)計 Wi-Fi 6 也會有新的頻譜。當(dāng)前 Wi-Fi 信號的工作范圍為 2.4 GHz 和 5 GHz。確切的頻率范圍視國家/地區(qū)而異，新頻譜也是如此。在歐洲，頻率范圍可能上升到 6.4 GHz 左右，而美國可能上升到 7 GHz。擴(kuò)展的頻譜將支持更多或更寬的通道，從而進(jìn)一步增強(qiáng)傳輸功能。

適用于 Wi-Fi 6 的功率放大器和附加要求

圖 2：三重頻帶架構(gòu)。數(shù)據(jù)來源：Qorvo。Wi-Fi 6 的增強(qiáng)功能需要新硬件。其中一個是放大器部分，其需要更高的線性度和更平坦的響應(yīng)曲線，以及低噪聲放大器 (LNA) 需要更低的噪聲系數(shù)。為此需要采用精心設(shè)計的 RF 元件和濾波器。

另一個挑戰(zhàn)是效率和散熱考量。更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和 RF 需要消耗功率并產(chǎn)生熱量，另外構(gòu)建緊湊小巧的無線設(shè)備也增加了散熱管理的難度。功率效率也與此相關(guān)，這成為有限功率（如 3.3 V）和以太網(wǎng)供電 (POE) 系統(tǒng)的主要考慮因素。

FEM 使用和優(yōu)勢

與各類 Wi-Fi 設(shè)備配合使用的片上系統(tǒng) (SOC) 負(fù)責(zé)執(zhí)行許多功能。 在 Wi-Fi 6 上，它執(zhí)行所有調(diào)制、編碼、解碼、RF 和其他功能。SOC 在設(shè)計時就考慮了工藝因素以及適用的半導(dǎo)體材料。SOC 并非能夠滿足 Wi-Fi 6 功率放大要求和所需功率的理想 RF 器件。前端模塊 (FEM) 屬于專門設(shè)計的 RF 部分，可以與 SOC 集成，以高效率提供功率放大功能以及出色的 RF 性能。

RF 功率放大器的一個重要方面是濾波。RF 放大電路通常沒有完全線性響應(yīng)。濾波可以選擇性地屏蔽不需要的頻率，降低特定頻率的功率電平，使響應(yīng)更具線性。

設(shè)計人員無法做到始終控制設(shè)備的功率特性。對于 USB 或內(nèi)部設(shè)備，電壓可能是 3.3 V 或 5 V，但電流有限。與此相關(guān)的是散熱問題，因為更多的功率會產(chǎn)生更多的熱量需要耗散，而這會占用空間。理想情況下，可實現(xiàn)高效設(shè)計，并盡量減少功耗。這是 FEM 較有優(yōu)勢的領(lǐng)域：其材料在放大和濾波 RF 方面本身就比 SOC 放大器更有效。

尺寸和美觀也需要結(jié)合功率和散熱問題來考慮：散熱器會占用空間并限制設(shè)計，而消費(fèi)類設(shè)計通常需要時尚小巧的電源。集成 FEM 有助于縮減散熱器尺寸，使設(shè)計更緊湊，可實現(xiàn)各種外觀形態(tài)。

Qorvo

圖 3：可實現(xiàn)最大覆蓋范圍的 Qorvo Edgeboost。數(shù)據(jù)來源：Qorvo。Qorvo 提供針對未來 Wi-Fi 6 和其他 RF 需求設(shè)計的 FEM。這些 FEM 使用 Qorvo 設(shè)計的體聲波 (BAW) 濾波器。BAW 濾波器的性能比類似應(yīng)用中常用的表面聲波 (SAW) 濾波器更好。BAW 濾波器允許更平坦的響應(yīng)和更好的通道分離，以便在更遠(yuǎn)的距離獲得更好的信號。

Qorvo 提供集成式 FEM，將 BAW 濾波器、PA、LNA 和 RF 開關(guān)等多個功能集成到單個設(shè)備中。這種集成方法意味著元件數(shù)量更少，調(diào)諧元件需求和損耗減少，并且易于使用，從而能夠加快上市時間。集成還提高了效率，并減少了諸如走線損耗之類產(chǎn)生的熱量。這些都能夠在與非集成設(shè)備相當(dāng)?shù)姆庋b尺寸中實現(xiàn)，從而節(jié)省了寶貴的電路板空間。

結(jié)論

隨著 RF 技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)中互連設(shè)備數(shù)量的增加，F(xiàn)EM 的需求也將隨之增加。SOC 設(shè)計中包含采用 Zigbee 和 Wi-Fi 等技術(shù)的收發(fā)器，對 RF 仍有較高的性能要求。