淺談濾波器在Wi-Fi 6E中的作用

Wi-Fi 功能在智能設(shè)備上的廣泛可用性、整體改善服務(wù)質(zhì)量 （QoS） 的潛力以及在密集環(huán)境中將視頻流式傳輸?shù)?a target="_blank">智能手機的能力推動了客戶的保留。

Wi-Fi 是一個品牌名稱，而不是首字母縮寫詞，IEEE 802.11 標準定義了能夠與當前支持 Wi-Fi 的無線設(shè)備（包括無線路由器和無線接入點 （AP））進行通信的協(xié)議。這些標準在不同的頻率上運行，提供不同的帶寬，并支持不同數(shù)量的通道。此外，Wi-Fi 的命名約定包括一個數(shù)字以增加具體性，例如 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E。

使用 Wi-Fi 5，需要高速無線連接的多個設(shè)備的影響會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生直接影響，導致延遲時間和數(shù)據(jù)速度下降，從而對用戶體驗產(chǎn)生負面影響。另一方面，當使用多個設(shè)備時，Wi-Fi 6 將保持相同的數(shù)據(jù)速度。這種處理更多設(shè)備的能力的提高得益于 Wi-Fi 6 中包含的兩種技術(shù)：多用戶、多輸入、多輸出 （MU-MIMO） 和正交頻分多址 （OFDMA）。Wi-Fi 6 的其他好處包括更低的延遲，因為信號中數(shù)據(jù)的“打包”更好，電池壽命更長，以及 WPA3 中的重大安全協(xié)議升級，這是近十年來的第一次。

Wi-Fi 6E 使用與 Wi-Fi 6 相同的編碼和通道寬度，是指支持新的未經(jīng)許可的 6 GHz 頻段的 Wi-Fi?！癊”代表“擴展”，指的是 FCC 在 Wi-Fi 6 首次宣布后于 2020 年 4 月開放的 6 GHz 范圍內(nèi)的 1，200 MHz 未經(jīng)許可的頻譜。由于如此大的帶寬和 Wi-Fi 6 的升級技術(shù)相結(jié)合，預(yù)計 Wi-Fi 6E 將出現(xiàn)顯著增長。

圖 1單位出貨量突顯 Wi-Fi 6E 的預(yù)期增長。資料來源：IDC

Wi-Fi 和干擾

可用于 Wi-Fi 的未授權(quán)頻譜的增加對于 Wi-Fi 的全球擴散來說是一個極其重要的發(fā)展。在美國分配的未經(jīng)許可的頻譜對于蜂窩卸載以保持積極的消費者體驗至關(guān)重要，許多其他國家正在尋求效仿。在分配給未經(jīng)許可使用的一組特定頻率中，有一組特定帶寬的“信道”：20 MHz、40 MHz、80 MHz 或 160 MHz。通道帶寬越大，數(shù)據(jù)速度越高?？紤]到 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz 的可用總頻率，非重疊選項僅限于 2.4 GHz，但在更高的頻率上會顯著增加（圖 2）。

圖 2非重疊信道封裝在 Wi-Fi 6 頻譜中至關(guān)重要。來源：共振

Wi-Fi 的干擾挑戰(zhàn)有兩個不同的因素——來自未授權(quán)頻段內(nèi)現(xiàn)有運營商的干擾信號和未授權(quán)頻段外的干擾信號——這會導致頻段內(nèi)出現(xiàn)諧波。動態(tài)頻率選擇 （DFS）、發(fā)射功率控制 （TPC）、低功率室內(nèi) （LPI） 和自動頻率協(xié)調(diào) （AFC） 定義了如何在 Wi-Fi 中管理帶內(nèi)干擾。

然而，這些技術(shù)都沒有解決未經(jīng)許可的頻帶之外的潛在干擾信號，這些信號可能會產(chǎn)生帶內(nèi)諧波“噪聲”，更糟糕的是，會導致低噪聲放大器 （LNA） 飽和和所需信號的“阻塞” 。 這是過濾的功能——將潛在的干擾衰減到不產(chǎn)生帶內(nèi)噪聲的程度。

濾波器在 Wi-Fi 6E 中的作用

4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的普及、新 5G 網(wǎng)絡(luò)的部署以及 Wi-Fi 的普遍性正在推動無線設(shè)備必須支持的射頻 （RF） 頻段數(shù)量急劇增加。每個頻段都需要使用濾波器進行隔離，以將信號保持在正確的“通道”中。隨著交通量的增加，允許重要信號有效通過的要求將會增加，從而防止電池耗盡并提高數(shù)據(jù)速度。

濾波器對于寬帶寬和高頻功能至關(guān)重要，最具挑戰(zhàn)性的是新的 Wi-Fi 6E，其帶寬為 1，200 MHz，最大頻率為 7.125 GHz。隨著更多流量在 3 GHz 至 7 GHz 頻率范圍內(nèi)利用 5G 和 Wi-Fi，頻段之間的干擾將危及這些先進無線技術(shù)的共存并限制其性能。因此，需要更高性能的濾波器來保持每個頻段的完整性。此外，移動設(shè)備和 AP 中可用的天線數(shù)量有限，這將使架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟厥褂锰炀€共享，這將進一步提高對濾波器性能的要求。

過濾器必須不斷發(fā)展以滿足新的 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 以及 5G 操作的要求。以前的無線應(yīng)用中的濾波器技術(shù)——例如表面聲波 （SAW）、溫度補償表面聲波 （TC-SAW）、固體安裝諧振器——體聲波 （SMR-BAW） 和薄膜體聲波諧振器 （FBAR）擴展帶寬和更高的頻率。但這是以犧牲其他關(guān)鍵參數(shù)為代價的，例如損耗和功率耐久性。或者，多個濾波器可以覆蓋較寬的帶寬，或者作為與非聲學濾波器的混合體，或者在多個部分中。

使用更新的高性能過濾，結(jié)果將是更高的數(shù)據(jù)速度、更低的延遲和更強大的覆蓋范圍。在大流行的遠程工作環(huán)境中，每個人都遇到過 Zoom 通話視頻卡頓、視頻游戲滯后以及房屋周邊連接中斷的經(jīng)歷。新的 Wi-Fi 技術(shù)與新的寬帶寬頻率相結(jié)合，并受到高級過濾的保護，將提供向前發(fā)展的解決方案。

這些濾波器有助于實現(xiàn)所需的寬帶寬、高頻操作、低損耗和高功率能力。例如，XBAR基于體聲波 （BAW） 諧振器技術(shù)。這些諧振器包括單晶、壓電層和頂部表面的金屬叉指換能器 （IDT）。

圖 3比較顯示了基于 XBAR 的濾波器和混合 Wi-Fi 6E 濾波器的測量性能。來源：共振

在圖 3比較中，混合集成無源器件 （IPD）/FBAR Wi-Fi 6E 濾波器僅針對 5 GHz 未授權(quán)頻段中的信號提供干擾保護，而不針對 5G sub-6 GHz 或 UWB 通道提供干擾保護，而 XBAR Wi -Fi 6E 濾波器可保護 Wi-Fi 6E 頻段免受所有潛在干擾問題的影響。

適用于 Wi-Fi 7 的射頻濾波器

Wi-Fi 在滿足容量和數(shù)據(jù)速度的需求方面補充了蜂窩網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi 6 和頻譜的大量增加使 Wi-Fi 更具吸引力。然而，Wi-Fi 和 5G 的共存將需要過濾器來解決潛在的干擾問題。這些濾波器需要提供寬帶寬、高頻操作、低損耗和大功率能力。

隨著 Wi-Fi 7 設(shè)備預(yù)計在 2024 年初獲得認證，對針對更苛刻要求的過濾器的需求只會加劇。此外，大流行之后生活方式和工作空間的轉(zhuǎn)變意味著只會有更多的新設(shè)備類型和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序。

Mike Eddy 是 Resonant Inc. 的產(chǎn)品營銷副總裁。