Qorvo在Wi-Fi 7產品研發(fā)、市場應用及技術普及等維度的狀況介紹

近日，Qorvo無線連接業(yè)務部亞洲區(qū)高級營銷經理Jeff Lin接受了多家主流媒體的專訪，詳細介紹了Qorvo目前在Wi-Fi 7產品研發(fā)、市場應用及技術普及等維度的狀況。

Jeff是常駐亞洲的Wi-Fi 專家，擁有 20 多年的無線和半導體技術經驗，能夠幫助Qorvo客戶優(yōu)化Wi-Fi解決方案，解決各種棘手的射頻設計難題。讓我們一起來看看Jeff帶來的前瞻分享吧~

Wi-Fi 7 簡介

作為“一種新穎且創(chuàng)新的解決方案”，最新的Wi-Fi 7(也稱為IEEE 802.11be)標準在此前Wi-Fi 6的基礎上，引入了320MHz帶寬、4096正交調幅(QAM)、多資源單元(RU)、多鏈路操作(MLO)、增強型多用戶多路復用、輸入多輸出(MU-MIMO)和多接入點協(xié)調(Multi-AP Coordination)等多項前沿技術。

在上述技術的加持下，Wi-Fi 7比Wi-Fi 6增加了1.2GHz(5925MHz-7125MHz)的可使用頻帶，也就是說Wi-Fi 7相對于Wi-Fi 6增加了14個80MHz、7個160MHz與3個320MHz「互不重疊」的可使用無線信道(Channel)。如果對比早前的802.11n、802.11g和802.11b/a時期，可用頻譜足足增加了近100倍。同時，有效帶寬從Wi-Fi 6的160MHz翻倍到320MHz，提供了比Wi-Fi 6更高的數(shù)據傳輸速率和更低的延遲，可支持高達40Gbps的吞吐量，約為Wi-Fi 6的三倍。

誰在推動Wi-Fi 7的采用

2024年1月9日，維護和開發(fā)Wi-Fi標準的組織Wi-Fi聯(lián)盟正式宣布，已完成并推出了Wi-Fi 7高級無線標準的認證，適用的終端產品可以正式獲得“Wi-Fi 7認證”(Wi-Fi CERTIFIED 7)并以此進行銷售。該機構預測，2024年將有超過2.33億臺Wi-Fi 7設備進入市場，2028年這一數(shù)字將增加到21億臺。

就目前來看，路由器會成為Wi-Fi 7率先落地的場景，隨著芯片的規(guī)模出貨，各大品牌紛紛推出了新款Wi-Fi 7路由器或推送Wi-Fi 7支持固件。接下來，智能手機、筆記本電腦、擴展現(xiàn)實(XR)設備、機頂盒、遠程醫(yī)療等高吞吐、低延遲場景都將會積極擁抱Wi-Fi 7技術。

以Qorvo Wi-Fi 7射頻前端產品為例，我們的第一個量產客戶就是來自中國的小米公司，并在此后陸續(xù)得到OPPO、vivo、Honor等頭部品牌手機的青睞。同時，市場主流的Wi-Fi無線網絡解決方案芯片廠商如高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、聯(lián)發(fā)科(MediaTek)、邁凌科技(MaxLinear)也都對其加以認證并納入參考設計中。有了參考設計的輔助，產品開發(fā)商就能縮短產品開發(fā)時間并簡化產品驗證的工作，加速Wi-Fi 7商業(yè)化與出貨的時程。

XR是另一個代表性應用案例。由于XR對時延極其敏感，如果無法實現(xiàn)低時延，終端將無用武之地。逼真的沉浸式XR體驗需要具備極高刷新率的高清視頻作為支撐，這需要非常高的網速和帶寬。同時，還需要極大的網絡容量來支持大批用戶能夠同時體驗上述應用。此外，云游戲、社交游戲和元宇宙等日漸興起的應用，也將不斷考驗無線技術的極限。對此，Wi-Fi 7將為行業(yè)提供充足的性能。

在物聯(lián)網行業(yè)，Qorvo在幾年前曾經提出“One Pod per Room”的概念?；谶@個概念，Wi-Fi負責做為整個智慧家庭的傳輸主干，利用網狀Wi-Fi網絡架構來實現(xiàn)無死角的網絡覆蓋，所有的信息透過Wi-Fi傳輸鏈接到家庭網關，再透過運營商所提供的寬帶服務(LTE, xPoN, xDSL, DOCSIS等等)上傳到云端。Wi-Fi 7所具備的MLO、Multi-AP Coordination、Multi-RU等能力，將能提供更有效率且更穩(wěn)定的Wi-Fi聯(lián)機功能，助力“One Pod Per Room”架構的應用落地。

Wi-Fi 7在工業(yè)領域的應用前景同樣值得期待。

得益于多AP協(xié)同調度、MLO、Multi-RU、前導碼打孔技術(Preamble Puncturing)等突破性技術的創(chuàng)新，整個Wi-Fi網絡的可靠性(Reliability)與可用性(Capacity & Utilization)得到大幅提升。加上Wi-Fi 7開放了6G頻段，使用者不但可以利用特定頻段來傳輸特定數(shù)據，還能同時連結更多的終端裝置而不會產生嚴重的傳輸延遲或是超時(Time Out)問題。目前，一些專注于企業(yè)與工業(yè)應用的無線網絡設備公司已經開始基于Wi-Fi 7標準來開發(fā)特殊商用與工業(yè)用的無線路由器與設備。

總體而言，雖然目前市場主流還是以Wi-Fi 6為主，但隨著未來Wi-Fi終端產品的規(guī)格升級，上游供應鏈的成熟，越來越多需要高吞吐量、低延遲、高分辨率畫面的互動視頻應用與游戲需求，預估Wi-Fi 7的普及率將在2027年與目前的Wi-Fi 6持平，2028年會超越Wi-Fi 6成為新的市場主流。我們也堅信，隨著Wi-Fi技術的不斷進步與創(chuàng)新，愈來愈多新奇、充滿想象的應用都將通過真正的“無線化”實現(xiàn)落地。

Qorvo在Wi-Fi 7領域的布局

Qorvo在射頻領域深耕多年。針對Wi-Fi 7，我們不但提供完整的無線前端射頻模組(RF Front-End Module, FEM)和濾波器(Filters)解決方案，還同時兼顧低功耗與小封裝的優(yōu)勢，可以為產品開發(fā)提供更大的空間和靈活性。 此外，憑借全球先進的GaN、GaAs、SOI等工藝水平以及涵蓋設計、生產、測試、應用的全流程，Qorvo可以快速開發(fā)出高效率、高線性、高集成度的FEM。公司首款面向Wi-Fi 7的非線性(Non-Linear)FEM QPF4702，支持從5.1GHz至7.1GHz的整個5GHz和6GHz頻段，就是很好的例證。

在這里我想特別強調Qorvo在非線性功率放大器前端射頻模塊領域具備的獨特優(yōu)勢。眾所周知，線性放大器(Linear)一直是包括Wi-Fi FEM在內RF設計的“標配”，但隨著Wi-Fi無線設備數(shù)量的增加，降低功耗和外形尺寸變得越來越重要，使用非線性FEM正成為解決此類問題的首選。

與線性放大器相比，非線性FEM所需的電流更小，因此功耗可降低20-25%。為避免固有失真造成的信號衰減，Qorvo方案采用了數(shù)字預失真補償(Digital Pre-Distortion, DPD)技術，使其可以在幾乎不需要任何處理器功耗的情況下實現(xiàn)與線性FEM相當?shù)男阅?，且效率更高?/p>

目前，Qorvo Wi-Fi 7的非線性功率放大器前端射頻模塊已經陸續(xù)被高通、博通與聯(lián)發(fā)科認證且即將進入量產階段，例如支持UNII 1-3(5G頻段)的QPQ5500以及支持UNII 5-8(6G頻段)的QPQ5601。驗證數(shù)據顯示，在4x4x4三頻的Wi-Fi 7路由器中，當使用非線性前端射頻模塊設計時，其耗電量相對于使用線性前端射頻模塊的設計能節(jié)約5W左右的功率消耗。

從長遠來看，用于Wi-Fi接入點的非線性FEM技術，在提高功率放大器(PA)效率的同時，降低了功耗和冷卻成本，是正確實現(xiàn)三頻段Wi-Fi 7設計的關鍵，向非線性FEM轉型預計毫無疑問將成為市場的長期趨勢，企業(yè)級AP和服務提供商網關產品預計將率先采用這項新技術。

在產品定位策略上，Qorvo將Wi-Fi劃分為三個不同的類別，分別是“零售市場” (Retail)、“電信運營商暨網絡服務供應商”(Carrier & Service Provider)與企業(yè)用戶 (Enterprise)，針對這三種不同的產品類別與應用，其產品的規(guī)格與設計也有所差異。

Qorvo中發(fā)射功率(Middle Power)與高發(fā)射功率(High Power)的前端射頻模組主要面向包括路由器、機頂盒、家電類Wi-Fi無線模塊等在內的家用零售與運營商Wi-Fi 系統(tǒng)使用，低功耗高效能的特性同步降低了Wi-Fi系統(tǒng)在散熱設計上的難度與成本。

針對企業(yè)級與電信運營商Wi-Fi設計規(guī)范與運用場景， Qorvo的前端射頻模組提供5V至3.3V電壓的選擇，除了前端射頻模組外，針對不同的區(qū)域規(guī)范(Territory Regulation)，Qorvo也提供了邊帶濾波器(Bandedge Filter)與LTE-WiFi 并存濾波器(LTE Co-existence Filter)來因應，并同時能與FEM搭配使用。

除此之外，Qorvo還另辟了一個名為iFEM(Integrated FEM)的產品線。顧名思義，iFEM就是將之前所提的Bandedge或是LTE Co-existence濾波器整合進Wi-Fi的前端射頻模組，除了簡化無線射頻前端的設計，還可以降低元件成本與線路匹配調校的時間。

前方還有哪些挑戰(zhàn)？

Wi-Fi 7帶來的應用想象空間無疑是巨大的，但這并不意味著一切都已“高枕無憂”。事實上，仍有不少技術挑戰(zhàn)需要面對。

6GHz頻段的引入

根據W-Fi聯(lián)盟的規(guī)劃，6GHz(UNII5-UNII8)開放了14個80MHz信道、7個160MHz信道、以及3個320MHz信道，這些額外的信道彼此不重疊，新的頻段與信道可以幫助降低現(xiàn)有Wi-Fi頻段的擁塞(congestion)，尤其是在已有多種且多個不同頻段與相同頻段無線網絡同時運作下的區(qū)域，如大型的公共設施與人群密集的場所如學校、大型賣場、體育館、商店街、演藝廳等等。

但隨之而來的，是Wi-Fi網絡系統(tǒng)方案提供商也需要將目前Wi-Fi的三頻(Tri-Band)架構從2.4G+5G(Low-Band)+5G(High-Band)升級到2.4G+5G(U-NII 1-3)+6G(U-NII 5-8)，對前端射頻模塊廠商來說，就需要針對Wi-Fi 7技術規(guī)范開發(fā)2.4G、5G與6G的前端射頻模塊。這意味著，在三頻的架構下，每一個頻段必須不能被其他頻段干擾，同時自身的頻段也不能去干擾到別的頻段，因此每個頻段的前端射頻模塊需要有一定的隔離度。

320MHz帶寬與4096QAM調變 320MHz帶寬提供了更大的傳輸頻帶，大大提升了傳輸吞吐量，這是巨大的優(yōu)勢。但是它卻同時帶來了兩個問題：傳輸?shù)木嚯x與信號的穿透力。目前來看，320MHz帶寬的使用場景會局限在短距、高速的傳輸，如點對點(point to point)或是回授網絡(Backhaul Network)的應用，Wi-Fi路由器大部分的運作模式還是在中低吞吐量且中長距離傳輸?shù)氖褂脠鼍啊?

另一方面，320MHz的帶寬與4096QAM調變，意味著前端射頻器件要能有能力支持更低的EVM floor。隨著Wi-Fi技術的演進，F(xiàn)EM必須能支持的EVM floor已經從Wi-Fi 4的-30dB，Wi-Fi 5的-35dB和Wi-Fi 6的-43dB，增加到了Wi-Fi 7的-47dB。

Qorvo的FEM(PA+LNA+SW)產品有著非常好的EVM指標，可以最大限度地把有用不失真信號通過天線發(fā)射出去，以保證接收端準確無誤的解調出來有用信號。同時支持良好的320MHz帶寬傳輸質量，大大增加接入終端設備，提升吞吐量。同時，也一直與市場主流的Wi-Fi芯片廠商保持著良好的合作關系，包括前期合作開發(fā)參考設計板，以確保整機性能滿足客戶的指標需求。

多鏈路操作(MLO) 支持多鏈路操作，是Wi-Fi 7不同于Wi-Fi 5/6技術的另一大特點。該技術允許諸如手機和Wi-Fi接入點之間建立多個鏈接，在2.4GHz、5GHz和6GHz上建立了新的頻譜管理、協(xié)調和傳輸機制，可同時連接到所有頻段，實現(xiàn)了所有可用頻譜資源的高效利用，增加吞吐量、減少延遲，并提高可靠性。

MLO的實現(xiàn)首先要求Wi-Fi主芯片具備強大的運算能力、流暢順滑的架構和扎實的軟件運算法；對于前端射頻器件來說，則需要射頻前端本身的EVM Floor能夠支持Wi-Fi 7的規(guī)范，并有良好的線性度與接收靈敏度。這樣，無論是在STR(同步收發(fā))模式還是在NSTR(異步收發(fā))模式下，才能實現(xiàn)出色的MLO性能。

結語

從Facebook的元宇宙(Meta Universe)、4K/8K高分辨率無線顯示屏幕、實時互動的高分辨率在線游戲、到與動作視覺同步機器手臂/機器人、高清無線監(jiān)控系統(tǒng)，以及現(xiàn)在最火的AI高速數(shù)據傳輸與分析，愈來愈多新奇的、充滿想象的應用在Wi-Fi技術的進步與創(chuàng)新助力下，實現(xiàn)了真正的“無線化”。

我們有理由相信，隨著全球數(shù)字化轉型步伐的加快，以Wi-Fi為代表的無線連接技術將與智能駕駛、移動計算、智慧家庭、游戲等場景實現(xiàn)更深度的融合，使得數(shù)字經濟與實體經濟融合所帶來的成效愈加顯著。

審核編輯：劉清