超越手機領(lǐng)域：將Wi-Fi FEM融入AR/VR和IIOT中

引言

多年來，Wi-Fi 作為一種通信技術(shù)一直被廣泛使用。 當(dāng)我們在世界各地旅行時，我們都能發(fā)現(xiàn)這一點：在我們的家里、我們的公司、我們當(dāng)?shù)氐纳虉?、醫(yī)院、咖啡店等都可以連接 Wi-Fi。我們希望并清楚 Wi-Fi 能夠正常工作，而且我們也可以利用最新的移動設(shè)備輕松訪問。但就像所有其他技術(shù)一樣，Wi-Fi 也在不斷進步。Wi-Fi 聯(lián)盟和制造商也開始努力提高其頻率范圍，加快其上傳和下載速度，并縮小其外形尺寸。這就是 Wi-Fi 在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域普及的原因所在。

Wi-Fi 6 和 6E 的優(yōu)勢

2018 年，為簡化這些規(guī)范提供功能和優(yōu)勢的方式，Wi-Fi 聯(lián)盟引入了一種代命名方案，從面向 802.11n 的 Wi-Fi 4 開始到面向 802.11be 的 Wi-Fi 7（開發(fā)中）。最新一代 Wi-Fi 6 包括近期批準(zhǔn)的 6 GHz 頻段（即 Wi-Fi 6E）。如圖 1 中所示，Wi-Fi 6、6E 和 7 均支持 6 GHz 至 7 GHz 的頻段范圍。

圖 1：Wi-Fi 6、6E 和 7 頻段

Wi-Fi 6（和 6E）對 Wi-Fi 5 進行了改進。這些改進支持更高的容量、更出色的信號可靠性和更快的速度。Wi-Fi 6 的關(guān)鍵特性/優(yōu)勢包括：

上行 MIMO —Wi-Fi 5 只有在下行模式中才支持多用戶 MIMO。Wi-Fi 6 包括上行，所有多個用戶可同時上傳和下載數(shù)據(jù)。

更寬調(diào)制 — 帶有 1024 QAM 調(diào)制的 Wi-Fi 6 采用 10 位調(diào)制方案（與 Wi-Fi 5 中的 8 位 256 QAM 調(diào)制相比），可實現(xiàn)更高的吞吐量，并將每個符號的傳輸容量提高 25%。

更高容量和效率 — Wi-Fi 6 采用正交頻分多址接入 (OFDMA)，而不是 Wi-Fi 5 中的正交頻分復(fù)用 (OFDM)，這樣可以實現(xiàn) FDD，從而取代 TDD，還能實現(xiàn)特定信道內(nèi)的資源單元分配。子載波間隔減小至 78.125 kHz（為 Wi-Fi 5 間隔的 25%），且符號比 Wi-Fi 5 長 4 倍。所有這些變化結(jié)合在一起，意味著系統(tǒng)更加高效，能夠同時上傳或下載多個數(shù)據(jù)包，而不是一次只傳輸一個數(shù)據(jù)包。

基于調(diào)度的工作 — 在 Wi-Fi 6 中，接入點決定設(shè)備何時工作，因而能夠更加高效地處理客戶端。資源調(diào)度還能顯著減少休眠期間的能耗，從而延長客戶端的電池續(xù)航時間。

多頻段 — Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 4 只能在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻譜范圍內(nèi)運行；而 Wi-Fi 6E 除了 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段外，還支持最近開放的 6 GHz 頻譜（表示 Wi-Fi 6E）。

非常棒的 Wi-Fi 6/6E 新用例

Wi-Fi 的價值影響依然非常顯著。Wi-Fi 聯(lián)盟最新研究“Wi-Fi 的全球經(jīng)濟價值”表明，2018 年以來，其經(jīng)濟價值增長了近 1.7 倍，從 1.96 萬億美元增長到 3.3 萬億美元。預(yù)計，到 2025 年，該價值將達(dá)到 4.9 萬億美元。這明確表明 Wi-Fi 在全球消費類和商業(yè)市場領(lǐng)域的重要性。Wi-Fi 6/6E 已經(jīng)應(yīng)用于新型移動電話、路由器和網(wǎng)絡(luò)適配器，為更多需要更高帶寬和更低延遲的家庭和工業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。新型 Wi-Fi 6 前端模塊 (FEM) 和濾波器設(shè)計可實現(xiàn)這些新應(yīng)用，這些設(shè)計提供了用戶端設(shè)備 (CPE) 和移動設(shè)備中優(yōu)化 Wi-Fi 6/ 6E 所需的功能。

隨著接入點和網(wǎng)絡(luò)適配器開始滿足 Wi-Fi 6/6E 的容量、速度和服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 要求，市場將迎來帶寬要求高、延遲敏感的新型產(chǎn)品。這包括：

家庭/消費類 — 增強現(xiàn)實 (AR)/虛擬現(xiàn)實 (VR) 眼鏡和投影儀、高清攝像頭以及其他人工智能 (AI)輔助媒體設(shè)備，這些設(shè)備都需要高帶寬和低延遲來實現(xiàn)實時或近實時視頻響應(yīng)。

工業(yè)/商業(yè) — 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應(yīng)用，如攝像頭以及其他實時儀器儀表，需要更確定的網(wǎng)絡(luò)行為，以滿足生產(chǎn)線、煉油作業(yè)等的質(zhì)量和安全要求。

軍事 — AR 眼鏡和其他視覺輔助系統(tǒng)，需要在現(xiàn)場實現(xiàn)安全性和實時確定性。

盡管 Wi-Fi 聯(lián)盟還在繼續(xù)致力于這些應(yīng)用領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)，但這項技術(shù)已經(jīng)成熟并隨時可用。

如移動設(shè)備一樣，這些系統(tǒng)需要占用很少空間，同時具備高帶寬、低延遲吞吐量、類似確定性響應(yīng)、低功耗、線性度和抗干擾性的 Wi-Fi 6/6E 解決方案。

小型移動設(shè)計的挑戰(zhàn)

將 Wi-Fi 6 融入更緊湊的設(shè)備中與移動手機設(shè)計并沒有什么不同。所面臨的挑戰(zhàn)在于：使用更小巧的低功耗 IC 設(shè)備的同時，確保與路由器和網(wǎng)絡(luò)適配器相同的聯(lián)網(wǎng)功能和射頻要求遵從性。其中一些挑戰(zhàn)包括：

俘獲和過濾 — 就像 Wi-Fi 5 一樣，更高的頻率會帶來新的挑戰(zhàn)。6 GHz Wi-Fi 頻率的過渡頻段非常窄。在較小的空間內(nèi)，以最小的插入損耗實現(xiàn)滿足系統(tǒng)隔離要求的抑制性能成為更重大挑戰(zhàn)；沒有屏蔽空間或分立濾波器組件。無論是在 5 GHz 還是 6 GHz 范圍內(nèi)運行，Qorvo 的緊湊型體聲波 (BAW)、帶緣和寬帶濾波器都無需在緊密對齊組件周圍使用屏蔽硬件。在射頻前端中集成這些濾波器可滿足小空間共存的需要。

圖 2：edgeBoost、coexBoost 和 bandBoost 濾波器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

干擾 — 只要能夠連接網(wǎng)絡(luò)，用戶真的不會太關(guān)心他們使用的頻率（或技術(shù)）。許多設(shè)備都支持多個無線電，因此 Wi-Fi 6 前端與其他技術(shù)共存變得至關(guān)重要。Qorvo 面向 Wi-Fi 6 的高品質(zhì) BAW 濾波器具有許多優(yōu)勢，包括：

裙邊極陡

尺寸明顯縮小

可實現(xiàn)同一器件或臨近器件 Wi-Fi 和 LTE 信號共存

Qorvo 的濾波器可實現(xiàn)高性能共存，同時允許 Wi-Fi 發(fā)射器在接近 FCC 高低帶緣的范圍工作。

范圍 — 更小的設(shè)備和更少的內(nèi)部空間會限制 Wi-Fi 的覆蓋范圍。頻率越高，帶寬就越大，但物理障礙物的穿透性能就越低。使用像 edgeBoost 和 bandBoost 濾波器這樣的 BAW 技術(shù)，如圖 3 所示，可以幫助設(shè)計人員最大化其系統(tǒng)的射頻范圍。此外，有效利用能源和集成天線可以在更小的空間內(nèi)提供更多的功能。Qorvo 新型 Wi-Fi 6/6E FEM 和濾波器可滿足小型設(shè)備的設(shè)計要求，同時有助于最小化工程工作量，從而交付最優(yōu)解決方案。

圖 3：用于最大化射頻范圍的 BAW 濾波器

空間 — 將所有必要的 Wi-Fi 6 功能和容量壓縮到更小空間，是實現(xiàn)新一代 Wi-Fi 設(shè)備創(chuàng)新應(yīng)用所面臨的最大挑戰(zhàn)。小空間會限制物理環(huán)境，并需要對以下方面進行更深入的分析：

功率效率和散熱 — 這些參數(shù)取決于應(yīng)用。IIoT 邊緣傳感器可能嚴(yán)重受限，而汽車的集成解決方案具有更高容差。

天線集成 — 帶集成天線的設(shè)備無需使用多個外部組件。

EVM—誤差矢量幅度要求更嚴(yán)格。

多頻段兼容性 — 如上文所述，共存為必要條件。

環(huán)境 — 環(huán)境因應(yīng)用而異，從超冷干燥到非常炎熱潮濕。

可靠性 — Wi-Fi 已達(dá)到了用戶預(yù)期的可靠性水平，且無論設(shè)備大小，都必須實現(xiàn)該預(yù)期水平。

認(rèn)證 — 雖然 Wi-Fi 用戶希望實現(xiàn)一定水平的可靠性，但政府和行業(yè)仍要求遵守法規(guī)和實現(xiàn)預(yù)期性能水平。小型設(shè)備會對滿足這些要求的設(shè)計帶來挑戰(zhàn)，包括法規(guī)遵從性（FCC、FDA、FAA 等）、工業(yè)認(rèn)證和商業(yè)合作伙伴認(rèn)證。

Kevin 的結(jié)語

除了家庭網(wǎng)關(guān)和智能手機，Wi-Fi 還將繼續(xù)支持我們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N新技術(shù)。隨著 AR、VR、實時工業(yè)安全等最新技術(shù)的發(fā)展，Wi-Fi 開始成為軍事和工業(yè)領(lǐng)域的全新首選技術(shù)。

審核編輯：郭婷