Wi-Fi 7 與頻率控制的關(guān)系

作者：Poornima Apte

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-12-18

Wi-Fi 需要使用一定范圍的無線電頻率才能讓設(shè)備進行通信撥號。多年來，Wi-Fi 一直使用 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段，這些頻段設(shè)備撥號進入信道的干擾最小。

聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的爆炸式增長已使容量不堪重負。根據(jù) Wi-Fi 聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，預(yù)計僅在 2024 年，啟用 Wi-Fi 的設(shè)備就將達到 41 億臺。當(dāng)數(shù)以百萬計的設(shè)備爭奪指定頻段內(nèi)數(shù)量有限的接入點和信道時，通信堵塞和連接中斷在所難免。是時候?qū)ふ伊硪粋€頻段了，Wi-Fi 7 和它的上一代產(chǎn)品 Wi-Fi 6E 就如此因應(yīng)而生。

有了 Wi-Fi 7，設(shè)備還可以使用 6 GHz 頻段。增加一個全新的頻帶就像增加一條全新的高速公路，增加的車道可以容納更多的交通流量。尤其令人興奮的是，Wi-Fi 7 還將信道大小從 160 MHz 增加到 320 MHz。因此，使用 6 GHz 可以增加更多的通道（信道），并使每個信道 更寬 ，這意味著來自更多設(shè)備的數(shù)據(jù)流動速度會更快。最終結(jié)果是數(shù)據(jù)吞吐量更大、可靠性更高、延遲更短。

Wi-Fi 7 的數(shù)據(jù)傳輸速率超過 30 Gbps，可為 AR、VR、高清視頻流和物聯(lián)網(wǎng)連接等廣泛應(yīng)用提供高速、低延遲覆蓋。

轉(zhuǎn)移到 6 GHz 頻段的問題在于，有其他實體已經(jīng)在使用該頻段。美國國防部和 NASA 等聯(lián)邦機構(gòu)將該頻段用于衛(wèi)星通信，可能不希望 Wi-Fi 設(shè)備侵入他們的領(lǐng)地。在使用 6 GHz 頻段的同時，要讓現(xiàn)有頻段的用戶不受干擾，還需要額外的技術(shù)，即自動頻率協(xié)調(diào) (AFC)。

Wi-Fi 7 的補充技術(shù)

有了 Wi-Fi 7，我們可以獲得更多、更廣的接入信道。通過一系列互補技術(shù)，用戶可以從頻帶中榨取最大的吞吐量，從而更加高效地使用每個信道。

AFC

AFC（自動頻率協(xié)調(diào)）使 Wi-Fi 的使用不會侵犯 6 GHz 頻段的現(xiàn)有用戶。其工作原理是將現(xiàn)有用戶的信息（包括天線位置及其方向）和其他參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫。新的 Wi-Fi 7 連接會根據(jù)該數(shù)據(jù)庫進行檢查，以確保不會侵犯同一頻譜鄰域并造成干擾。

多鏈路操作 (MLO)

多路復(fù)用是指將數(shù)據(jù)流分成多個單元，同時通過同一頻段的不同信道進行路由的能力。Wi-Fi 7 中的 MLO 將這一能力向前推進了一步，使數(shù)據(jù)能夠通過多個信道和頻帶進行流式傳輸。在這種情況下，單一數(shù)據(jù)流可通過 2.4 GHz、5 GHz 或 6 GHz（視可用性而定）進行路由。這使得數(shù)據(jù)傳輸更快，在信道受損或不可用時也不會出現(xiàn)延遲。

4K 正交調(diào)幅 (4K QAM)

QAM 可以通過疊加不同振幅和相位的信號來分發(fā)大量信息，從而更好地利用頻譜。由于電波不會重疊，因此傳輸過程不會產(chǎn)生噪音。4K 意味著 4000 多個信號可以同時通過。Wi-Fi 7 將該技術(shù)進行了標(biāo)準(zhǔn)化，并通過增加容量減少了延遲。

此外，Wi-Fi 7 使用正交頻分多址 (OFDMA) 技術(shù)，具有多個資源單元 (MRU)，可將數(shù)據(jù)分割成更小的數(shù)據(jù)包，從而提高了吞吐量。MRU 可將多用戶延遲降低 25%，而 MLO 可將單用戶延遲改善 80%。

Wi-Fi 的頻率控制

能夠?qū)崿F(xiàn) Wi-Fi 7 的技術(shù)令人印象深刻，它依賴于嚴(yán)格的頻率控制。將數(shù)據(jù)打包到信道中，無論如何的有效，都需要絕對的精度；否則，信號可能就會相互干擾，導(dǎo)致性能低下。

新的 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)備和接入點都采用現(xiàn)代化的無線電設(shè)備。這些功能強大的無線電設(shè)備可以同時調(diào)諧到多個頻段，繞過 AFC 描述的保留信道，并利用 4K QAM 將密集的信息填充到該頻譜中。它們依賴于相位噪聲極低、穩(wěn)定性高的電子元件，以確保穩(wěn)定的信號傳輸。

盡可能降低相位噪聲和抖動對于保持數(shù)據(jù)的完整性和降低錯誤率非常重要。現(xiàn)在僅有穩(wěn)定的頻率是不夠的，信號應(yīng)付不了隨著時間和溫度而產(chǎn)生的衰減。振動、沖擊和長期退化都會影響性能，需要在設(shè)計階段考慮在內(nèi)。

頻率控制組件

晶體、振蕩器和功率電感器對于提供 Wi-Fi 系統(tǒng)所需的高精度頻率控制至關(guān)重要。

振蕩器可完成數(shù)據(jù)傳輸所需的所有任務(wù)，包括產(chǎn)生穩(wěn)定的信號、確保所有通信的時間同步，以及確定運行所需的載波頻率。晶體通常與振蕩器結(jié)合在一起，對振蕩器產(chǎn)生的輸出進行微調(diào)，就像音叉一樣，使頻率信號保持高度集中和精確。當(dāng)電感器與電容器結(jié)合時，就會形成 LC 電路，從而使 Wi-Fi 系統(tǒng)能夠?qū)Ｗ⒂谔囟ǖ念l段，并過濾掉外來噪聲。

[ECS Inc.]生產(chǎn) Wi-Fi 7 系統(tǒng)所需的各種晶體、振蕩器和電感器。例如，ECS 的表面貼裝 (SMD) 晶體有多種封裝尺寸可供選擇，并提供高達 +150°C 的寬溫度范圍。

[ECX-1637B]系列（圖 1）是無線應(yīng)用的理想之選。它們是緊湊型 SMD 晶體，采用 2.0 mm x 1.6 mm x 0.45 mm 4 焊盤封裝。其第一年老化率為 ±1 ppm，在 -30°C ~ +85°C 溫度范圍內(nèi)的容差和穩(wěn)定性達 ±10 ppm。

圖 1：ECX-1637B 低老化緊湊型晶體表面貼裝 (SMD) 晶體具有 16 MHz 至 96 MHz 的寬頻率范圍，非常適合無線應(yīng)用。（圖片來源：ECS）

[ECX-2236B] 系列采用 SMD 石英晶體，具有低 ESR 和低至最大 ±1 ppm 的第一年老化。[ECS-33B]系列的頻率范圍為 10 MHz ~ 54 MHz，在 -40°C ~ +85°C 的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)溫度范圍內(nèi)具有很小的 ±1 ppm 第一年老化率。這些特性非常適合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、無線和 Wi-Fi 應(yīng)用。

ECS 還銷售一系列陶瓷振蕩器。[ECS-2520MV]系列適用于 0.750 MHz 至 160 MHz 范圍，而 [ECS-2520SMV] 系列則最適用于 8 MHz 至 60 MHz 范圍。兩個系列的溫度范圍均為 -40°C 至 +105°C。

圖 2：ECS-2520MV 系列是小型 SMD 高速 CMOS 振蕩器，非常適合用于無線應(yīng)用。（圖片來源：ECS Inc.）

最后，ECS 還提供一系列功率電感器，覆蓋很寬的電感和溫度范圍。無論是 [ECS-MP12520]、[ECS-MP14040]，還是 [ECS-MPIL0530] ，不同系列的規(guī)格各不相同。

圖 3：ECS 功率電感器的電感和溫度范圍很寬，是 Wi-Fi 系統(tǒng)的重要組成部分。（圖片來源：ECS Inc.）

綜述

要充分發(fā)揮 Wi-Fi 7 的潛力，需要多個組件相互協(xié)作。振蕩器是電路的基礎(chǔ)，產(chǎn)生基頻，然后由晶體進行微調(diào)。電路中的功率電感器可確保沒有外來信號干擾所需的頻率，并能平滑電壓波動。然后，這個頻率控制系統(tǒng)會與像用于信號傳輸?shù)奶炀€和用于數(shù)據(jù)處理的單片機這樣的元件組合在一起。

結(jié)語

Wi-Fi 7 有望成為通信媒介可靠性的一次飛躍，而強大的頻率控制則是這一飛躍的基礎(chǔ)。振蕩器、晶體和電感器等硬件元件是先進 Wi-Fi 電路的基礎(chǔ)，也是這項歷史悠久的通信技術(shù)的可靠主力。從長遠來看，工業(yè)自動化和人工智能的發(fā)展可能會增加 Wi-Fi 的壓力，通信技術(shù)也將再次演進。

審核編輯 黃宇