開發(fā)Wi-Fi 6/6E移動設(shè)備新優(yōu)勢

作者：Rick van Kemenade

2021年的數(shù)據(jù)已經(jīng)公布，如果您對Wi-Fi在現(xiàn)代生活中發(fā)揮的重要作用有任何疑問，請斟酌一下統(tǒng)計數(shù)據(jù)：現(xiàn)在地球上每個人至少有兩臺Wi-Fi設(shè)備。目前全球人口接近79億，但Wi-Fi聯(lián)盟報告稱，去年使用的Wi-Fi設(shè)備有164億臺。

新一代Wi-Fi正在迅速增長

Wi-Fi聯(lián)盟同時報告了2021年的設(shè)備出貨量，最新一代Wi-Fi出貨速度正迅猛提升，令人印象深刻。2021年，Wi-Fi設(shè)備的總出貨量為42億部，其中Wi-Fi 6為22億部（占52%），Wi-Fi 6E為3.38億部（占8%）。

換言之，在2019年發(fā)布后僅僅兩年，Wi-Fi 6就已經(jīng)成為公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，占新Wi-Fi設(shè)備的一半以上，而Wi-Fi 6E使用的6 GHz頻段推出僅幾個月后，Wi-Fi 6E設(shè)備就開始大量出貨。

Wi-Fi的全球價值迅速增長

Wi-Fi 6/6E是變革性技術(shù)

很容易理解為什么Wi-Fi 6正在蓬勃發(fā)展。更快的高網(wǎng)速和對密集、擁擠網(wǎng)絡(luò)的更佳管理等增強的整體性能與新頻譜可謂強強聯(lián)合。這意味著視頻流和游戲等熟悉的體驗將得到提升，需要高帶寬和低延遲的新一代令人印象深刻的應(yīng)用現(xiàn)在觸手可及。

5G移動通信的部署是Wi-Fi 6增長的另一個因素。Wi-Fi 6和5G是互補技術(shù)，它們使用許多相同的技術(shù)，包括OFDMA和MU-MIMO傳輸。當(dāng)5G移動設(shè)備進(jìn)入信號較弱的室內(nèi)時，可以切換到Wi-Fi 6，而不會中斷信號。對于自動駕駛汽車、醫(yī)療監(jiān)測、智能制造等要求嚴(yán)苛的5G應(yīng)用來說，這一功能必不可少，必須保證室內(nèi)和室外的連接不間斷，以實現(xiàn)無縫操作。Wi-Fi聯(lián)盟報告稱，2021年63%的移動流量被分流到Wi-Fi，這表明近三分之二的移動通信會話利用Wi-Fi熱點來保持移動設(shè)備的連接。隨著5G的繼續(xù)推廣，這一數(shù)字只會上漲。

Wi-Fi 6/6E對設(shè)計人員來說更具挑戰(zhàn)性

從設(shè)計的角度來看，功能的增加以復(fù)雜性增加為代價，從Wi-Fi 5升級到Wi-Fi 6對任何工程師來說都是艱難的過渡。例如，MU-MIMO功能在Wi-Fi 6中得到了升級，從單向運行轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向運行，因此設(shè)計師必須處理上行鏈路和下行鏈路功能。同樣，Wi-Fi 5采用單用戶正交頻分（OFDM）時，Wi-Fi 6將其升級到多用戶格式（OFDMA），這可能更難有效地管理。

但對于移動系統(tǒng)的設(shè)計人員來說，最大的挑戰(zhàn)可能是升級到高階正交幅度調(diào)制（QAM）和帶寬。從Wi-Fi 5的256 QAM轉(zhuǎn)換為Wi-Fi 6的1024 QAM，吞吐量更高，容量可增加25%，每個符號有10位而不是8位。再加上最大信道帶寬從80 MHz增加到160 MHz，頻段擴展到7.125 GHz，這對系統(tǒng)的射頻部分提出了更高的性能要求。要獲得合適的性能水平，可能需要更高的技術(shù)專長。

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Wi-Fi 6無線高速互聯(lián)網(wǎng)連接

就算在條件較好的情況下，射頻優(yōu)化也是出了名的困難，但Wi-Fi 6的嚴(yán)苛要求使此類優(yōu)化更具挑戰(zhàn)性。它們的容忍度更小，因此即使是微小的調(diào)整也會顯著改變整個系列的Wi-Fi信號、性能和能效。

為避免陷入錯綜復(fù)雜的射頻優(yōu)化問題，設(shè)計團(tuán)隊使用名為前端模塊（FEM）的預(yù)集成的射頻產(chǎn)品來節(jié)省時間和精力。前端模塊是專為完善射頻鏈而構(gòu)建的解決方案。前端模塊位于天線和無線系統(tǒng)的連接片上系統(tǒng)（SoC）之間，是一種專門構(gòu)建的解決方案，可完善射頻鏈并提升整體性能。在高端移動Wi-Fi 6/6E系統(tǒng)中，它是設(shè)計中較重要的一個部分。

前端模塊的優(yōu)勢

前端模塊可節(jié)省時間，同時實現(xiàn)更好的設(shè)計。所有產(chǎn)品都以高度集成的小型解決方案來提供，因此設(shè)計速度更快。單個前端模塊部件的放置靈活性意味著射頻鏈的每一段都可以得到充分優(yōu)化。集成射頻放大器可增強微弱的輸入信號，而不會對噪聲性能產(chǎn)生顯著影響，因此射頻鏈更靈敏，能夠更好地從多個輸入信號進(jìn)行選擇。在傳輸（TX）端，恩智浦FEMS以高效方式提高了正在傳輸?shù)男盘柕墓β孰娖?，因此，在上行鏈路中也會顯著提升性能并擴展傳輸范圍。

一群學(xué)生在便攜式設(shè)備上體驗Wi-Fi 6/6E

恩智浦率先從雙前端模塊遷移到單前端模塊

Wi-Fi 6/6E的第一批前端模塊，包括恩智浦提供的前端模塊，都是雙前端模塊。每個前端模塊都配備了兩個單片前端IC。例如，我們于2020年年中推出了WLAN8101x系列，將兩個前端IC放入規(guī)格為3 x 4 mm的QFN封裝中。

然而，射頻設(shè)計不會長期停滯不前，我們的工程師們一直在努力超越自我。WLAN8101x系列面世僅八個月后，我們就實現(xiàn)了新突破，率先推出了一款單通道Wi-Fi 6E前端模塊。WLAN7205C專為智能手機設(shè)計，是業(yè)界首批單通道Wi-Fi 6解決方案，采用2 x 2 mm QFN封裝提供單片集成功率放大器（PA）、開關(guān)和低噪聲放大器（LNA）。

與需要更大封裝的雙IC WLAN8101x相比，單IC WLAN7205C可以放置在離天線更近的地方。這減少了前端模塊后的走線損耗并提高了性能。PA后的低損耗可提供卓越的發(fā)射效率，LNA前的低損耗可最大限度地提高接收靈敏度。更靠近天線的位置還可以提高射程，延長電池續(xù)航時間，并實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸。

另一個恩智浦率先完成的成績

現(xiàn)在，恩智浦推出了WLAN7207C（5-7 GHz）和WLAN7207H（2.4 GHz和藍(lán)牙），將單個前端模塊提升到新的水平。這些完全集成的前端模塊針對新款智能手機進(jìn)行了優(yōu)化，提供了極高的線性度，并支持低功耗模式。它們不需要外部匹配的組件，設(shè)計更緊湊、更經(jīng)濟、更易完成。它們?yōu)槊總€頻段提供三種Tx工作模式，可更好地微調(diào)功效，還提供兩種Rx工作模式，可在LNA模式和旁路模式之間實現(xiàn)增益步進(jìn)。更重要的是，它們采用了微小的封裝。WLAN7207C采用2 x 2 mm HWFLGA16封裝，而WLAN7207H采用HFCPLGA18封裝，尺寸僅為2.4 x 2.0 mm。

與恩智浦的其他Wi-Fi前端模塊一樣，WLAN7207x系列采用業(yè)界領(lǐng)先的Qubic SiGe：C BiCMOS技術(shù)生產(chǎn)，工作效率非常高，有助于確保Wi-Fi信號在噪聲、失真和雜散信號方面的衰減達(dá)到最小。

在移動應(yīng)用中使用恩智浦WLAN7207C和WLAN7207H產(chǎn)品增強Wi-Fi 6/6E性能

更棒的智能手機體驗

集成了WLAN7207x系列的智能手機將提升Wi-Fi性能，而對電池續(xù)航幾乎沒有影響。信號保持線性且易于管理，可提高數(shù)據(jù)速率并延長覆蓋范圍。這將轉(zhuǎn)化為更加連續(xù)體驗，因為在走動時進(jìn)行視頻通話需要更可靠的連接。同時，射頻鏈的高效率意味著性能的提高對電池續(xù)航能力幾乎沒有影響。

Wi-Fi 7展望

WLAN7207x系列反映了高性能射頻設(shè)計的最新能力，但也讓開發(fā)人員為未來開發(fā)做好了準(zhǔn)備。IEEE已經(jīng)在研究Wi-Fi 7（802.11be），Wi-Fi聯(lián)盟預(yù)測Wi-Fi 7最早將于2023年開始使用。Wi-Fi 7有望在Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E成功的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，以更先進(jìn)的方式（2.4/5/6 GHz）使用三個頻段。因此，支持Wi-Fi 6/6E的WLAN7207系列是很快過渡到Wi-Fi 7設(shè)計的天然橋梁。

采取下一步行動

如需了解恩智浦的Wi-Fi 6/6E解決方案，尤其是WLAN7207x，請訪問WLAN前端IC和模塊專用頁面。

作者：

Rick van Kemenade

恩智浦半導(dǎo)體營銷經(jīng)理

Rick作為恩智浦智能天線解決方案產(chǎn)品系列的營銷經(jīng)理，負(fù)責(zé)恩智浦高度集成的5G和Wi-Fi 6射頻前端IC產(chǎn)品組合，服務(wù)于基礎(chǔ)設(shè)施和移動市場。