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解读 Wi-Fi 4/5/6/6E 标准

Wi-Fi 联盟即将推出另一项增强功能——进一步推进采用 Wi-Fi 6E 的下一代无线通信标准。在此篇博客文章中,Tony Testa 和 Jaidev Sharma 帮助我们厘清当今及未来通信网络的 Wi-Fi 4、5、6 与 6E 标准。


请问 Tony 和 Jaidev,当今无线产品采用的最新 Wi-Fi 标准是什么?

答:自 20 多年前 Wi-Fi 发布以来,随着新应用和新技术的出现,这一标准已经发生了变化。每个新的标准都建立在先前标准的基础上,并增加了速度、性能和信号可靠性方面的改进。如今,只有少数 Wi-Fi 标准在使用;消费产品中最流行的三种标准为 802.11n、ac 和 ax;也称为 Wi-Fi  4、5 和 6。让我们在更高的层面回顾一下这三个标准以及它们之间的一些差异:

Wi-Fi 4 是我们首次看到在 Wi-Fi 产品中添加了多输入多输出(MIMO)功能,其增加了 40MHz 的带宽。MIMO 中的独立 RF 流在并行的独立信道中运行,从而使信道宽度加倍,单个 20MHz 信道提供了两倍的数据速率。它支持多达 4 个空间流(4-MIMO),以提高整体吞吐量,使理论峰值吞吐量达每秒 600 兆位。

Wi-Fi 5 使 MIMO 更进一步,实现了高达 8-MIMO 空间流的更宽带宽,即在 5GHz 频段达到 160MHz 的带宽。此外,为了获得更高的容量和数据速率,调制方式从 64 QAM(正交幅度调制)升级到 256 QAM;此外,Wi-Fi 5 还带来了多重 MIMO。总体而言,它增加了信道绑定,为单个用户实现多个流的功能;它还允许同时向多个客户端直接发送空间流,以提升网络效率。Wi-Fi 5 是首个引入波束成型的技术标准。波束成型使天线能够指向特定设备定向发射无线电信号,从而将干扰降至最低,并为每个用户优化无线连接。


对于 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 这两个最新标准,您能否分享一些更多的信息,来总结一下其调制方案的不同之处?

答:Wi-Fi 5 标准采用具备 256 QAM 调制能力的正交频分复用(OFDM)技术来传递数据包。在 OFDM 下,无论是传输视频还是发送简单文本消息,设备均使用固定带宽(即 20/40/80/最高 160 MHz)来执行数据传递。这意味着每个用户在传送数据包时并不总是获得相同的体验,而是要取决于他们在传输队列中的位置(即较早进入数据队列中的用户比较晚进入队列中的用户会获得更快的数据体验)。

但是,对于 Wi-Fi 6,其使用正交频分复用访问(OFDMA)技术,允许资源单元根据用户的需求来划分带宽,以更快的速度为每个用户提供相同的体验;因此,对于 OFDMA,相同的带宽可带来更有效的数据传输。随着升级到 1024 QAM,每个符号获得更多位元——达到每个符号 10 位;而 256 QAM 为 8 位。因此,位数越多,数据越多,数据的传输效率就越高。另外,OFDMA 的使用减少了子载波之间的空间,将更多资源单元打包到每个数据传递的有效载荷中。


Wi-Fi 6 升级到 6GHz 频段引发业界热议,您能否详细说明它对设备的影响?

答:从 4G 开始到现在的 5G,蜂窝网络和 Wi-Fi 技术一直共享频率带宽,以容纳用户容量。实际上,为满足客户需求,5G 蜂窝网络要求更多——由于需要更大带宽来满足 5G 用例的要求,目前的 5GHz Wi-Fi 将难以帮助蜂窝网络承担负载,尤其是在室内通信场景中。

其解决方案是将 Wi-Fi 带宽范围增加到 6GHz,以改善蜂窝切换性能和提升用户服务质量。6GHz 非常适合推动 Wi-Fi 的发展,它实现了清晰的频谱,并减少了 2.4GHz 和 5GHz 频段上 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5 设备的干扰;它还带来更宽广的可用信道——足以容纳 14 个额外的 80MHz 信道和 7 个额外的 160MHz 信道。此外,这为 Wi-Fi 7 及更高版本规范(如正在制定中 320MHz 带宽)提供了前瞻性功能。

例如,在 2020 年消费电子展(CES)期间,Wi-Fi 联盟宣布了其对 6GHz 频谱的行业支持,并正式命名为“Wi-Fi 6E”。Wi-Fi 联盟总裁兼 CEO Edgar Figueroa 表示:“ 6GHz 将有助于满足对 Wi-Fi 频谱容量不断增长的需求,以确保 Wi-Fi 用户继续通过其设备获得相同的出色体验。Wi-Fi 联盟现推出 Wi-Fi 6E 以确保行业在通用术语和名称上保持一致,让Wi-Fi 用户在频谱可用时识别支持 6GHz 工作的设备。”


关于Qorvo何时推出6GHz Wi-Fi 6的产品,您能否做出相应的预期?

答:我们拥有一套完整的 Wi-Fi 6 产品组合,涵盖 2.4GHz 和 5GHz。关于新的 6GHz 频段,Qorvo 一直致力于全新前端模块(FEM)的开发,其中一些于最近的 2020 CES 大会期间,在客户和合作伙伴的展位上进行了展示。我们将拥有 6GHz FEM 及滤波器的完整RF产品组合,从而在我们的客户推出相关产品时,为这一新频谱带来支持。

所有 Wi-Fi 设备细分领域在参数要求(即电压、输出功率和工作频率)方面略有不同,这一全新 Wi-Fi 6E 标准也不例外。鉴于它仍处于早期阶段,并仍在评估和确定最终的产品设计要求,因此我们也正积极与标准机构、客户和合作伙伴协作,以帮助打造新的 6GHz 频段产品。

例如,面向此类 6GHz 高频率下的滤波要求具有非常窄的过渡频带,由此让设计过程更为复杂。在这一更高的频率范围内,以最小插损实现所需的抑制能力,从而满足系统的隔离性能正变得越来越具挑战性。Qorvo 推出的体声波(BAW)以及其它宽带滤波功能具有多个关键属性,可帮助满足此类解决方案的要求。我们已对 BAW 产品进行抽样并提供了相关数据,也正在同客户及标准机构紧密合作,以帮助满足并建立核心行业要求。

Wi-Fi 联盟总裁兼 CEO Edgar Figueroa

https://www.patentlyapple.com/patently-apple/2020/01/the-wifi-alliance-introduced-wifi-6e-today-just-as-ces-2020-is-about-to-begin-next-week.html

2020 CES 大会

https://www.qorvo.com/design-hub/blog/qorvo-at-ces-2020


作者后记

在过去 20 年中,我们看到每一代 Wi-Fi 标准都在不断演进,为无线通信领域带来了令人振奋的新进展。通过引入新的协议、更高阶的调制方案,以及基于 MIMO 技术实现的多个空间流,Wi-Fi 已经能与其它无线标准竞争并超越它们。此外,Wi-Fi 的发展从未停歇,我们正积极同客户与标准机构携手,开发和塑造未来的连接解决方案,为我们的客户提供最佳无线体验。

还有其它想让 Qorvo 专家讨论的话题吗?将您的建议通过电子邮件发送给 Qorvo 博客团队(qorvo。blog@qorvo。com),它可能会出现在即将发布的文章中。

关于作者

Tony Testa -- 无线连接业务部营销总监

Tony Testa激发了Qorvo无线连接产品的创新。凭借20多年来对行业联盟活动的支持和丰富的客户经验,他协助工程师创建了最先进的RF解决方案,对我们的日常生活产生深远影响。

Jaidev Sharma -- 无线连接业务部应用工程总监

Jaidev Sharma及其硬件团队为全球客户提供支持,以构建创新的Wi-Fi /本地定位系统解决方案。他拥有超过12年的RF和系统经验,涉及多种无线标准,例如Wi-Fi、IoT、LTE等。


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