超越手机领域：将Wi-Fi FEM融入AR/VR和IIoT中

Kevin Gallagher，Qorvo高级产品营销经理

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就像所有其他技术一样，Wi-Fi也在不断进步。Wi-Fi联盟和制造商也开始努力提高其频率范围，加快其上传和下载速度，并缩小其尺寸。这就是Wi-Fi在越来越多的应用领域普及的原因所在。

Wi-Fi 6和6E的优势

最新一代Wi-Fi 6包括近期批准的6GHz频段（即Wi-Fi 6E）。如图1，Wi-Fi 6、6E和7均支持6GHz至7GHz的频段。

图1：Wi-Fi 6、6E和7频段

Wi-Fi 6（和6E）对Wi-Fi 5进行了改进。这些改进支持更高的容量、更出色的信号可靠性和更快的速度。Wi-Fi 6的关键特性/优势包括：

·       上行MIMO—Wi-Fi 5只有在下行模式中才支持多用户MIMO。Wi-Fi 6包括上行，所有多个用户可同时上传和下载数据。

·       更宽调制—带有1024QAM调制的Wi-Fi 6采用10位调制方案（与Wi-Fi 5中的8位256QAM调制相比），可实现更高的吞吐量，并将每个符号的传输容量提高25%。

·       更高容量和效率—Wi-Fi 6采用正交频分多址接入(OFDMA)，而不是Wi-Fi 5中的正交频分复用(OFDM)，这样可以实现FDD，从而取代TDD，还能实现特定信道内的资源单元分配。子载波间隔减小至78.125kHz（为Wi-Fi 5间隔的25%），且符号比Wi-Fi 5长4倍。所有这些变化结合在一起，意味着系统更加高效，能够同时上传或下载多个数据包。

·       基于调度的工作—在Wi-Fi 6中，接入点决定设备何时工作，因而能够更加高效地处理客户端。资源调度还能显著减少休眠期间的能耗，从而延长客户端的电池续航时间。

·       多频段—Wi-Fi 5和Wi-Fi 4只能在2.4GHz和5GHz频段运行；而Wi-Fi 6E除了2.4GHz和5GHz频段外，还支持最近开放的6GHz频段（Wi-Fi 6E）。

非常棒的Wi-Fi 6/6E新用例

Wi-Fi的价值影响依然非常显著。Wi-Fi联盟最新研究“Wi-Fi的全球经济价值”表明，2018年以来，其经济价值增长了近1.7倍，从1.96万亿美元增长到3.3万亿美元。预计，到2025年，该价值将达到4.9万亿美元。这明确表明Wi-Fi在全球消费类和商业市场领域的重要性。Wi-Fi 6/6E已经应用于新型移动电话、路由器和网络适配器，为更多需要更高带宽和更低延迟的家庭和工业应用铺平了道路。新型Wi-Fi 6前端模块(FEM)和滤波器设计可实现这些新应用，这些设计提供了用户端设备(CPE)和移动设备中优化Wi-Fi 6/6E所需的功能。

随着接入点和网络适配器开始满足Wi-Fi 6/6E的容量、速度和服务质量(QoS)要求，市场将迎来带宽要求高、延迟敏感的新型产品。这包括：

·           家庭/消费类—增强现实(AR)/虚拟现实(VR)眼镜和投影仪、高清摄像头以及其他人工智能(AI)辅助媒体设备，这些设备都需要高带宽和低延迟来实现实时或近实时视频响应。

·           工业/商业—工业物联网(IIoT)应用，如摄像头以及其他实时仪器仪表，需要更确定的网络行为，以满足生产线、炼油作业等的质量和安全要求。

·           军事—AR眼镜和其他视觉辅助系统，需要在现场实现安全性和实时确定性。

尽管Wi-Fi联盟还在继续致力于这些应用领域的许多标准细节，但这项技术已经成熟并随时可用。

如移动设备一样，这些系统需要占用很少空间，同时具备高带宽、低延迟吞吐量、类似确定性响应、低功耗、高线性度和抗干扰的Wi-Fi 6/6E解决方案。

小型移动设备设计的挑战

将Wi-Fi 6融入更紧凑的设备中与移动手机设计并没有什么不同。所面临的挑战在于：使用更小巧的低功耗IC设备的同时，确保与路由器和网络适配器相同的联网功能和射频要求遵从性。其中一些挑战包括：

俘获和过滤—就像Wi-Fi 5一样，更高的频率会带来新的挑战。6GHz Wi-Fi频率的过渡频段非常窄。在较小的空间内，以最小的插入损耗实现满足系统隔离要求的抑制性能成为更重大挑战，没有屏蔽空间或分立滤波器组件。

干扰—只要能够连接网络，用户真的不会太关心他们使用的频率（或技术）。许多设备都支持多个无线电，因此Wi-Fi 6前端与其他技术共存变得至关重要。

范围—更小的设备和更少的内部空间会限制Wi-Fi的覆盖范围。频率越高，带宽就越大，但物理障碍物的穿透性能就越低。如图2，使用体声波滤波器技术可以帮助设计人员最大化其系统的射频范围。此外，有效利用能源和集成天线可以在更小的空间内提供更多的功能。

图2：用于最大化射频范围的体声波滤波器

空间—将所有必要的Wi-Fi 6功能和容量压缩到更小空间，是实现新一代Wi-Fi设备创新应用所面临的最大挑战。小空间会限制物理环境，并需要对以下方面进行更深入的分析：

·           功率效率和散热—这些参数取决于应用。IIoT边缘传感器可能严重受限，而汽车的集成解决方案具有更高容差。

·           天线集成—带集成天线的设备无需使用多个外部组件。

·           EVM—误差矢量幅度要求更严格。

·           多频段兼容性—如上文所述，共存为必要条件。

·           环境—环境因应用而异，从超冷干燥到非常炎热潮湿。

·           可靠性—Wi-Fi已达到了用户预期的可靠性水平，且无论设备大小，都必须实现该预期水平。

认证—虽然Wi-Fi用户希望实现一定水平的可靠性，但政府和行业仍要求遵守法规和实现预期性能水平。小型设备会对满足这些要求的设计带来挑战，包括合规性（FCC、FDA、FAA等）、工业认证和商业合作伙伴认证。

结语

除了家庭网关和智能手机，Wi-Fi还将继续支持我们日常生活中的各种新技术。随着AR、VR、实时工业安全等最新技术的发展，Wi-Fi开始成为军事和工业领域的全新首选技术。