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安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效

發(fā)布時(shí)間:2020-04-09 來源:安森美半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】如今,Wi-Fi已成為人們生活中不可或缺的一部分,聯(lián)接著人們的工作、學(xué)習(xí)和娛樂。隨著Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)演變到Wi-Fi 6甚至未來的Wi-Fi 6E,聯(lián)接速度在不斷地提升,Wi-Fi方案的全球領(lǐng)袖之一安森美半導(dǎo)體旗下的Quantenna也與時(shí)俱進(jìn),不斷推出更先進(jìn)的Wi-Fi方案和技術(shù)如波束成形、8x8多用戶多入多出(MU-MIMO)等,使寬帶網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi信號(hào)增強(qiáng)器、Mesh節(jié)點(diǎn)、視頻客戶端機(jī)頂盒、零售路由器、視頻橋等應(yīng)用聯(lián)接更快,吞吐量更大,覆蓋范圍更廣,先進(jìn)的Spartan參考設(shè)計(jì)還幫助設(shè)計(jì)人員縮短開發(fā)時(shí)間,最優(yōu)化開發(fā)成本。
 
Wi-Fi對(duì)比其它無線技術(shù)
 
市場(chǎng)上的無線技術(shù)主要有藍(lán)牙、Zigbee、WiGig、LTE/4G、Wi-Fi、5G。其中,藍(lán)牙、Zigbee主要用于10m以內(nèi)的短距傳輸,速度達(dá)10Mbps,WiGig專為短距、達(dá)6Gbps的超高速無線網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì),LTE適用于達(dá)100 km的長(zhǎng)距傳輸,Wi-Fi能提供在100m范圍左右、達(dá)9.6Gbps的高速傳輸,5G在某些頻段可達(dá)到與Wi-Fi差不多的距離和速度。從應(yīng)用來看,4G和5G都適用于移動(dòng)設(shè)備,但由于距離的因素,5G需部署較多的基站。
 
各種無線技術(shù)所用的頻率都不同,如LTE使用2.5GHz頻段,而5G工作在28GHz頻段,假設(shè)在相同的發(fā)射頻率下,頻率越高,所發(fā)送信號(hào)的距離越短,所以5G需要部署較多的基站才能實(shí)現(xiàn)距離更遠(yuǎn)的覆蓋,會(huì)增加費(fèi)用。對(duì)于LTE和5G所用頻段,運(yùn)營(yíng)商需要支付幾十億美元以獲得授權(quán),而Wi-Fi的頻段是免授權(quán)的,因而Wi-Fi更具成本優(yōu)勢(shì)。Wi-Fi 6和5G的對(duì)比如圖1所示。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
圖1:Wi-Fi 6對(duì)比5G
 
Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)
 
Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)從1999年制定實(shí)施以來,最快速度由最初的11Mbps演變到54Mbps、600Mbps、6.8Gbps,到現(xiàn)在Wi-Fi 6的9.6Gbps,吞吐量不斷提高,在Wi-Fi的天線方面,從最初的1x1到4x4乃至現(xiàn)在普遍使用的8x8。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6,20年內(nèi)提速約1000倍(3個(gè)數(shù)量級(jí)),這意味著若您想發(fā)送或接收一部3.8GB的電影,用Wi-Fi 1約耗時(shí)3850秒(64分鐘),而用802.11ax Wi-Fi 6僅需約4.5秒。
 
無線技術(shù)頻率和帶寬越大越好
 
從調(diào)幅(AM)無線電到調(diào)頻(FM)無線電再到5G,使用的頻率越來越高,Wi-Fi使用2.4GHz、5GHz的頻段,未來的Wi-Fi 6E還會(huì)擴(kuò)展到6GHz。帶寬越大,就能傳輸更多數(shù)據(jù)。2.4GHz的帶寬約83.5MHz,5GHz的帶寬約500MHz,6GHz的帶寬約1200MHz,是2.4GHz和5GHz合并值的兩倍多。
 
什么是波束成形、MIMO和MU-MIMO
 
波束成形是將能量聚焦于特定方向的傳輸,是使用數(shù)字信號(hào)處理讓能量聚焦在所需要的客戶端,在相控陣中組合元素以使特定角度的信號(hào)經(jīng)歷建設(shè)性干擾,而其他信號(hào)則經(jīng)歷破壞性干擾,以達(dá)成能量聚焦的目的,獲得最佳的Wi-Fi信號(hào)增益。安森美半導(dǎo)體的Quantenna是首創(chuàng)將波束成形用于4x4 Wi-Fi 4 產(chǎn)品的半導(dǎo)體供應(yīng)商。
 
多入多出(MIMO)指在發(fā)射端和接收端都有多個(gè)天線的通信系統(tǒng),從而提升收發(fā)數(shù)據(jù)的速度和信號(hào)強(qiáng)固性。MU-MIMO基于MIMO和波束成形,支持多用戶跨不同空間流,讓W(xué)i-Fi覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)客戶端都能獲得最好的信號(hào)強(qiáng)度并提升速度。安森美半導(dǎo)體的Quantenna是首個(gè)支持4x4、8x8 MIMO和MU-MIMO的半導(dǎo)體供應(yīng)商。
 
解決Wi-Fi痛點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)
 
在實(shí)際使用中,有很多因素可能降低Wi-Fi性能,Quantenna的Wi-Fi增強(qiáng)功能可改善這許多影響。如針對(duì)隨著距離拉遠(yuǎn),Wi-Fi速度下降,Quantenna采用8x8、5x5 MIMO和波束成形擴(kuò)大覆蓋范圍。為降低來自鄰居Wi-Fi、其它免授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的干擾,采用智能信道選擇(SCS)、智能型自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)(SONiQ)、智能接入點(diǎn)(AP)切換技術(shù),擇最佳的信道。安森美半導(dǎo)體也提供特有的iQStream安排各設(shè)備不同的優(yōu)先級(jí),以解決家庭中許多Wi-Fi設(shè)備同時(shí)使用所造成的競(jìng)爭(zhēng)問題。
 
Quantenna的Wi-Fi方案用于接入點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)、路由器、Mesh節(jié)點(diǎn)和機(jī)頂盒,符合的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)從Wi-Fi 5、Wi-Fi 6到Wi-Fi 6E,提供最高達(dá)8x8 MIMO、雙頻段和三頻段技術(shù),且提供幾近交鑰匙(Turnkey)方案,簡(jiǎn)化和加快設(shè)計(jì)。
 
基于8x8 MIMO的Wi-Fi 6方案
 
Quantenna的Wi-Fi 6(802.11ax) 8x8 MIMO的關(guān)鍵差異化特性在于:雙頻段8x8+4x4的12條空間流,可達(dá)到最高性能的5GHz加上2.4GHz的吞吐量。自適應(yīng)8x8 MIMO在單個(gè)8x8或兩個(gè)4x4網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換,以根據(jù)可用客戶端最大化頻段利用率。8空間流反饋使客戶端在處理MIMO信號(hào)時(shí)能達(dá)到最佳覆蓋范圍和速度。ESP對(duì)于少于8空間流反饋的客戶端,重建完整的信道信息,以提升速度和覆蓋范圍。智能動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)雷達(dá)信道偵測(cè),支持在DFS環(huán)境中啟用天氣雷達(dá)信道和160MHz帶寬運(yùn)行,以快速清除DFS雷達(dá)信道,從而使DFS雷達(dá)信道利用率更高,實(shí)現(xiàn)最大帶寬和性能。
 
以產(chǎn)品舉例說明,如雙頻8x8+4x4的QSR10GU-AX,這是個(gè)高度集成的三芯片組方案,集成雙頻并行基帶、CPU、5GHz RFIC 8x8 和2.4GHz RFIC 4x4,最高速度達(dá)8.6Gbps(5GHz)+ 1.15Gbps(2.4GHz),比4x4增益更好,背景DFS雷達(dá)信道掃描使4條鏈在接收期間掃描干擾/DFS,并保留4x4的傳輸數(shù)據(jù)。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
圖2:QSR10GU-AX:固定的(8x8+4x4)802.11ax
 
三頻4x4+4x4+4x4的QSR10R-AX,高度集成基帶、CPU、5GHz RFIC(采用軟件配置和外置濾波器將頻段區(qū)分為5GHz高頻和5GHz低頻)、2.4GHz RFIC 4x4,可實(shí)現(xiàn)完全自托管的中繼器方案。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
圖3:QSR10R-AX:三頻(4x4 + 4x4 + 4x4)
 
此外,Quantenna在MU-MIMO技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,在Wi-Fi 4的時(shí)代就已導(dǎo)入MU-MIMO。在真實(shí)世界,客戶端是會(huì)移動(dòng)的,Quantenna演示并展示了即使有人在移動(dòng)時(shí)MU-MIMO的優(yōu)勢(shì),并且通過演算法的優(yōu)化,也支持3個(gè)以上的客戶端在MU-MIMO下獲得速度增益,還支持160MHz信道帶寬的MU-MIMO以最大化無線電性能。
 
基于5x5 MIMO的 Wi-Fi 6方案
 
當(dāng)前主流的產(chǎn)品是4x4 Wi-Fi 5,而Wi-Fi 6增加了正交頻分多址(OFDMA)功能,且在2.4GHz頻段上速度提高90%,以及TWT使客戶端更省電?;赪i-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的功能,Quantenna的5x5 MIMO Wi-Fi 6更進(jìn)一步擴(kuò)大覆蓋范圍,真正的MU-MIMO,具備獨(dú)特的智能雷達(dá)信道掃描,及領(lǐng)先業(yè)界的QoS,比4x4 MIMO快50%的速度,提供更佳的Wi-Fi體驗(yàn)。
 
以QSR5G-AX Plus為例,全分流(Full Offload)讓客戶在選擇主CPU時(shí)有更多的靈活性,簡(jiǎn)化軟件集成,加快上市時(shí)間,第5條天線提供更好的家庭覆蓋范圍、更好的MU-MIMO增益,雷達(dá)掃描信道更精準(zhǔn),非常適用于中繼器設(shè)計(jì),無需外部CPU,具成本優(yōu)勢(shì),Quantenna也提供完整的中繼器交鑰匙方案。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
圖4:QSR5G-AX Plus 優(yōu)于4x4方案
 
Wi-Fi 6E產(chǎn)品
 
預(yù)計(jì)世界各國(guó)即將獲監(jiān)管批準(zhǔn)使用6GHz。Wi-Fi頻段延伸到6GHz,可提供更大容量,其帶寬是2.4GHz + 5GHz的兩倍多,多達(dá)7個(gè)160MHz信道,而5GHz中只有2個(gè),系統(tǒng)總?cè)萘恳矎?9.2Gbps增加到67.2Gbps。Wi-Fi頻段延伸到6GHz還提升客戶端性能。5GHz 11ax必須與11a / 11n / 11ac共享,而6GHz頻段只有11ax協(xié)議客戶端能連上,因而不受傳統(tǒng)客戶端的干擾。
 
安森美半導(dǎo)體Quantenna針對(duì)這一趨勢(shì),也做出了相應(yīng)的6GHz Wi-Fi產(chǎn)品規(guī)劃,如單基帶固定4x4三頻(4x4: 6GHz, 4x4: 5GHz, 4x4: 2.4GHz)方案,以及針對(duì)Mesh節(jié)點(diǎn)的2x2 + 4x4 +2x2方案(2x2: 6GHz, 4x4: 5GHz, 2x2: 2.4GHz)。
 
先進(jìn)的Spartan參考設(shè)計(jì)
 
Spartan是先進(jìn)的參考設(shè)計(jì),含全功能硬件和軟件設(shè)計(jì)包,為經(jīng)授權(quán)的原始設(shè)備制造商(OEM)和原始設(shè)計(jì)制造商(ODM)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔、板制造文檔、產(chǎn)品外殼文檔,為便于OEM和ODM定制,還提供通用預(yù)測(cè)試固件和軟件開發(fā)套件(SDK),幫助OEM和ODM降低成本,加快產(chǎn)品上市。
 
安森美半導(dǎo)體Quantenna的Spartan產(chǎn)品線有幾種不同的組合,有符合Wi-Fi 5的Spartan Essential,用于橋接入點(diǎn)、網(wǎng)格、中繼器等,采用5GHz 4x4 MIMO和2.4GHz 2x2 MIMO;有符合Wi-Fi 6的Spartan 5XL,用于Wi-Fi路由器和通用Mesh等,采用5GHz 5x5 MIMO和2.4GHz 2x2 MIMO;有符合Wi-Fi 6的Spartan路由器,用于高性能12流Wi-Fi路由器等,采用5GHz 8x8 MIMO和2.4GHz 4x4 MIMO;有符合未來Wi-Fi 6E的Spartan 6XL,用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路和6GHz接入點(diǎn)等,采用6GHz 5x5 MIMO和2.4GHz 2x2 MIMO。這些產(chǎn)品都基于市場(chǎng)最通用的配置,以助設(shè)計(jì)人員縮短開發(fā)時(shí)間和上市時(shí)間。用例如圖所示。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術(shù)與方案使聯(lián)接更快、更廣、更高效
圖5:Spartan用例
 
總結(jié)
 
安森美半導(dǎo)體Quantenna提供差異化的Wi-Fi 6方案滿足新興、主流、高端市場(chǎng)的不同應(yīng)用需求,使寬帶網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi信號(hào)增強(qiáng)器、Mesh節(jié)點(diǎn)、視頻客戶端機(jī)頂盒、零售路由器、視頻橋、企業(yè)/戶外接入點(diǎn)等應(yīng)用聯(lián)接更快更廣,關(guān)鍵技術(shù)如Zero PER能改善視頻的傳輸,QoS的升級(jí)版iQStream使不同的應(yīng)用得到相對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí),8x8 MIMO最大化覆蓋范圍,MU-MIMO在多個(gè)客戶端同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)能提供最大的吞吐量,SmartScan能提供快精準(zhǔn)的雷達(dá)信道偵測(cè),開箱即用的Spartan參考設(shè)計(jì)支持設(shè)計(jì)人員投入最少的資源快速開發(fā)出最具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)體Quantenna也針對(duì)未來的6GHz趨勢(shì)提供Wi-Fi 6E方案如三頻方案,滿足行業(yè)過渡到6GHz所需。
 
 
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