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安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效

發布時間:2020-04-09 來源:安森美半導體 責任編輯:wenwei

【導讀】如今,Wi-Fi已成為人們生活中不可或缺的一部分,聯接著人們的工作、學習和娛樂。隨著Wi-Fi標準演變到Wi-Fi 6甚至未來的Wi-Fi 6E,聯接速度在不斷地提升,Wi-Fi方案的全球領袖之一安森美半導體旗下的Quantenna也與時俱進,不斷推出更先進的Wi-Fi方案和技術如波束成形、8x8多用戶多入多出(MU-MIMO)等,使寬帶網關、Wi-Fi信號增強器、Mesh節點、視頻客戶端機頂盒、零售路由器、視頻橋等應用聯接更快,吞吐量更大,覆蓋范圍更廣,先進的Spartan參考設計還幫助設計人員縮短開發時間,最優化開發成本。
 
Wi-Fi對比其它無線技術
 
市場上的無線技術主要有藍牙、Zigbee、WiGig、LTE/4G、Wi-Fi、5G。其中,藍牙、Zigbee主要用于10m以內的短距傳輸,速度達10Mbps,WiGig專為短距、達6Gbps的超高速無線網絡而設計,LTE適用于達100 km的長距傳輸,Wi-Fi能提供在100m范圍左右、達9.6Gbps的高速傳輸,5G在某些頻段可達到與Wi-Fi差不多的距離和速度。從應用來看,4G和5G都適用于移動設備,但由于距離的因素,5G需部署較多的基站。
 
各種無線技術所用的頻率都不同,如LTE使用2.5GHz頻段,而5G工作在28GHz頻段,假設在相同的發射頻率下,頻率越高,所發送信號的距離越短,所以5G需要部署較多的基站才能實現距離更遠的覆蓋,會增加費用。對于LTE和5G所用頻段,運營商需要支付幾十億美元以獲得授權,而Wi-Fi的頻段是免授權的,因而Wi-Fi更具成本優勢。Wi-Fi 6和5G的對比如圖1所示。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效
圖1:Wi-Fi 6對比5G
 
Wi-Fi標準的演進
 
Wi-Fi標準從1999年制定實施以來,最快速度由最初的11Mbps演變到54Mbps、600Mbps、6.8Gbps,到現在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乃至現在普遍使用的8x8。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6,20年內提速約1000倍(3個數量級),這意味著若您想發送或接收一部3.8GB的電影,用Wi-Fi 1約耗時3850秒(64分鐘),而用802.11ax Wi-Fi 6僅需約4.5秒。
 
無線技術頻率和帶寬越大越好
 
從調幅(AM)無線電到調頻(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還會擴展到6GHz。帶寬越大,就能傳輸更多數據。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,是使用數字信號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經歷建設性干擾,而其他信號則經歷破壞性干擾,以達成能量聚焦的目的,獲得最佳的Wi-Fi信號增益。安森美半導體的Quantenna是首創將波束成形用于4x4 Wi-Fi 4 產品的半導體供應商。
 
多入多出(MIMO)指在發射端和接收端都有多個天線的通信系統,從而提升收發數據的速度和信號強固性。MU-MIMO基于MIMO和波束成形,支持多用戶跨不同空間流,讓Wi-Fi覆蓋范圍內的多個客戶端都能獲得最好的信號強度并提升速度。安森美半導體的Quantenna是首個支持4x4、8x8 MIMO和MU-MIMO的半導體供應商。
 
解決Wi-Fi痛點的關鍵技術
 
在實際使用中,有很多因素可能降低Wi-Fi性能,Quantenna的Wi-Fi增強功能可改善這許多影響。如針對隨著距離拉遠,Wi-Fi速度下降,Quantenna采用8x8、5x5 MIMO和波束成形擴大覆蓋范圍。為降低來自鄰居Wi-Fi、其它免授權網絡的干擾,采用智能信道選擇(SCS)、智能型自優化網絡(SONiQ)、智能接入點(AP)切換技術,擇最佳的信道。安森美半導體也提供特有的iQStream安排各設備不同的優先級,以解決家庭中許多Wi-Fi設備同時使用所造成的競爭問題。
 
Quantenna的Wi-Fi方案用于接入點/網關、路由器、Mesh節點和機頂盒,符合的Wi-Fi標準從Wi-Fi 5、Wi-Fi 6到Wi-Fi 6E,提供最高達8x8 MIMO、雙頻段和三頻段技術,且提供幾近交鑰匙(Turnkey)方案,簡化和加快設計。
 
基于8x8 MIMO的Wi-Fi 6方案
 
Quantenna的Wi-Fi 6(802.11ax) 8x8 MIMO的關鍵差異化特性在于:雙頻段8x8+4x4的12條空間流,可達到最高性能的5GHz加上2.4GHz的吞吐量。自適應8x8 MIMO在單個8x8或兩個4x4網絡之間進行動態切換,以根據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信號時能達到最佳覆蓋范圍和速度。ESP對于少于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。智能動態頻率選擇(DFS)雷達信道偵測,支持在DFS環境中啟用天氣雷達信道和160MHz帶寬運行,以快速清除DFS雷達信道,從而使DFS雷達信道利用率更高,實現最大帶寬和性能。
 
以產品舉例說明,如雙頻8x8+4x4的QSR10GU-AX,這是個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8.6Gbps(5GHz)+ 1.15Gbps(2.4GHz),比4x4增益更好,背景DFS雷達信道掃描使4條鏈在接收期間掃描干擾/DFS,并保留4x4的傳輸數據。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、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分為5GHz高頻和5GHz低頻)、2.4GHz RFIC 4x4,可實現完全自托管的中繼器方案。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效
圖3:QSR10R-AX:三頻(4x4 + 4x4 + 4x4)
 
此外,Quantenna在MU-MIMO技術領域處于領先地位,在Wi-Fi 4的時代就已導入MU-MIMO。在真實世界,客戶端是會移動的,Quantenna演示并展示了即使有人在移動時MU-MIMO的優勢,并且通過演算法的優化,也支持3個以上的客戶端在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
 
當前主流的產品是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。基于Wi-Fi 6標準的功能,Quantenna的5x5 MIMO Wi-Fi 6更進一步擴大覆蓋范圍,真正的MU-MIMO,具備獨特的智能雷達信道掃描,及領先業界的QoS,比4x4 MIMO快50%的速度,提供更佳的Wi-Fi體驗。
 
以QSR5G-AX Plus為例,全分流(Full Offload)讓客戶在選擇主CPU時有更多的靈活性,簡化軟件集成,加快上市時間,第5條天線提供更好的家庭覆蓋范圍、更好的MU-MIMO增益,雷達掃描信道更精準,非常適用于中繼器設計,無需外部CPU,具成本優勢,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 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效
圖4:QSR5G-AX Plus 優于4x4方案
 
Wi-Fi 6E產品
 
預計世界各國即將獲監管批準使用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7個160MHz信道,而5GHz中只有2個,系統總容量也從19.2Gbps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協議客戶端能連上,因而不受傳統客戶端的干擾。
 
安森美半導體Quantenna針對這一趨勢,也做出了相應的6GHz Wi-Fi產品規劃,如單基帶固定4x4三頻(4x4: 6GHz, 4x4: 5GHz, 4x4: 2.4GHz)方案,以及針對Mesh節點的2x2 + 4x4 +2x2方案(2x2: 6GHz, 4x4: 5GHz, 2x2: 2.4GHz)。
 
先進的Spartan參考設計
 
Spartan是先進的參考設計,含全功能硬件和軟件設計包,為經授權的原始設備制造商(OEM)和原始設計制造商(ODM)提供產品設計文檔、板制造文檔、產品外殼文檔,為便于OEM和ODM定制,還提供通用預測試固件和軟件開發套件(SDK),幫助OEM和ODM降低成本,加快產品上市。
 
安森美半導體Quantenna的Spartan產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、網格、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,用于點對點鏈路和6GHz接入點等,采用6GHz 5x5 MIMO和2.4GHz 2x2 MIMO。這些產品都基于市場最通用的配置,以助設計人員縮短開發時間和上市時間。用例如圖所示。
 
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效
安森美Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效
圖5:Spartan用例
 
總結
 
安森美半導體Quantenna提供差異化的Wi-Fi 6方案滿足新興、主流、高端市場的不同應用需求,使寬帶網關、Wi-Fi信號增強器、Mesh節點、視頻客戶端機頂盒、零售路由器、視頻橋、企業/戶外接入點等應用聯接更快更廣,關鍵技術如Zero PER能改善視頻的傳輸,QoS的升級版iQStream使不同的應用得到相對應的優先級,8x8 MIMO最大化覆蓋范圍,MU-MIMO在多個客戶端同時使用網絡時能提供最大的吞吐量,SmartScan能提供快精準的雷達信道偵測,開箱即用的Spartan參考設計支持設計人員投入最少的資源快速開發出最具競爭優勢的產品。安森美半導體Quantenna也針對未來的6GHz趨勢提供Wi-Fi 6E方案如三頻方案,滿足行業過渡到6GHz所需。
 
 
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