【導讀】2019年的9月，Wi-Fi聯盟宣布正式啟動Wi-Fi 6認證計劃授權，此舉意味著我們正式步入了Wi-Fi 6時代。根據ABI Research的預測，全球Wi-Fi 6芯片組的出貨量將從2020年的約4億增長到2025年的約33億。可見，在接下來的幾年中，Wi-Fi 6技術將處于快速市場上升期，并將加速滲透到我們的生活中。
Wi-Fi作為最成功的無線標準之一，經過20余年的發展，已經打下了自己的一片“江山”。一路走來，不斷提速無疑是Wi-Fi標準開疆擴土的一大法寶。
數據顯示，Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax標準）在160MHz信道寬度下，單流最高速率為1,201Mbps，理論上最大數據吞吐量可達9.6Gbps。這一數值是上一代Wi-Fi 5標準的1.4倍，與初代Wi-Fi標準2Mbps的傳輸速率相比更是提升了數千倍！正是由于在數據傳輸速率上的優勢，Wi-Fi已經成為無線局域網高速互連的不二之選。
預計到2025年，全球Wi-Fi設備的年出貨量將增長到45億臺，全球Wi-Fi裝機總量也將達到155億臺以上。屆時，Wi-Fi 6將是市場中絕對的主角。
圖1：Wi-Fi標準演進
（圖源：Qorvo）
采用前沿技術，全面提升性能
不過，如果我們仔細審視Wi-Fi 6，會發現Wi-Fi標準的這次迭代升級，并非一次簡單的以提高峰值吞吐能力為目的的提速之旅，而是一次性能上的全面突破，在穩定性、可靠性、吞吐量、容量、效率和低延遲等方面實現了全方位的提升。
為了實現這個目標，Wi-Fi用上了各種前沿無線技術。具體來講，Wi-Fi 6基于這些前沿技術而獲得的關鍵特性優勢包括：
#1 支持上行MIMO：盡管Wi-Fi 5就已經采用了MU-MIMO（多用戶MIMO）技術，但是僅在下行模式中才支持，而Wi-Fi 6則實現了對上行MU-MIMO的支持，能夠處理上下行的8個數據流，使得多個用戶可同時上傳和下載數據，用戶體驗大為提升。
#2 更寬的調制：在調制技術上，Wi-Fi 6采用了1024 QAM編碼10-bit調制方案，與Wi-Fi 5中的8-bit 256 QAM調制相比，將每個符號的傳輸容量提高了25%，顯著提升了每個有效負載中傳輸的數據量，可實現更高的吞吐量。
#3 更高容量和效率：Wi-Fi 6上行和下行鏈路中采用了正交頻分多址（OFDMA）技術，而不是Wi-Fi 5中的正交頻分復用（OFDM），這樣就能夠用FDD取代TDD，還能實現特定信道內的資源單元分配，允許多達30個用戶同時共享一個信道來減少延遲、提高容量和效率。同時，Wi-Fi 6子載波間隔減小至78.125kHz，僅為Wi-Fi 5間隔的25%，且符號比Wi-Fi 5長4倍，這些特性綜合在一起使得Wi-Fi 6能夠同時上傳或下載多個數據包，工作更加高效。
#4 更低的功耗：由于具有更高的數據傳輸速率，Wi-Fi與其他無線技術相比功耗也較高，這也限制了Wi-Fi的應用范圍。為了解決這個問題，Wi-Fi 6新增了目標喚醒時間（Target Wake Time，TWT）功能，可根據實際需要決定喚醒時間，通過更靈活的電源管理調度令功耗最小化。
#5 更大的覆蓋范圍：利用波束成形技術，Wi-Fi 6還可使接入點（AP）將信號定向傳輸到客戶端，而不是向所有方向漫射。此舉有利于擴大通信覆蓋范圍和提高吞吐量，與MU-MIMO配合后還可以對網絡上多樣化的設備連接進行優化。
擴展的頻譜，擴展的應用空間
有了上面這些優勢特性的加持，可以預見，Wi-Fi 6的應用空間也會大為擴展，催生出更多的新應用場景。不過，Wi-Fi 6的商用之旅想要一路暢通，還有一個很關鍵的“坎兒”需要邁過去。
隨著人們對Wi-Fi無線互連需求的不斷增長，網絡擁塞似乎不可避免，這也會導致Wi-Fi通信的性能受限和QoS的降低。隨著Wi-Fi應用版圖的擴張、用戶數據量的增加，這一挑戰將日益嚴峻。
有效應對這一挑戰，擴大頻譜是根本性的解決方案。根據Wi-Fi聯盟的報告，到2025年，想要滿足峰值Wi-Fi使用需求，至少需要500MHz至1GHz的額外頻譜，而這個數據的上限值可能高達1.3GHz到1.8GHz。
2020年4月，美國聯邦通信委員會（FCC）批準將6GHz頻段中的1.2GHz非授權頻譜用于Wi-Fi，這在Wi-Fi標準發展史上可以說是一個里程碑，從此Wi-Fi終于可以跳出2.4GHz和5GHz頻譜范圍的限制，擁有一片“新天地”。
6GHz頻段的Wi-Fi 6被稱為Wi-Fi 6E，這意味著人們可以將那些更高速、高性能的任務遷移到這一擴展頻譜中，不因其他“較慢”設備的影響而阻塞網絡。這就讓這一頻段更為“干凈”，也更適合那些大容量應用的密集部署。
同時，Wi-Fi 6E還可以將延遲拉低到2ms，這樣就可以更好地支持VR/AR耳機、4K/8K流媒體、低延遲游戲、高速無線NAS等應用，甚至有望向工業等時間敏感型應用滲透，以取代成本更高且靈活性差的有線以太網解決方案。
圖2：Wi-Fi 6/6E和Wi-Fi 7的頻段
（圖源：Qorvo）
可以說，采用新技術帶來的全面性能提升，以及頻譜擴展帶來的應用空間的擴展，使得Wi-Fi這個“老標準”煥然一新，充滿了活力，這給人一種感覺——你想象力所及之處，Wi-Fi 6的觸角似乎都可以觸達。
創新FEM解決方案助力Wi-Fi落地
當然，想讓Wi-Fi 6/6E這一新標準順利落地，想讓現實與理想同樣“豐滿”，還需要大量的鋪墊工作，特別是在技術上，與原先Wi-Fi配套的各類解決方案，都需要同步來一次升級。
比如說在Wi-Fi RF系統設計中很關鍵的前端模塊（FEM），要想跟上Wi-Fi 6快速商用的步伐，就需要在以下方面進行優化：
● 小型化：FEM需要通過提高自身集成度，在緊湊的單一封裝內實現更多功能，進而簡化系統架構。
● 低成本：由于Wi-Fi 6/6E支持更多的頻段，傳統的窄帶方案需要采用多個FEM，并通過開關元件進行切換，這勢必會增加成本。因此找到一種能夠簡化設計、降低成本的解決方案，便成為剛需。
● 低功耗：在確保吞吐量和性能的同時，要降低系統整體的能耗，也要求進一步從FEM身上挖潛。
Qorvo推出的寬帶低功耗QPF4730 Wi-Fi?6E低功耗前端模塊，就是按照這樣的標準打造的全新解決方案。
圖3：QPF4730 Wi-Fi?6E低功耗前端模塊
（圖源：Qorvo）
QPF4730在單一封裝（3.0mm x 3.0mm）中，集成了5GHz至7GHz功率放大器（PA）、單刀雙擲開關（SP2T），以及可旁路低噪聲放大器（LNA），自身外形緊湊。高集成度又帶來了系統設計的簡化，因此能夠盡可能減少PCB的占板面積。
圖4：QPF4730的功能框圖
（圖源：Qorvo）
同時，與上文提到的傳統窄帶FEM方案不同，QPF4730的寬帶特性使其可以在UNII5-8（5.1GHz至7.1GHz）的所有通道上運行，且無需任何邏輯切換，可以顯著減少設計向Wi-Fi 6E升級時所需的PCB空間，也有助于提高Wi-Fi 6E整體系統的性能、容量和靈活性。
在低功耗性能方面，QPF4730采用了3.3V電源電壓的功率放大器，可以節省功耗，同時保持高線性輸出功率和吞吐量。
QPF4730 FEM還包括用于二次和三次諧波的芯級濾波裝置，以及用于DBDC操作的2.4GHz抑制。它還提供寬帶對數電壓檢測器，用于應用反饋。可以說，為了滿足Wi-Fi 6/6E的全面升級，QPF4730也進行了全面的優化。
QPF4730 Wi-Fi?6E低功耗前端模塊主要特性
● 頻率范圍：5.150GHz至7.125GHz
● POUT= +12.5dBm MCS11 HE160 -43dB動態EVM
● POUT= +15dBm MCS11 HE80 -43dB動態EVM
● POUT= +17dBm MCS9 VHT80/160 -43dB動態EVM
● POUT= +21.5dBm MCS0 VHT20頻譜模板適應性
● 優化用于+3.3V工作電壓
● Tx增益：30dB
● 1.9dB噪聲系數
● Rx增益：14.5dB
● 旁路損耗：8.5dB
● Rx路徑上具有254B 2.4GHz抑制
● 集成直流對數功率檢測器
● 3.0mm x 3.0mm 16焊盤層壓型封裝
● 無鹵、無鉛、符合RoHS指令
本文小結
毋庸置疑，在未來萬物互聯的世界中，Wi-Fi作為一個主流的無線通信技術將占據著主流的地位。想要在這個領域布局和深耕，當下把握住Wi-Fi 6/6E技術升級和應用擴展的風口至關重要。在這個過程中，RF解決方案更是重中之重。
Qorvo推出的QPF4730 Wi-Fi?6E低功耗前端模塊提高了Wi-Fi 6/6E架構的效率，能夠有力地支持QoS、傳輸距離和吞吐量的提升，盡可能提高Wi-Fi 6/6E應用的用戶容量，并充分利用了全部可用頻譜。同時，它還在設計小型化、成本控制方面為客戶提供更多的價值。可以確定，在我們向Wi-Fi 6/6E邁進的過程中，QPF4730將是一個不可多得的好伙伴。
來源：貿澤電子
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