安森美半導(dǎo)體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

  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)時間，最優(yōu)化開發(fā)成本。
  
  Wi-Fi對比其它無線技術(shù)
  
  市場上的無線技術(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，會增加費(fèi)用。對于LTE和5G所用頻段，運(yùn)營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。Wi-Fi 6和5G的對比如圖1所示。

  

圖1：Wi-Fi 6對比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個數(shù)量級），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(jīng)歷建設(shè)性干擾，而其他信號則經(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)的多個客戶端都能獲得最好的信號強(qiáng)度并提升速度。安森美半導(dǎo)體的Quantenna是首個支持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，以解決家庭中許多Wi-Fi設(shè)備同時使用所造成的競爭問題。
  
  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8x8或兩個4x4網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行動態(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信號時能達(dá)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(tài)頻率選擇（DFS）雷達(dá)信道偵測，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)。

  
  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。

  
  此外，Quantenna在MU-MIMO技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，在Wi-Fi 4的時代就已導(dǎo)入MU-MIMO。在真實(shí)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(yōu)勢，并且通過演算法的優(yōu)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(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。基于Wi-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(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，Quantenna也提供完整的中繼器交鑰匙方案。

  
  Wi-Fi 6E產(chǎn)品
  
  預(yù)計(jì)世界各國即將獲監(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160MHz信道，而5GHz中只有2個，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針對這一趨勢，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)品都基于市場最通用的配置，以助設(shè)計(jì)人員縮短開發(fā)時間和上市時間。用例如圖所示。

  
  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、高端市場的不同應(yīng)用需求，使寬帶網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi信號增強(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的升級版iQStream使不同的應(yīng)用得到相對應(yīng)的優(yōu)先級，8x8 MIMO最大化覆蓋范圍，MU-MIMO在多個客戶端同時使用網(wǎng)絡(luò)時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，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)出最具競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)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(yè)過渡到6GHz所需。