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RF干擾以及濾波器在WiFi 6E設計中的作用
2021-11-30     來源:電子技術設計    作者:Mike Eddy    瀏覽:83    評論:0        
導讀:WiFi功能由于在智能設備上被廣泛采用、能夠整體改進服務質量 (QoS),以及能夠在密集環境中將視頻流式傳輸到智能手機,因此推動了客戶保留。WiFi是一個品牌名稱,而不是首字母縮寫詞;IEEE 802.11標準為當前包括無
 WiFi功能由于在智能設備上被廣泛采用、能夠整體改進服務質量 (QoS),以及能夠在密集環境中將視頻流式傳輸到智能手機,因此推動了客戶保留。
WiFi是一個品牌名稱,而不是首字母縮寫詞;IEEE 802.11標準為當前包括無線路由器和無線接入點(AP)在內的WiFi無線設備定義了通信協議。這些標準在不同的頻率上運行,提供不同的帶寬,并支持不同數量的信道。而且,WiFi的命名約定中包含了一個數字來增加特殊性,例如WiFi 6和WiFi 6E。
 
對于WiFi 5的情況,多個設備請求高速無線連接,會對網絡產生直接影響,從而導致出現延遲時間和數據速度下降,進而對用戶體驗產生負面影響。另一方面,WiFi 6在使用多個設備時則會保持相同的數據速率。這種處理更多設備的性能增強,源于Wi-Fi 6中所包含的兩種技術:多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)和正交頻分多址(OFDMA)。WiFi 6的其他優勢還包括更低的延遲(因為它可以更好地“打包”信號中的數據)、延長的電池壽命以及WPA3中的重大安全協議升級,這是近十年來的第一次。
 
WiFi 6E使用了與WiFi 6相同的編碼和信道寬度,但它是指支持新的未授權6GHz頻段的WiFi。“E”代表“擴展”,指的是FCC在WiFi 6首次公布后,在2020年4月開放的6GHz范圍內的1,200MHz未授權頻譜。由于有如此大的帶寬并且是WiFi 6的升級技術,WiFi 6E有望實現顯著增長。
 
 
圖1 此單位出貨量突顯了Wi-Fi 6E的預期增長(圖片來源:IDC)
 
WiFi和干擾
 
WiFi可使用的未授權頻譜的增長,是WiFi全球擴散的一個極其重要的發展。為了保持積極的消費者體驗,美國所分配的未授權頻譜對蜂窩卸載來說至關重要,因此許多其他國家和地區都在尋求效仿。在分配給未授權使用的一組特定頻率中,有一組特定帶寬的“信道”:20MHz、40MHz、80MHz或160MHz。信道帶寬越大,數據速率越高??紤]到2.4GHz、5GHz和6GHz的總可用頻率,2.4GHz的非重疊方案有限,但在更高頻率時會顯著增加(圖2)。
 
圖2 非重疊信道打包在Wi-Fi 6頻譜中至關重要 (圖片來源:Resonant)
 
WiFi的干擾挑戰有兩個不同因素——來自非授權頻段內現有設備的干擾信號,以及非授權頻段外的干擾信號——它們會導致頻段內出現諧波。動態頻率選擇(DFS)、發射功率控制(TPC)、室內低功率(LPI)和自動頻率協調(AFC)定義了如何在Wi-Fi中管理帶內干擾。
 
然而,這些技術都沒有解決未授權頻段之外的潛在干擾信號——這些信號可能會產生帶內諧波“噪聲”,更糟糕的情況是,會導致低噪聲放大器(LNA)飽和并“阻塞”所需信號。這就需要使用濾波功能將潛在干擾衰減到不會產生帶內噪聲的程度。
 
濾波器在WiFi 6E中的作用
 
4G LTE網絡的激增、新5G網絡的部署以及WiFi的普遍性,正在推動無線設備所必須支持的射頻(RF)頻段數量急劇增加。每個頻段都需要使用濾波器進行隔離,從而將信號保持在正確的“信道”中。隨著數據流量的增加,允許重要信號高效通過的要求將會增加,從而防止電池耗盡并提高數據速率。
 
濾波器對于寬帶寬和高頻功能至關重要,最具挑戰性的是最新的Wi-Fi 6E,它具有1,200MHz帶寬和7.125GHz最大頻率。隨著越來越多的流量利用3GHz-7GHz頻率范圍內的5G和WiFi,頻段之間的干擾將危及這些先進無線技術的共存,并限制其性能。因此,就需要更高性能的濾波器來保持每個頻段的完整性。此外,移動設備和AP中可用的天線數量有限,這就會使架構轉變為更多地使用天線共享,因此就會進一步提高濾波器性能要求。
 
濾波器必須不斷發展,才能滿足新的WiFi 6和Wi-Fi 6E以及5G工作的要求。以前的無線應用中的濾波器技術,例如聲表面波(SAW)、溫度補償聲表面波(TC-SAW)、固體安裝諧振器-體聲波(SMR-BAW)和薄膜體聲波諧振器(FBAR),可以將其帶寬擴展并擴展到更高的頻率。但這是以犧牲其他關鍵參數為代價的,例如損耗和功率持久性?;蛘?,可以使用多個濾波器覆蓋寬帶寬,不管是與非聲學濾波器混合還是在多個部分。
 
使用更新的高性能濾波,可以得到更高的數據速率、更低的延遲和更魯棒的覆蓋范圍。在新冠疫情的遠程工作環境中,每個人都遇到過使用Zoom通話出現視頻卡頓、視頻游戲延遲以及房屋周邊失去連接的經歷。在高級濾波的保護下,新的Wi-Fi技術與新的寬帶寬頻率相結合,將提供向前發展的解決方案。
 
這些濾波器有助于實現所需的寬帶寬、高頻工作、低損耗和高功率性能。例如,XBAR基于體聲波(BAW)諧振器技術。這種諧振器包括一個單晶壓電層,并在頂面上有一個金屬叉指式換能器(IDT)。
 
圖3 基于XBAR的濾波器和WiFi 6E混合濾波器的測量性能比較 (圖片來源:Resonant)
 
在圖3的比較中,混合集成無源器件(IPD)/FBAR Wi-Fi 6E濾波器僅針對5GHz未授權頻段中的信號而不針對5G sub-6GHz或UWB信道提供干擾保護,而XBAR WiFi 6E濾波器可保護Wi-Fi 6E頻段免受所有潛在干擾問題的影響。
 
面向Wi-Fi 7的射頻濾波器
 
WiFi對蜂窩網絡提供了補充,以滿足對容量和數據速率的需求。WiFi 6和頻譜的大量增加,使Wi-Fi更具吸引力。然而,WiFi和5G的共存,將需要用濾波器來解決潛在的干擾問題。這些濾波器需要提供寬帶寬、高頻工作、低損耗和高功率性能。
 
預計,隨著在2024年年初對WiFi 7設備進行認證,針對更苛刻要求的濾波器的需求只會加劇。此外,新冠疫情之后生活方式和工作空間的轉變,意味著只會有更多的新設備類型和數據饑渴的應用。

 

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