今年年初,Wi-Fi联盟正式宣布,完成并推出了了Wi-Fi 7高级无线标准的认证,这意味着Wi-Fi 7的终端产品已经开始正式进行销售。就目前来看,路由器是Wi-Fi 7率先落地的场景,紧接着,智慧工厂、高清监视器、AR/VR、电动车等场景都会拥抱Wi-Fi 7技术。
根据Wi-Fi联盟预测,2024年将有超过2.33亿台Wi-Fi 7设备进入市场,2028年这一数字将增加到21亿台。
那么,问题来了,Wi-Fi 7到底有什么优势,实际实行过程中又会碰到哪些问题,又该使用什么芯片?日前,Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Jeff Lin(林健富)分享了目前在Wi-Fi 7产品研发、市场应用及技术普及等维度的状况。
Wi-Fi 7,颠覆在哪?
Wi-Fi的更新换代远比我们想象中快。在经历了五年传奇之后,Wi-Fi 5在2019年被Wi-Fi 6所取代,但紧接着一年,又被Wi-Fi 6E推翻。现在,我们正处于Wi-Fi 7的边缘。
如此快的更新换代,Wi-Fi在变什么?简单来看,根据Jeff Lin的介绍,从Wi-Fi4、Wi-Fi5、Wi-Fi6到Wi-Fi7,最主要的变化在于吞吐量增加了、支持的频段越来越多。
尤其在Wi-Fi6E时,开放了6GHz频段。当然,这也不外乎是在继续追求更快更稳定的网络,为下游应用带来更多想象力,这便是Wi-Fi一直演进的方向。
所以,仅此而已吗?事实上,带宽的提升,仅仅是Wi-Fi 7最平凡的提升。相比过去几代,Wi-Fi 7存在诸多创新的发明。Jeff Lin介绍道:
第一,引入了320MHz带宽,如果与Wi-Fi 6的160GHz相比,理论上提升了两倍的带宽,越大的带宽就代表着能够传输更大量的资料,吞吐量就越高。
第二,引入多链路操作(MLO)功能,它能够解决Wi-Fi频道占用的问题。简单解释,就是以前2.4GHz只能和2.4GHz相连,有了MLO就能够通过类似聚合频段的方式,一部分用5GHz,一部分用6GHz,提高连线效率。
第三,调变部分从之前的1024 QAM变成4K QAM,QAM数值越高,同一单位可传输的资料量越大。
第四, 512压缩块确认(Compressed Block-ack)功能提升了效率,同时减少了开销。
第五,以前Wi-Fi传输时,是一个频道一个频道传输,而Wi-Fi 7可以找到其它频道进行切换,而不需要重新传输数据,大大增加Wi-Fi 7的连线效率。
第六,对比前几代,Wi-Fi 7还有一项核心的区别,即开放6GHz频段。不过,目前全世界对于6GHz频段开放程度不同。
Jeff Lin介绍,6GHz分成四个不同的区域,UNII-5、UNII-6、UNII-7、UNII-8,大部分美国地区开放所有频段,欧洲、日本、澳大利亚虽然开放6GHz,但只开放Unii-5(5925MHz到6425Mhz),反观国内,则暂时没有开放6GHz频段。
颠覆的功能,艰巨的挑战
更多的功能,势必会带来更多的挑战。
首先,MLO要在不同频率下要同时运作,5G跟6G会结合在一起传资料,所以势必要支持不同频段,因此做MLO的话,Wi-Fi终端就要放更多的FEM,同时需要增加滤波器,保障每个频率间不会互相干扰。
其次,虽然升级到了4K-QAM,但更多的QAM意味着容错率更低,所以在开发FEM时,需要将EVM做到很低,确保传输过程中不会有衰减或者干扰的状况。过去Wi-Fi 6 160MHz的PA线性度只需做到-43dB,而现在Wi-Fi 7需要做到-47dB,而这已经接近现在科技的极限。
此外,320MHz的频宽意味着传输时间会很长,在传输过程中确保这么长的频段不受干扰,PA的稳定度和抗干扰度要增加。
Qorvo怎么帮助客户跨越难题
Qorvo作为射频领域的老兵,对Wi-Fi 7有着自己的理解,并顺势推出首款产品Qorvo QPF4702 ,它是第一款专为Wi-Fi 7设计的非线性FEM,支持从5.1GHz至7.1GHz的整个5GHz和6GHz频段。那么,这款产品背后,蕴含着什么理解?
第一,用于Wi-Fi接入点的非线性FEM(前端模组)技术是正确实现三频段Wi-Fi 7设计的关键。
Jeff Lin介绍,由于Wi-Fi 7对于频宽要求非常严格,因此提升射频器件的容错率和EVM性能,需要借助新的技术和工具来解决。
事实上,PA主要包括线性FEM与非线性FEM两种选择,线性FEM在其工作范围内表现出良好的线性特性,易于预测,但在高功率时可能出现失真。而非线性PA,尽管其本质是非线性的,但结合数字预失真补偿(DPD)技术,可以模拟出线性结果。
DPD的原理大概可以解释为,通过了解PA的非线性曲线,生成一个与之相反的信号,两者相加后,输出信号便趋近于线性。不过,DPD技术需要消耗更多的系统资源开发算法。
目前,DPD算法主要由Wi-Fi主芯片厂商提供,与非线性PA的配合使用使得后续技术支持和含量需求增加。如高通等多家PA厂商与主芯片厂商合作,但每家非线性PA特性不同,因此需要定制化软件支持,而这也是Qorvo的强项所在。
非线性FEM比线性FEM性能更加优良,在相同发射功率下更为节能。最先进的Wi-Fi芯片组采用查表方法为非线性FEM提供预失真参数。通过这种方式,FEM可获得快速校准,而且该方案也几乎不需要消耗任何处理器功耗。根据Qorvo测试,非线性FEM可比线性方案节省25%~30%的功耗。
这也是众多运营商转向非线性PA方向的原因,虽然中国合作客户仍以线性PA为主,但欧美市场对于节能的重视已经开始推动非线性PA应用。
在FEM方面,Qorvo产品涵盖了设计,生产,测试,应用等流程,其产品拥有非常好的EVM指标,可以最大限度的把有用不失真信号(4096QAM信号)通过天线发射出去,以保证接收端准确无误的解调出来有用信号。公司所拥有的、全球先进的GaN,GaAs,SOI等工艺水平,则可以更快速度地开发出来高效率,高线性,高集成度的FEM。
第二,在Wi-Fi7应用中,由于涉及到三个频段,滤波器的选择也至关重要,以确保各频段间有良好的隔离度,避免相互干扰。在这方面,Qorvo等滤波器厂商发挥着关键作用。
Qorvo也在滤波器领域采用先进的工艺,公司开发了一系列的BAW滤波器,这些滤波器抑制了Wi-Fi与LTE相互之间的干扰。
无论客户需要2.4GHz、5GHz、6GHz中的哪个频段,Qorvo都有相应的滤波器。我们会与Wi-Fi技术搭配,为客户提供包括滤波器和FEM在内的一整套解决方案。
面向美国FCC的法规需求,Qorvo推出了bandedge filter,可以很好的抑制带外杂散。换而言之,如果没有这些滤波器,那AP必须降低功率来满足这些指标要求,那必定影响AP的信号强度,降低覆盖范围以及信号质量,影响客户体验。
Wi-Fi 7会在何时开始爆发?
目前来看,虽然Wi-Fi 6依然是占据市场主流地位,出货量最大的还是Wi-Fi 6。不过,随着市场逐渐更新换代,2028年左右,Wi-Fi7和Wi-Fi6会达到黄金交叉,而2028年或是Wi-Fi 7的发展元年。
Qorvo在射频领域拥有深厚的技术积累,作为一家历史悠久的公司,该公司专注于无线射频的各个方面,包括功放、FEM、前端设计和滤波器。
过去二十多年里,Qorvo一直在Wi-Fi领域积累技术和经验,通过并购其它公司,目前Qorvo已经整合了电源和其他方案,使得Qorvo的产品线日益完整。