Neue Wifi 6-Chipsätze bringen ein Upgrade für drahtlose Verbindungen

Erstellt: April 19, 2022
Aktualisiert am: Juli 1, 2024

Wifi ist wahrscheinlich das erfolgreichste drahtlose Protokoll in der Geschichte der Telekommunikation, dank seiner Verbreitung in Industrie, Büro, Verbraucher- und Telekommunikationsprodukten. Es wird immer schwieriger, „intelligente“ Verbraucherelektronik zu finden, die kein Wifi oder Bluetooth hat, und wir sollten nicht erwarten, dass diese Protokolle in absehbarer Zeit verschwinden. Das neue Wifi 6 Protokoll setzt die Innovation früherer Produkte fort, um die Wifi-Fähigkeiten auf höhere Datenraten und mehr räumliche Streams zu erweitern. Darüber hinaus ändert sich mit Wifi 6 die Landschaft der Frequenzbänder, mit 4 möglichen Bandbreiten in jedem Kanal.

 

Einige der ursprünglichen Wifi 6 Produkte, die von großen Herstellern auf den Markt gebracht wurden, waren SoCs von Unternehmen wie MediaTek, die auf den 5G-Smartphone-Markt abzielten. Andere große Netzwerk- und Telekommunikationshersteller wie Broadcom und Qualcomm brachten wettbewerbsfähige Produkte heraus. Heute entwickeln andere Halbleiterhersteller ihr eigenes Portfolio von Wifi 6-Chipsätzen, die auf jedes drahtlose Produkt abzielen.

 

Bevor wir einige Beispieloptionen für Wifi 6-Chipsätze für neue Elektronik vorstellen, werfen wir einen Blick auf die technischen Spezifikationen im IEEE 802.11ax-Standard sowie darauf, was sich bei Wifi 6 im Vergleich zu früheren Wifi-Generationen geändert hat.

Was hat sich bei Wifi 6 geändert

Die neueste Generation von Wifi ähnelt den vorherigen Generationen in Bezug auf die Frequenz, aber die wesentlichen Änderungen konzentrieren sich auf räumliche Streams, Datenrate und Bandbreitenzuweisung. Die Idee hier ist, den Anforderungen nach mehr vernetzten Geräten im Unternehmens-, Büro-, Heim- und Fahrzeugumfeld gerecht zu werden, ohne jedoch den Durchsatz zu opfern oder sich zu weit vom grundlegenden Frequenzbereich im 5-GHz-Wifi zu entfernen.

 

Wie können wir die Datenrate und die Anzahl der Geräte, die im neuen Standard bedient werden können, einfach erhöhen, ohne die Trägerfrequenz (oder die Anzahl der Träger, wie es bei 5G der Fall ist) zu erhöhen? Die Antwort liegt in der Modulation und in der Erweiterung der Frequenzbänder, die entscheidend sind, um eine höhere Datenrate und mehr Träger zu bieten. Wifi 6-Chipsätze unterstützen MU-MIMO (Multi-User, Multi-Input Multi-Output), das eine räumliche Multiplexierung für Datenströme von mehreren Benutzern bietet. Mit anderen Worten, räumlich getrennte Netzwerkbenutzer können gleichzeitig auf einen Kanal zugreifen, und Beam-Steering wird vom Router/Access Point verwendet, um Daten zurück an den anfragenden Benutzer zu senden.

Beachten Sie, dass MU-MIMO sowohl für den Uplink als auch für den Downlink verwendet wird, was bedeutet, dass die maximale Datenrate in beide Richtungen angewendet wird, solange beide Geräte mit dieser Datenrate kompatibel sind. Dies setzt die Antennendesigner unter Druck, MIMO-Phased-Array-Antennen zu bauen und die richtigen Transceiver für Beamforming zu wählen. Zum Thema Antennen habe ich in einem kürzlich erschienenen Artikel darüber geschrieben. Die Schnittstelle mit der Phased-Array-Antenne erfordert Komponenten, um die Phasenverschiebung für jeden Emitter zu implementieren, entweder mit analogem Schalten oder durch digitale Änderung der Phase des ausgesendeten Signals.

Wifi 6E bis zu 7 GHz

Gerade als sich jeder an Wifi 6 gewöhnt hat, gibt es auch die Veröffentlichung von Wifi 6E als Erweiterung des IEEE 802.11ax-Standards. Die genehmigte Veröffentlichung von Wifi 6E-Produkten stand Ende 2020 noch aus, wobei eine regulatorische Genehmigung noch erforderlich war, um das bestehende Wifi in das 6-GHz-Band zu erweitern. Die FCC genehmigte das erste kommerzielle Wifi 6E-Gerät im Dezember 2020, und die Wifi-Allianz hat nun ein 6E-Zertifizierungsprogramm für Entwickler. Wifi 6E umfasst ein zusätzliches Spektrum von 1200 MHz über das obere Ende von 5 GHz Wifi hinaus, wie im folgenden Diagramm gezeigt.

Diese Erweiterung bis zu ~7 GHz Frequenzen wird Tri-Band-Geräte ermöglichen, d.h. Produkte, die gleichzeitig 3 mögliche Bänder bedienen können. Derzeit gibt es nur wenige Chipsätze, die Tri-Band-Produkte unterstützen werden, die ich unten vorstellen werde.

2,4/5 GHz Wifi vs. Wifi 6/6E

In der untenstehenden Tabelle habe ich einige der wichtigen Leistungsspezifikationen für Wifi bei 2,4/5 GHz und für Wifi 6 zusammengefasst. Beachten Sie, dass ich Wifi 6E weggelassen habe, da die Spezifikationen im Grunde die gleichen sind, das Protokoll arbeitet nur in höheren Frequenzen, wie in der obigen Grafik gezeigt. Aus dieser Tabelle können wir deutlich sehen, dass es viele Aspekte von Wifi 6 gibt, die es für Designer attraktiver machen. Dazu gehören der breitere Frequenzbereich in jedem Kanal, die Verwendung von 1024-QAM im Vergleich zu 64- oder 256-QAM und mehr räumliche Streams, um eine größere Anzahl von Benutzern zu bedienen.

 

Aus der obigen Tabelle sollten wir in der Lage sein zu sehen, dass das System nur dank 1024-QAM im Vergleich zu Wifi 5 unter dem 802.11ac-Standard eine maximale Datenrate erreichen kann. Das Tolle an Wifi 6 ist jedoch, dass die höhere Datenrate und das räumliche Multiplexing bis hinunter zu 2,4 GHz reichen, was eine große Verbesserung gegenüber anderen 2,4 GHz Wifi darstellt.

Rückwärtskompatibilität

Immer wenn eine neue Generation einer klassischen Technologie eingeführt wird, machen sich alle Sorgen um die Rückwärtskompatibilität mit älteren Generationen und Produkten. Wifi 6 ist da keine Ausnahme. Die Standards erlauben jedoch die Rückwärtskompatibilität zwischen Wifi 6/6E und 802.11a/b/g/n/ac. Natürlich erleben Endgeräte nicht einfach eine Datenratensteigerung, nur weil ein Zugangspunkt auf ein Wifi 6 Produkt aufgerüstet wurde, die Client-Geräte müssen in diesem Fall ebenfalls Wifi 6 kompatibel sein.

Derzeit gibt es eine Reihe von Wifi 6 Netzwerkprodukten wie Switches und Router auf dem Markt, aber wir warten immer noch darauf, dass Wifi 6E Produkte verfügbar werden. Einige neuere Smartphones sind dank neuerer SoCs von Unternehmen wie MediaTek und Broadcom ebenfalls Wifi 6-fähig.

Heutige Wifi 6 Chipsets

Im nächsten Abschnitt werden wir uns einige verfügbare Komponenten für Wifi 6 und Wifi 6E Chipsets ansehen. Nur eine kleine Anzahl von Herstellern hat sich in diese Arena gewagt und Produktportfolios zur Unterstützung von Wifi 6 entwickelt, aber wir können erwarten, dass mehr Komponentenhersteller das Wifi 6/6E-Ökosystem unterstützen werden, wenn die Zeit fortschreitet. Die verfügbaren Komponenten zielen auf eine Reihe von Anwendungen und Branchen ab und können Dual-Band oder Tri-Band räumliche Multiplexierung bei hohen Datenraten bieten.

ON Semiconductor QCS-AX-Dx

Die QCS-AX-Familie von ON Semiconductor zielt auf eine Reihe von kommerziellen und Verbraucher-Wifi 6 Anwendungen ab. Die QCS-AX-Dx-Produktlinie ist eine Gruppe von integrierten Basisband- + Transceiver-Produkten, die unterschiedliche Ebenen der räumlichen Multiplexierung und verschiedene Frequenzen unterstützen. Diese Basisband- + Transceiver-Komponenten bieten 4x4 + 8x8, 5x5 + 2x2 und 5x5 + 4x4 räumliche Ströme bei entweder 2,4 GHz oder 5 GHz. Auch Dual-Band-Komponenten sind verfügbar. Einige Zielendprodukte für diese Komponenten umfassen drahtlose Zugangspunkte, Mesh-Repeater und Wifi-Extender.

NXP Semiconductors 88W9064 und 88W9068

Diese beiden Access Point Controller SoCs sind Dual-Band 4x4 (88W9064) und 8x8 (88W9068) drahtlose Zugangslösungen für Wifi 6 Systeme. Der 88W9068 ist für Geräte mit großen Datenverkehrswarteschlangen vorgesehen und beinhaltet On-Device-Management-Funktionen, um einen hohen Datendurchsatz zu gewährleisten. Diese Komponente unterstützt Datenraten von bis zu 4,8 Gbps für andere Wifi 6 Geräte und verbindet sich über PCIe Gen3 mit einem externen Host-Controller.

Der 88W9064 Controller-SoC bietet eine niedrigere Datenrate von 2,4 Gbps und unterstützt nur 4x4 räumliches Multiplexing. Dieser Bauteil beinhaltet jedoch integriertes Bluetooth 5 für den Zugang in Heim- und Unternehmensnetzwerken, was ihn nützlich für Zugangspunkte in Smart-Home-, Einzelhandels- und Büronetzwerkprodukten macht. Da dieser Bauteil nur ein Controller ist, würde er nicht für die Vernetzung in mobilen Geräten verwendet werden, stattdessen käme ein dedizierter MCU-SoC zum Einsatz. Ein ähnliches Produkt, das auf den Automobilbereich abzielt, ist der 88Q9098, der 2x2 Wi-Fi 6 + Bluetooth 5.1 für Endbenutzer bereitstellt.

Qualcomm Networking Pro Suite

Die Networking Pro-Produktreihe von Qualcomm zielt auf Netzwerkausrüstung für Unternehmens-LANs in Bürogebäuden und großen Campusanlagen ab. Diese Komponenten unterstützen Wifi 6/6E-Frequenzen mit einer hohen Anzahl räumlicher Streams in einem kleinen Paket. Im Vergleich zu den anderen Bauteilen in dieser Liste sind diese SoCs hochintegriert mit einer Reihe von On-Chip-Funktionen für optimierte Uplink/Downlink-Planung, Sicherheit und hohe Benutzeranzahl. Als Beispiel unterstützt die Networking Pro 1610-Komponente einen durchgehenden Datendurchsatz für bis zu 2000 Benutzer an einem einzigen Zugangspunkt. Sie verbindet sich auch mit externen Peripheriegeräten über PCIe 3.0, PCIe 2.0, PTA Coex, I2S, I2C, Ethernet, SD/eMMC, SDIO, SPI, UART und USB 3.0 bei 2,2 GHz.

Obwohl die Networking Pro-Serie hauptsächlich auf vernetzte Produkte abzielt, bietet Qualcomm auch mobilzentrierte und automobilzentrierte Produkte innerhalb dieser Produktlinie an. Zum Beispiel unterstützt die QCA6696-Komponente Wifi 6 und Bluetooth 5.2 für Fahrzeuginterne und Fahrzeugübergreifende Vernetzung mit 2x2+2x2 MIMO. Die FastConnect 6xxx-Serie unterstützt mobile Geräte mit einem integrierten SoC, das Wifi 6/6E und Bluetooth 5.2 bei Multi-Gig-Datenübertragungsraten pro Kanal unterstützt.

Leistungsstarkes drahtloses Netzwerk mit Wifi 6/6E

Heute finden Wifi 6-Chipsätze ihren Weg in den Netzwerkbereich, und es ist nur eine Frage der Zeit, bis Smartphones, Haushaltsgeräte, intelligente IoT-Produkte und andere Geräte denselben Standard übernehmen. Wifi 6E-Chipsätze sind noch neu, und es wird noch einige Zeit dauern, bis diese in mehr Produkten eingesetzt werden. Innovative Unternehmen können jedoch die oben gezeigten Komponentensätze nutzen, um schnell mit neuen Produkten auf den Markt zu kommen. Letztendlich werden wir dieselbe Art von Transceiver/PHY-Integration in Prozessoren sehen, wie wir sie bei anderen Hochgeschwindigkeits-/Hochfrequenzprotokollen sehen.

Zusätzlich zu den oben gezeigten Wifi 6/6E-Chipsätzen werden fortgeschrittenere drahtlose Produkte eine Reihe anderer Komponenten benötigen. Die oben gezeigten Komponenten sind die Hauptkomponenten, die erforderlich sind, um die Netzwerkfunktionen in Wifi 6/6E zu unterstützen; einige andere grundlegende Komponenten für drahtlose vernetzte Systeme umfassen:

Nachdem Sie Ihren Wifi 6-Chipsatz ausgewählt haben und es Zeit ist, andere unterstützende Komponenten auszuwählen, können Sie die erweiterten Such- und Filterfunktionen in Octopart nutzen, um die benötigten Komponenten zu finden. Die Elektronik-Suchfunktionen in Octopart können Ihnen helfen, Wifi 6/6E-Komponenten nach Hersteller, technischen Spezifikationen und vielen anderen Filtern auszuwählen, die Ihren Anforderungen entsprechen. Sie können auch auf Daten zu Distributorenpreisen, Teilebeständen, Teilespezifikationen und CAD-Daten zugreifen, und das alles ist frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Werfen Sie einen Blick auf unsere Steckverbinderseite, um die benötigten Komponenten zu finden.

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