I nuovi chipset Wifi 6 migliorano il wireless

Il Wifi è probabilmente il protocollo wireless di maggior successo nella storia delle telecomunicazioni grazie alla sua diffusione nell'industria, negli uffici, nei prodotti di consumo e nelle telecomunicazioni. Sta diventando sempre più difficile trovare elettronica di consumo "intelligente" che non disponga di Wifi o Bluetooth, e non dovremmo aspettarci che questi protocolli scompaiano tanto presto. Il nuovo protocollo Wifi 6 continua a innovare sui prodotti passati per espandere le capacità del Wifi a tassi di trasmissione dati più elevati e più flussi spaziali. Inoltre, il panorama delle bande di frequenza cambia con il Wifi 6, con 4 possibili larghezze di banda in ogni canale.

Alcuni dei primi prodotti Wifi 6 rilasciati dai principali produttori erano SoC di aziende come MediaTek, che miravano al mercato degli smartphone 5G. Altri importanti produttori di reti e telecomunicazioni come Broadcom e Qualcomm hanno rilasciato prodotti competitivi. Oggi, altri produttori di semiconduttori stanno sviluppando il proprio portafoglio di chipset Wifi 6 mirati a qualsiasi prodotto wireless.

Prima di introdurre alcune opzioni di chipset Wifi 6 per nuovi elettronici, diamo un'occhiata alle specifiche tecniche nello Standard IEEE 802.11ax, così come a cosa è cambiato nel Wifi 6 rispetto alle precedenti generazioni di Wifi.

Cosa è cambiato nel Wifi 6

La nuova generazione di Wifi è simile alle precedenti in termini di frequenza, ma i cambiamenti principali si concentrano sui flussi spaziali, sul tasso di trasmissione dati e sull'allocazione di banda. L'idea qui è di soddisfare la domanda di più dispositivi connessi in rete negli ambienti aziendali, negli uffici, nelle case e nei veicoli, senza però sacrificare la capacità di trasmissione o allontanarsi troppo dalla gamma di frequenze fondamentali del Wifi a 5 GHz.

Come possiamo aumentare il tasso di trasmissione dati e il numero di dispositivi che possono essere serviti nel nuovo standard senza aumentare la frequenza portante (o il numero di portanti, come viene fatto nel 5G)? La risposta sta nella modulazione e nell'espansione delle bande di frequenza, che sono fondamentali per fornire un tasso di trasmissione dati più elevato e più portanti, rispettivamente. I chipset Wifi 6 supportano MU-MIMO (multi-utente, multi-input multi-output), che fornisce il multiplexing spaziale per i flussi di dati da più utenti. In altre parole, gli utenti della rete separati spazialmente possono accedere a un canale contemporaneamente, e il beam steering viene utilizzato dal router/punto di accesso per inviare i dati indietro all'utente che li ha richiesti.

Si noti che MU-MIMO è utilizzato sia in uplink che in downlink, il che significa che la velocità massima di trasmissione dati è applicata in entrambe le direzioni a condizione che entrambi i dispositivi siano compatibili con questa velocità di trasmissione. Questo mette pressione sui progettisti di antenne per costruire antenne phased array MIMO e selezionare i trasmettitori giusti per supportare il beamforming. Riguardo l'aspetto dell'antenna, ne ho scritto in un altro articolo recente. L'interfaccia con l'antenna phased array richiede componenti per implementare lo spostamento di fase a ciascun emettitore, sia con commutazione analogica che con la modifica digitale della fase del segnale emesso.

Wifi 6E fino a 7 GHz

Proprio mentre tutti si stanno abituando al Wifi 6, viene anche rilasciato il Wifi 6E come estensione dello standard IEEE 802.11ax. L'approvazione dei prodotti Wifi 6E era ancora in sospeso alla fine del 2020, con l'approvazione normativa ancora necessaria per espandere l'esistente Wifi nella banda dei 6 GHz. La FCC ha approvato il primo dispositivo commerciale Wifi 6E nel dicembre 2020, e l'alleanza Wifi ora ha un programma di certificazione 6E per gli sviluppatori. Wifi 6E include un extra di 1200 MHz di spettro oltre il limite superiore del Wifi a 5 GHz, come mostrato nel grafico sottostante.

Questa estensione fino a frequenze di ~7 GHz consentirà dispositivi tri-band, ovvero prodotti che possono servire 3 bande possibili simultaneamente. Attualmente, ci sono solo alcuni chipset che supporteranno i prodotti tri-band, che presenterò di seguito.

Wifi 2.4/5 GHz vs. Wifi 6/6E

Nella tabella sottostante, ho riassunto alcune delle specifiche di prestazione importanti per il Wifi a 2.4/5 GHz, e per il Wifi 6. Notare che ho omesso il Wifi 6E perché le specifiche sono sostanzialmente le stesse, il protocollo opera semplicemente in frequenze più alte come mostrato nella grafica sopra. Da questa tabella, possiamo chiaramente vedere che ci sono molti aspetti del Wifi 6 che lo rendono più attraente per i progettisti. Questi includono l'ampia gamma di frequenze in ogni canale, l'uso di 1024-QAM vs. 64- o 256-QAM, e più flussi spaziali per servire un maggior numero di utenti.

Dalla tabella sopra, dovremmo essere in grado di vedere che il sistema può raggiungere solo la velocità massima di trasmissione dati grazie al 1024-QAM rispetto al Wifi 5 sotto lo standard 802.11ac. Tuttavia, il grande vantaggio del Wifi 6 è che l'alta velocità di trasmissione dati e il multiplexing spaziale si estendono fino a 2.4 GHz, offrendo un grande miglioramento rispetto ad altri Wifi a 2.4 GHz.

Compatibilità all'indietro

Ogni volta che viene lanciata una nuova generazione di una tecnologia classica, tutti si preoccupano della compatibilità all'indietro con le generazioni e i prodotti più vecchi. Il Wifi 6 non fa eccezione. Tuttavia, gli standard consentono la compatibilità all'indietro tra Wifi 6/6E e 802.11a/b/g/n/ac. Ovviamente, i dispositivi finali non sperimentano l'aumento del tasso di trasmissione dati solo perché un punto di accesso è stato aggiornato a un prodotto Wifi 6, anche i dispositivi client devono essere compatibili con Wifi 6 in quel caso.

Attualmente, ci sono un certo numero di prodotti di rete Wifi 6 come switch e router sul mercato, ma stiamo ancora aspettando di vedere i prodotti Wifi 6E diventare disponibili. Alcuni smartphone più recenti sono anche abilitati Wifi 6 grazie a nuovi SoC di aziende come MediaTek e Broadcom.

I chipset Wifi 6 di oggi

Nella prossima sezione, esamineremo alcuni componenti disponibili per i chipset Wifi 6 e Wifi 6E. Solo un piccolo numero di produttori si è lanciato in quest'arena e ha sviluppato portafogli di prodotti per supportare il Wifi 6, ma possiamo aspettarci che più produttori di componenti supportino l'ecosistema Wifi 6/6E man mano che il tempo avanza. I componenti disponibili si rivolgono a una gamma di applicazioni e industrie, e possono fornire multiplexing spaziale dual-band o tri-band ad alte velocità di trasmissione dati.

ON Semiconductor QCS-AX-Dx

La famiglia QCS-AX di ON Semiconductor si rivolge a una gamma di applicazioni commerciali e consumer Wifi 6. La linea di prodotti QCS-AX-Dx è un gruppo di prodotti integrati baseband + trasmettitore che supportano vari livelli di multiplexing spaziale e diverse frequenze. Questi componenti baseband + trasmettitore forniscono flussi spaziali 4x4 + 8x8, 5x5 + 2x2, e 5x5 + 4x4 a 2,4 GHz o 5 GHz, rispettivamente. Sono disponibili anche componenti dual-band. Alcuni prodotti finali target per questi componenti includono punti di accesso wireless, ripetitori mesh e estensori Wifi.

NXP Semiconductors 88W9064 e 88W9068

Questi due SoC controller per punti di accesso sono soluzioni di accesso wireless dual-band 4x4 (88W9064) e 8x8 (88W9068) per sistemi Wifi 6. L'88W9068 è destinato a dispositivi con grandi code di traffico e include funzionalità di gestione sul dispositivo per garantire un'elevata velocità di trasmissione dati. Questo componente supporta velocità di trasmissione dati fino a 4,8 Gbps per altri dispositivi Wifi 6 e si collega a un controller host esterno tramite PCIe Gen3.

Il controller SoC 88W9064 offre una velocità di trasmissione dati inferiore di 2,4 Gbps e fornisce solo un multiplexing spaziale 4x4. Tuttavia, questo componente include il Bluetooth 5 integrato per l'accesso domestico e aziendale, rendendolo utile nei punti di accesso per prodotti di rete per la casa intelligente, il commercio al dettaglio e l'ufficio. Poiché questo componente è solo un controller, non sarebbe utilizzato per la rete in dispositivi mobili, al suo posto verrebbe utilizzato un SoC MCU dedicato. Un prodotto simile che si rivolge all'automotive è il 88Q9098, che fornisce Wi-Fi 6 2x2 + Bluetooth 5.1 per gli utenti finali.

Qualcomm Networking Pro Suite

La suite di prodotti Networking Pro di Qualcomm si rivolge all'equipaggiamento di rete per le LAN aziendali in edifici per uffici e grandi campus. Questi componenti supportano le frequenze Wifi 6/6E con un alto numero di flussi spaziali in un piccolo pacchetto. Rispetto agli altri componenti in questa lista, questi SoC sono altamente integrati con una suite di funzionalità on-chip ottimizzate per la programmazione di uplink/downlink, la sicurezza e un alto numero di utenti. Ad esempio, il componente Networking Pro 1610 supporta un throughput sostenuto per fino a 2000 utenti su un singolo punto di accesso. Inoltre, si interfaccia con periferiche esterne tramite PCIe 3.0, PCIe 2.0, PTA Coex, I2S, I2C, Ethernet, SD/eMMC, SDIO, SPI, UART e USB 3.0 a 2.2 GHz.

Sebbene la suite Networking Pro sia principalmente rivolta ai prodotti di rete, Qualcomm offre anche prodotti incentrati su dispositivi mobili e sull'automotive all'interno di questa linea di prodotti. Ad esempio, il componente QCA6696 supporta Wifi 6 e Bluetooth 5.2 per la rete veicolare e inter-veicolare con MIMO 2x2+2x2. La suite FastConnect 6xxx supporta dispositivi mobili con un SoC integrato che supporta Wifi 6/6E e Bluetooth 5.2 a tassi di trasferimento dati multi-gig per canale.

Networking Wireless Potenziato con Wifi 6/6E

Oggi, i chipset Wifi 6 stanno facendo strada nello spazio di rete, e è solo questione di tempo prima che smartphone, elettrodomestici, prodotti IoT intelligenti e altri dispositivi adottino lo stesso standard. I chipset Wifi 6E sono ancora nuovi e ci vorrà del tempo prima che vengano adottati in più prodotti. Tuttavia, le aziende innovative possono utilizzare i set di componenti mostrati sopra per muoversi rapidamente nel mercato con nuovi prodotti. Alla fine, vedremo lo stesso tipo di integrazione trasmettitore/PHY nei processori che vediamo con altri protocolli ad alta velocità/alta frequenza.

Oltre ai chipset Wifi 6/6E mostrati sopra, i prodotti wireless più avanzati necessiteranno di una gamma di altri componenti. I componenti mostrati sopra sono i componenti principali necessari per supportare le funzioni di rete in Wifi 6/6E; alcuni altri componenti di base per i sistemi di rete wireless includono:

• MCU, FPGA o MPU come controller host

• IC per beamforming per array in fase

• Regolatori di tensione di piccola potenza

• Condensatori a basso ESL

Una volta scelto il tuo chipset Wifi 6 ed è il momento di selezionare altri componenti di supporto, puoi utilizzare le funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart per trovare i componenti di cui hai bisogno. Le funzionalità del motore di ricerca elettronica in Octopart possono aiutarti a scegliere componenti Wifi 6/6E per produttore, specifiche tecniche e molti altri filtri per soddisfare le tue esigenze. Puoi anche accedere ai dati sui prezzi dei distributori, inventario dei pezzi, specifiche dei pezzi e dati CAD, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia facile da usare. Dai un'occhiata alla nostra pagina dei connettori per trovare i componenti di cui hai bisogno.

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