Nowe chipsety Wifi 6 ulepszają łączność bezprzewodową

Wifi jest prawdopodobnie najbardziej udanym protokołem bezprzewodowym w historii telekomunikacji, dzięki swojemu rozpowszechnieniu w przemyśle, biurach, produktach konsumenckich i telekomunikacyjnych. Coraz trudniej jest znaleźć jakiekolwiek "inteligentne" urządzenia elektroniczne, które nie mają Wifi lub Bluetooth, i nie powinniśmy spodziewać się, że te protokoły znikną w najbliższym czasie. Nowy protokół Wifi 6 kontynuuje innowacje w stosunku do poprzednich produktów, rozszerzając możliwości Wifi o wyższe prędkości transmisji danych i więcej strumieni przestrzennych. Ponadto, krajobraz pasm częstotliwości zmienia się z Wifi 6, z 4 możliwymi szerokościami pasma w każdym kanale.

Niektóre z oryginalnych produktów Wifi 6 wydanych przez głównych producentów to SoC od firm takich jak MediaTek, które celowały w rynek smartfonów 5G. Inni główni producenci sprzętu sieciowego i telekomunikacyjnego, tacy jak Broadcom i Qualcomm, wypuścili konkurencyjne produkty. Dzisiaj inni producenci półprzewodników rozwijają własne portfolio chipsetów Wifi 6, celując w dowolny produkt bezprzewodowy.

Zanim przedstawimy kilka przykładowych opcji chipsetów Wifi 6 dla nowej elektroniki, przyjrzyjmy się specyfikacjom technicznym w standardzie IEEE 802.11ax, a także temu, co zmieniło się w Wifi 6 w porównaniu z wcześniejszymi generacjami Wifi.

Co się zmieniło w Wifi 6

Najnowsza generacja Wifi jest podobna do poprzednich generacji pod względem częstotliwości, ale główne zmiany koncentrują się wokół strumieni przestrzennych, prędkości transmisji danych i alokacji pasma. Idea polega na zaspokojeniu zapotrzebowania na więcej urządzeń sieciowych w przedsiębiorstwach, biurach, domach i pojazdach, ale bez poświęcania przepustowości lub oddalania się zbytnio od podstawowego zakresu częstotliwości w Wifi 5 GHz.

Jak możemy zwiększyć prędkość transmisji danych i liczbę urządzeń, które mogą być obsługiwane w nowym standardzie, bez zwiększania częstotliwości nośnej (lub liczby nośników, jak to jest zrobione w 5G)? Odpowiedź tkwi w modulacji i rozszerzaniu pasm częstotliwości, które są kluczowe dla zapewnienia wyższej prędkości transmisji danych i większej liczby nośników, odpowiednio. Chipsety Wifi 6 obsługują MU-MIMO (multi-user, multi-input multi-output), co zapewnia multipleksację przestrzenną dla strumieni danych od wielu użytkowników. Innymi słowy, przestrzennie oddzieleni użytkownicy sieci mogą uzyskać dostęp do kanału w tym samym czasie, a kierowanie wiązką jest używane przez router/punkt dostępu do wysyłania danych z powrotem do użytkownika, który wysłał żądanie.

Należy zauważyć, że MU-MIMO jest używane zarówno w łączu wychodzącym, jak i przychodzącym, co oznacza, że maksymalna przepustowość danych jest stosowana w obu kierunkach, pod warunkiem że oba urządzenia są kompatybilne z tą prędkością danych. Stawia to presję na projektantów anten, aby budowali anteny fazowe MIMO oraz wybierali odpowiednie transceivery wspierające kształtowanie wiązki. W aspekcie anten, napisałem o tym w innym niedawnym artykule. Interfejs z anteną fazową wymaga komponentów do implementacji przesunięcia fazy dla każdego emitera, albo za pomocą przełączania analogowego, albo cyfrowego zmieniania fazy emitowanego sygnału.

Wifi 6E do 7 GHz

W momencie, gdy wszyscy przyzwyczajają się do Wifi 6, pojawia się również wersja Wifi 6E jako rozszerzenie standardu IEEE 802.11ax. Zatwierdzenie wydania produktów Wifi 6E było wciąż w toku na koniec 2020 roku, z wymaganą jeszcze zatwierdzeniem regulacyjnym rozszerzającym istniejące Wifi na pasmo 6 GHz. FCC zatwierdziła pierwsze komercyjne urządzenie Wifi 6E w grudniu 2020 roku, a sojusz Wifi ma teraz program certyfikacji 6E dla deweloperów. Wifi 6E obejmuje dodatkowe 1200 MHz spektrum poza górnym końcem Wifi 5 GHz, jak pokazano na poniższym wykresie.

To rozszerzenie do częstotliwości ~7 GHz umożliwi urządzenia tri-band, tj. produkty, które mogą obsługiwać 3 możliwe pasma jednocześnie. Obecnie istnieje tylko kilka chipsetów, które będą wspierać produkty tri-band, które przedstawię poniżej.

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

W poniższej tabeli podsumowałem niektóre ważne specyfikacje wydajności dla Wifi na 2.4/5 GHz, oraz dla Wifi 6. Należy zauważyć, że pominąłem Wifi 6E, ponieważ specyfikacje są w zasadzie takie same, protokół po prostu działa na wyższych częstotliwościach, jak pokazano na powyższej grafice. Z tej tabeli możemy wyraźnie zobaczyć, że wiele aspektów Wifi 6 czyni je bardziej atrakcyjnym dla projektantów. Obejmują one szerszy zakres częstotliwości w każdym kanale, użycie 1024-QAM w porównaniu do 64- lub 256-QAM, oraz więcej strumieni przestrzennych do obsługi większej liczby użytkowników.

Z powyższej tabeli powinniśmy być w stanie zobaczyć, że system może osiągnąć maksymalną prędkość transmisji danych dzięki 1024-QAM w porównaniu z Wifi 5 pod standardem 802.11ac. Jednakże, wielką zaletą Wifi 6 jest to, że wyższa prędkość danych i multipleksowanie przestrzenne rozciąga się aż do 2.4 GHz, dając dużą poprawę w porównaniu do innych Wifi 2.4 GHz.

Wsteczna kompatybilność

Zawsze, gdy wprowadzana jest nowa generacja klasycznej technologii, wszyscy martwią się o kompatybilność wsteczną ze starszymi generacjami i produktami. Wifi 6 nie jest wyjątkiem. Jednak standardy pozwalają na kompatybilność wsteczną między Wifi 6/6E a 802.11a/b/g/n/ac. Oczywiście, urządzenia końcowe nie doświadczają wzrostu prędkości transmisji danych tylko dlatego, że punkt dostępu został uaktualniony do produktu Wifi 6, urządzenia klienckie również muszą być kompatybilne z Wifi 6 w tym przypadku.

Obecnie na rynku dostępna jest szereg produktów sieciowych Wifi 6, takich jak przełączniki i routery, ale wciąż czekamy na dostępność produktów Wifi 6E. Niektóre nowsze smartfony są również wyposażone w Wifi 6 dzięki nowszym SoC od firm takich jak MediaTek i Broadcom.

Dzisiejsze chipsety Wifi 6

W następnej sekcji przyjrzymy się dostępnym komponentom dla chipsetów Wifi 6 i Wifi 6E. Tylko niewielka liczba producentów wkroczyła do tej areny i opracowała portfolio produktów wspierających Wifi 6, ale możemy oczekiwać, że więcej producentów komponentów będzie wspierać ekosystem Wifi 6/6E w miarę upływu czasu. Dostępne komponenty celują w szereg aplikacji i branż, i mogą zapewniać dwuzakresowe lub trójzakresowe multipleksowanie przestrzenne przy wysokich prędkościach transmisji danych.

ON Semiconductor QCS-AX-Dx

Rodzina produktów QCS-AX od ON Semiconductor celuje w szereg komercyjnych i konsumenckich aplikacji Wifi 6. Linia produktów QCS-AX-Dx to grupa zintegrowanych produktów bazowych + nadajników, które wspierają różne poziomy multipleksowania przestrzennego i różne częstotliwości. Te komponenty bazowe + nadajniki zapewniają strumienie przestrzenne 4x4 + 8x8, 5x5 + 2x2, oraz 5x5 + 4x4 na częstotliwościach 2,4 GHz lub 5 GHz, odpowiednio. Dostępne są również komponenty dwuzakresowe. Niektóre docelowe produkty końcowe dla tych komponentów to bezprzewodowe punkty dostępu, repeatery siatki i wzmacniacze Wifi.

NXP Semiconductors 88W9064 i 88W9068

Te dwa kontrolery punktów dostępu SoC są dwuzakresowymi rozwiązaniami bezprzewodowego dostępu 4x4 (88W9064) i 8x8 (88W9068) dla systemów Wifi 6. 88W9068 jest przeznaczony dla urządzeń z dużymi kolejkami ruchu i zawiera funkcje zarządzania na urządzeniu, aby zapewnić wysoką przepustowość danych. Ten komponent wspiera prędkości transmisji danych do 4,8 Gbps dla innych urządzeń Wifi 6 i łączy się z zewnętrznym kontrolerem hosta za pomocą PCIe Gen3.

Kontroler SoC 88W9064 oferuje niższą prędkość transmisji danych wynoszącą 2,4 Gbps i zapewnia tylko 4x4 przestrzenne multipleksowanie. Jednakże, ten komponent zawiera zintegrowany Bluetooth 5 do domowego i przedsiębiorczego dostępu, co czyni go użytecznym w punktach dostępu dla inteligentnych domów, produktów sieciowych dla sklepów i biur. Ponieważ ten komponent jest tylko kontrolerem, nie byłby używany do sieci w urządzeniach mobilnych, zamiast tego używany byłby dedykowany SoC MCU. Podobnym produktem, który jest skierowany do sektora motoryzacyjnego, jest 88Q9098, który zapewnia 2x2 Wi-Fi 6 + Bluetooth 5.1 dla użytkowników końcowych.

Qualcomm Networking Pro Suite

Seria produktów Networking Pro od Qualcomm jest skierowana na sprzęt sieciowy dla przedsiębiorstw LAN w budynkach biurowych i dużych kampusach. Te komponenty obsługują częstotliwości Wifi 6/6E z dużą liczbą strumieni przestrzennych w małej obudowie. W porównaniu do innych komponentów na tej liście, te SoC są wysoko zintegrowane z zestawem funkcji na chipie optymalizujących harmonogramowanie wysyłania/odbierania, bezpieczeństwo i obsługę dużej liczby użytkowników. Jako przykład, komponent Networking Pro 1610 obsługuje ciągły przepływ danych dla do 2000 użytkowników na pojedynczym punkcie dostępu. Interfejsuje się również z zewnętrznymi urządzeniami peryferyjnymi przez PCIe 3.0, PCIe 2.0, PTA Coex, I2S, I2C, Ethernet, SD/eMMC, SDIO, SPI, UART i USB 3.0 przy 2,2 GHz.

Chociaż seria Networking Pro głównie skierowana jest na produkty sieciowe, Qualcomm oferuje również produkty skoncentrowane na urządzeniach mobilnych i motoryzacyjnych w ramach tej linii produktów. Na przykład, komponent QCA6696 obsługuje Wifi 6 i Bluetooth 5.2 dla sieciowania wewnątrz pojazdów i między pojazdami z MIMO 2x2+2x2. Zestaw FastConnect 6xxx obsługuje urządzenia mobilne z zintegrowanym SoC obsługującym Wifi 6/6E i Bluetooth 5.2 przy wielogigabitowych prędkościach transferu danych na kanał.

Wzmocnione sieci bezprzewodowe z Wifi 6/6E

Obecnie chipsety Wifi 6 wkraczają do przestrzeni sieciowej, i to tylko kwestia czasu, zanim smartfony, urządzenia gospodarstwa domowego, inteligentne produkty IoT i inne urządzenia przyjmą ten sam standard. Chipsety Wifi 6E są nadal nowością i minie trochę czasu, zanim zostaną one przyjęte w większej liczbie produktów. Jednakże, innowacyjne firmy mogą użyć zestawów komponentów pokazanych powyżej, aby szybko wejść na rynek z nowymi produktami. Ostatecznie zobaczymy ten sam typ integracji nadajnika/PHY do procesorów, który widzimy z innymi protokołami wysokiej prędkości/wysokiej częstotliwości.

Oprócz chipsetów Wifi 6/6E pokazanych powyżej, bardziej zaawansowane produkty bezprzewodowe będą wymagały szeregu innych komponentów. Komponenty pokazane powyżej to główne komponenty wymagane do obsługi funkcji sieciowych w Wifi 6/6E; inne podstawowe komponenty dla systemów sieciowych bezprzewodowych obejmują:

• MCU, FPGA czy MPU jako kontroler hosta

• Układy scalone do formowania wiązki dla układów fazowanych

• Małe regulatory napięcia

• Kondensatory o niskiej ESL

Kiedy już wybierzesz swój chipset Wifi 6 i nadejdzie czas na wybór innych komponentów wspierających, możesz użyć zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart, aby znaleźć potrzebne Ci komponenty. Funkcje wyszukiwarki elektronicznej w Octopart mogą pomóc Ci wybrać komponenty Wifi 6/6E według producenta, specyfikacji technicznych i wielu innych filtrów, które spełnią Twoje potrzeby. Możesz również uzyskać dostęp do danych o cenach dystrybutorów, zapasach części, specyfikacjach części i danych CAD, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z konektorami, aby znaleźć potrzebne Ci komponenty.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.