Новые чипсеты Wifi 6 обеспечивают беспроводные устройства улучшенными возможностями

Создано: 19 Апреля, 2022
Обновлено: 1 Июля, 2024

Wifi, вероятно, является самым успешным беспроводным протоколом в истории телекоммуникаций благодаря его распространению в промышленности, офисах, потребительских и телекоммуникационных продуктах. Становится всё труднее найти «умные» потребительские электронные устройства, которые не имеют Wifi или Bluetooth, и мы не должны ожидать, что эти протоколы скоро исчезнут. Новый протокол Wifi 6 продолжает инновации предыдущих продуктов, расширяя возможности Wifi до более высоких скоростей передачи данных и большего количества пространственных потоков. Кроме того, с Wifi 6 меняется ландшафт частотных диапазонов, предлагая 4 возможные полосы пропускания в каждом канале.

Некоторые из первых продуктов Wifi 6 от крупных производителей были SoC от таких компаний, как MediaTek, которые нацеливались на рынок смартфонов 5G. Другие крупные производители сетевого оборудования и телекоммуникаций, такие как Broadcom и Qualcomm, выпустили конкурентоспособные продукты. Сегодня другие полупроводниковые производители разрабатывают собственный портфель чипсетов Wifi 6, нацеленных на любые беспроводные продукты.

Прежде чем мы представим некоторые примеры вариантов чипсетов Wifi 6 для новой электроники, давайте рассмотрим технические характеристики в стандарте IEEE 802.11ax, а также что изменилось в Wifi 6 по сравнению с предыдущими поколениями Wifi.

Что изменилось в Wifi 6

Новое поколение Wifi похоже на предыдущие поколения с точки зрения частоты, но основные изменения касаются пространственных потоков, скорости передачи данных и распределения полос пропускания. Здесь идея заключается в том, чтобы удовлетворить потребности в большем количестве сетевых устройств в предприятиях, офисах, домах и транспортных средствах, не жертвуя при этом пропускной способностью или сильно отходя от основного диапазона частот в 5 ГГц Wifi.

Как мы можем просто увеличить скорость передачи данных и количество устройств, которые могут быть обслужены в новом стандарте, не увеличивая несущую частоту (или количество несущих, как это делается в 5G)? Ответ заключается в модуляции и в расширении частотных диапазонов, которые критически важны для обеспечения более высокой скорости передачи данных и большего количества несущих соответственно. Чипсеты Wifi 6 поддерживают MU-MIMO (многопользовательский, многоантенный вход и многоантенный выход), который обеспечивает пространственное мультиплексирование для потоков данных от нескольких пользователей. Другими словами, пространственно разделенные пользователи сети могут одновременно получать доступ к каналу, и для отправки данных обратно запрашивающему пользователю используется управление лучом.

Обратите внимание, что MU-MIMO используется как на восходящей, так и на нисходящей линии, что означает, что максимальная скорость передачи данных применяется в обоих направлениях, при условии, что оба устройства совместимы с этой скоростью передачи. Это создает давление на дизайнеров антенн для создания фазированных антенных решеток MIMO и выбора подходящих приемопередатчиков для поддержки формирования луча. Что касается антенны, я писал об этом в другой недавней статье. Интерфейс с фазированной антенной решеткой требует компонентов для реализации сдвига фазы для каждого излучателя, либо с помощью аналогового переключения, либо с цифровым изменением фазы излучаемого сигнала.

Wifi 6E до 7 ГГц

Как только все привыкли к Wifi 6, появилось также расширение Wifi 6E в рамках стандарта IEEE 802.11ax. Одобрение выпуска продуктов Wifi 6E все еще ожидалось к концу 2020 года, требуясь регуляторное утверждение для расширения существующего Wifi на 6 ГГц диапазон. FCC одобрила первое коммерческое устройство Wifi 6E в декабре 2020 года, и альянс Wifi теперь имеет программу сертификации 6E для разработчиков. Wifi 6E включает дополнительные 1200 МГц спектра сверх верхнего предела 5 ГГц Wifi, как показано на графике ниже.

Это расширение до частот ~7 ГГц позволит использовать трехдиапазонные устройства, т.е. продукты, которые могут одновременно работать в 3 возможных диапазонах. В настоящее время существует лишь несколько чипсетов, которые поддерживают трехдиапазонные продукты, которые я представлю ниже.

Wifi 2.4/5 ГГц против Wifi 6/6E

В таблице ниже я подвел итог некоторым важным характеристикам производительности для Wifi на 2.4/5 ГГц и для Wifi 6. Обратите внимание, что я не включил Wifi 6E, потому что спецификации в основном те же, протокол просто работает на более высоких частотах, как показано на графике выше. Из этой таблицы мы можем ясно видеть, что многие аспекты Wifi 6 делают его более привлекательным для дизайнеров. К ним относятся более широкий диапазон частот в каждом канале, использование 1024-QAM вместо 64- или 256-QAM, и больше пространственных потоков для обслуживания большего числа пользователей.

Из приведенной выше таблицы мы должны видеть, что система может достигать максимальной скорости передачи данных благодаря 1024-QAM по сравнению с Wifi 5 по стандарту 802.11ac. Однако большое преимущество Wifi 6 заключается в том, что более высокая скорость передачи данных и пространственное мультиплексирование распространяются до 2.4 ГГц, что является большим улучшением по сравнению с другими 2.4 ГГц Wifi.

Обратная совместимость

Каждый раз, когда выходит новое поколение классической технологии, всех волнует вопрос обратной совместимости со старыми поколениями и продуктами. Wifi 6 не исключение. Однако стандарты предусматривают обратную совместимость между Wifi 6/6E и 802.11a/b/g/n/ac. Очевидно, что конечные устройства не получают увеличение скорости передачи данных просто потому, что точка доступа была обновлена до продукта Wifi 6, клиентские устройства также должны быть совместимы с Wifi 6 в этом случае.

В настоящее время на рынке представлено множество сетевых продуктов Wifi 6, таких как коммутаторы и маршрутизаторы, но мы все еще ждем, когда продукты Wifi 6E станут доступны. Некоторые новые смартфоны также поддерживают Wifi 6 благодаря новым SoC от компаний, таких как MediaTek и Broadcom.

Современные чипсеты Wifi 6

В следующем разделе мы рассмотрим некоторые доступные компоненты для чипсетов Wifi 6 и Wifi 6E. Только небольшое количество производителей вступило в эту арену и разработало портфолио продуктов для поддержки Wifi 6, но мы можем ожидать, что больше производителей компонентов будут поддерживать экосистему Wifi 6/6E по мере развития времени. Доступные компоненты нацелены на широкий спектр приложений и отраслей и могут обеспечивать двухдиапазонное или трехдиапазонное пространственное умножение на высоких скоростях передачи данных.

ON Semiconductor QCS-AX-Dx

Семейство QCS-AX от ON Semiconductor нацелено на ряд коммерческих и потребительских приложений Wifi 6. Линейка продуктов QCS-AX-Dx представляет собой группу интегрированных базовых + приемопередатчиков, поддерживающих различные уровни пространственного умножения и разные частоты. Эти базовые + приемопередатчики обеспечивают пространственные потоки 4x4 + 8x8, 5x5 + 2x2 и 5x5 + 4x4 на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц соответственно. Также доступны двухдиапазонные компоненты. Некоторые целевые конечные продукты для этих компонентов включают в себя беспроводные точки доступа, меш-ретрансляторы и усилители Wifi.

NXP Semiconductors 88W9064 и 88W9068

Эти два контроллера точек доступа SoC являются двухдиапазонными решениями 4x4 (88W9064) и 8x8 (88W9068) для систем Wifi 6. 88W9068 предназначен для устройств с большими очередями трафика и включает функции управления на устройстве для обеспечения высокой пропускной способности данных. Этот компонент поддерживает скорости передачи данных до 4,8 Гбит/с для других устройств Wifi 6 и подключается к внешнему хост-контроллеру через PCIe Gen3.

Контроллер SoC 88W9064 предлагает более низкую скорость передачи данных в 2,4 Гбит/с и поддерживает только 4x4 пространственное умножение. Однако этот компонент включает в себя интегрированный Bluetooth 5 для домашних и корпоративных точек доступа, что делает его полезным в точках доступа для умного дома, розничной торговли и офисных сетевых продуктов. Поскольку этот компонент является только контроллером, он не будет использоваться для сетевого подключения в мобильных устройствах, вместо этого будет использоваться специализированный SoC MCU. Похожий продукт, ориентированный на автомобильную промышленность, - это 88Q9098, который предоставляет 2x2 Wi-Fi 6 + Bluetooth 5.1 для конечных пользователей.

Qualcomm Networking Pro Suite

Набор продуктов Networking Pro от Qualcomm ориентирован на сетевое оборудование для корпоративных локальных сетей в офисных зданиях и на больших кампусах. Эти компоненты поддерживают частоты Wifi 6/6E с высоким количеством пространственных потоков в компактном корпусе. По сравнению с другими компонентами в этом списке, эти SoC являются высокоинтегрированными с набором функций на чипе, оптимизированных для планирования входящего/исходящего трафика, безопасности и обслуживания большого количества пользователей. Например, компонент Networking Pro 1610 поддерживает непрерывную пропускную способность для до 2000 пользователей на одной точке доступа. Он также подключается к внешним периферийным устройствам через PCIe 3.0, PCIe 2.0, PTA Coex, I2S, I2C, Ethernet, SD/eMMC, SDIO, SPI, UART и USB 3.0 на частоте 2,2 ГГц.

Хотя набор Networking Pro в первую очередь ориентирован на сетевые продукты, Qualcomm также предлагает продукты, ориентированные на мобильные устройства и автомобильную промышленность, в рамках этой линейки продуктов. Например, компонент QCA6696 поддерживает Wifi 6 и Bluetooth 5.2 для сетевого взаимодействия внутри и между автомобилями с 2x2+2x2 MIMO. Набор FastConnect 6xxx поддерживает мобильные устройства с интегрированным SoC, поддерживающим Wifi 6/6E и Bluetooth 5.2 на многогигабитных скоростях передачи данных на канал.

Ускоренное беспроводное сетевое взаимодействие с Wifi 6/6E

Сегодня чипсеты Wifi 6 проникают в сферу сетевых технологий, и это лишь вопрос времени, когда смартфоны, бытовая техника, умные IoT-продукты и другие устройства перейдут на этот стандарт. Чипсеты Wifi 6E все еще новы, и пройдет некоторое время, прежде чем они будут приняты в большем количестве продуктов. Однако инновационные компании могут использовать показанные выше наборы компонентов для быстрого выхода на рынок с новыми продуктами. В конечном итоге мы увидим такую же интеграцию приемопередатчика/PHY в процессоры, которую мы видим с другими протоколами высокой скорости/высокой частоты.

Помимо показанных выше чипсетов Wifi 6/6E, более продвинутые беспроводные продукты потребуют ряд других компонентов. Показанные выше компоненты являются основными компонентами, необходимыми для поддержки сетевых функций в Wifi 6/6E; некоторые другие базовые компоненты для беспроводных сетевых систем включают:

Когда вы выбрали чипсет Wifi 6 и пришло время подобрать другие вспомогательные компоненты, вы можете использовать расширенный поиск и функции фильтрации на Octopart для поиска необходимых компонентов. Функции поиска электронных компонентов на Octopart помогут вам выбрать компоненты для Wifi 6/6E по производителю, техническим характеристикам и многим другим фильтрам в соответствии с вашими потребностями. Вы также можете получить доступ к данным о ценах дистрибьюторов, инвентаризации компонентов, спецификациям деталей и CAD-данным, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с разъемами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.