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淺談濾波器在Wi-Fi 6E中的作用

要長高 ? 來源:planetanalog ? 作者:Mike Eddy ? 2022-05-04 07:32 ? 次閱讀

Wi-Fi 功能在智能設備上的廣泛可用性、整體改善服務質量 (QoS) 的潛力以及在密集環境中將視頻流式傳輸到智能手機的能力推動了客戶的保留。

Wi-Fi 是一個品牌名稱,而不是首字母縮寫詞,IEEE 802.11 標準定義了能夠與當前支持 Wi-Fi 的無線設備(包括無線路由器和無線接入點 (AP))進行通信的協議。這些標準在不同的頻率上運行,提供不同的帶寬,并支持不同數量的通道。此外,Wi-Fi 的命名約定包括一個數字以增加具體性,例如 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E。

使用 Wi-Fi 5,需要高速無線連接的多個設備的影響會對網絡產生直接影響,導致延遲時間和數據速度下降,從而對用戶體驗產生負面影響。另一方面,當使用多個設備時,Wi-Fi 6 將保持相同的數據速度。這種處理更多設備的能力的提高得益于 Wi-Fi 6 中包含的兩種技術:多用戶、多輸入、多輸出 (MU-MIMO) 和正交頻分多址 (OFDMA)。Wi-Fi 6 的其他好處包括更低的延遲,因為信號中數據的“打包”更好,電池壽命更長,以及 WPA3 中的重大安全協議升級,這是近十年來的第一次。

Wi-Fi 6E 使用與 Wi-Fi 6 相同的編碼和通道寬度,是指支持新的未經許可的 6 GHz 頻段的 Wi-Fi。“E”代表“擴展”,指的是 FCC 在 Wi-Fi 6 首次宣布后于 2020 年 4 月開放的 6 GHz 范圍內的 1,200 MHz 未經許可的頻譜。由于如此大的帶寬和 Wi-Fi 6 的升級技術相結合,預計 Wi-Fi 6E 將出現顯著增長。

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圖 1單位出貨量突顯 Wi-Fi 6E 的預期增長。資料來源:IDC

Wi-Fi 和干擾

可用于 Wi-Fi 的未授權頻譜的增加對于 Wi-Fi 的全球擴散來說是一個極其重要的發展。在美國分配的未經許可的頻譜對于蜂窩卸載以保持積極的消費者體驗至關重要,許多其他國家正在尋求效仿。在分配給未經許可使用的一組特定頻率中,有一組特定帶寬的“信道”:20 MHz、40 MHz、80 MHz 或 160 MHz。通道帶寬越大,數據速度越高。考慮到 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz 的可用總頻率,非重疊選項僅限于 2.4 GHz,但在更高的頻率上會顯著增加(圖 2)。

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圖 2非重疊信道封裝在 Wi-Fi 6 頻譜中至關重要。來源:共振

Wi-Fi 的干擾挑戰有兩個不同的因素——來自未授權頻段內現有運營商的干擾信號和未授權頻段外的干擾信號——這會導致頻段內出現諧波。動態頻率選擇 (DFS)、發射功率控制 (TPC)、低功率室內 (LPI) 和自動頻率協調 (AFC) 定義了如何在 Wi-Fi 中管理帶內干擾。

然而,這些技術都沒有解決未經許可的頻帶之外的潛在干擾信號,這些信號可能會產生帶內諧波“噪聲”,更糟糕的是,會導致低噪聲放大器 (LNA) 飽和和所需信號的“阻塞” 。 這是過濾的功能——將潛在的干擾衰減到不產生帶內噪聲的程度。

濾波器在 Wi-Fi 6E 中的作用

4G LTE 網絡的普及、新 5G 網絡的部署以及 Wi-Fi 的普遍性正在推動無線設備必須支持的射頻RF) 頻段數量急劇增加。每個頻段都需要使用濾波器進行隔離,以將信號保持在正確的“通道”中。隨著交通量的增加,允許重要信號有效通過的要求將會增加,從而防止電池耗盡并提高數據速度。

濾波器對于寬帶寬和高頻功能至關重要,最具挑戰性的是新的 Wi-Fi 6E,其帶寬為 1,200 MHz,最大頻率為 7.125 GHz。隨著更多流量在 3 GHz 至 7 GHz 頻率范圍內利用 5G 和 Wi-Fi,頻段之間的干擾將危及這些先進無線技術的共存并限制其性能。因此,需要更高性能的濾波器來保持每個頻段的完整性。此外,移動設備和 AP 中可用的天線數量有限,這將使架構轉變為更多地使用天線共享,這將進一步提高對濾波器性能的要求。

過濾器必須不斷發展以滿足新的 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 以及 5G 操作的要求。以前的無線應用中的濾波器技術——例如表面聲波 (SAW)、溫度補償表面聲波 (TC-SAW)、固體安裝諧振器——體聲波 (SMR-BAW) 和薄膜體聲波諧振器 (FBAR)擴展帶寬和更高的頻率。但這是以犧牲其他關鍵參數為代價的,例如損耗和功率耐久性。或者,多個濾波器可以覆蓋較寬的帶寬,或者作為與非聲學濾波器的混合體,或者在多個部分中。

使用更新的高性能過濾,結果將是更高的數據速度、更低的延遲和更強大的覆蓋范圍。在大流行的遠程工作環境中,每個人都遇到過 Zoom 通話視頻卡頓、視頻游戲滯后以及房屋周邊連接中斷的經歷。新的 Wi-Fi 技術與新的寬帶寬頻率相結合,并受到高級過濾的保護,將提供向前發展的解決方案。

這些濾波器有助于實現所需的寬帶寬、高頻操作、低損耗和高功率能力。例如,XBAR基于體聲波 (BAW) 諧振器技術。這些諧振器包括單晶、壓電層和頂部表面的金屬叉指換能器 (IDT)。

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圖 3比較顯示了基于 XBAR 的濾波器和混合 Wi-Fi 6E 濾波器的測量性能。來源:共振

在圖 3比較中,混合集成無源器件 (IPD)/FBAR Wi-Fi 6E 濾波器僅針對 5 GHz 未授權頻段中的信號提供干擾保護,而不針對 5G sub-6 GHz 或 UWB 通道提供干擾保護,而 XBAR Wi -Fi 6E 濾波器可保護 Wi-Fi 6E 頻段免受所有潛在干擾問題的影響。

適用于 Wi-Fi 7 的射頻濾波器

Wi-Fi 在滿足容量和數據速度的需求方面補充了蜂窩網絡。Wi-Fi 6 和頻譜的大量增加使 Wi-Fi 更具吸引力。然而,Wi-Fi 和 5G 的共存將需要過濾器來解決潛在的干擾問題。這些濾波器需要提供寬帶寬、高頻操作、低損耗和大功率能力。

隨著 Wi-Fi 7 設備預計在 2024 年初獲得認證,對針對更苛刻要求的過濾器的需求只會加劇。此外,大流行之后生活方式和工作空間的轉變意味著只會有更多的新設備類型和數據密集型應用程序。

Mike Eddy 是 Resonant Inc. 的產品營銷副總裁。

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