安森美半導體Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E 技術與方案使聯接更快、更廣、更高效

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如今,Wi-Fi已成為人們生活中不可或缺的一部分,聯接著人們的工作、學習和娛樂。隨著Wi-Fi標準演變到Wi-Fi 6甚至未來的Wi-Fi 6E,聯接速度在不斷地提升,Wi-Fi方案的全球領袖之一安森美半導體旗下的Quantenna也與時俱進,不斷推出更先進的Wi-Fi方案和技術如波束成形、8×8多用戶多入多出(MU-MIMO)等,使寬頻網關、Wi-Fi訊號增強器、Mesh節點、影像客戶端機上盒、零售路由器、影像橋等應用聯接更快,吞吐量更大,覆蓋範圍更廣,先進的Spartan參考設計還幫助設計人員縮短開發時間,最優化開發成本。

Wi-Fi對比其他無線技術

市場上的無線技術主要有藍牙、Zigbee、WiGig、LTE/4G、Wi-Fi、5G。其中,藍牙、Zigbee主要用於10m以內的短距傳輸,速度達10Mbps,WiGig專為短距、達6Gbps的超高速無線網路而設計,LTE適用於達100 km的長距傳輸,Wi-Fi能提供在100m範圍左右、達9.6Gbps的高速傳輸,5G在某些頻段可達到與Wi-Fi差不多的距離和速度。從應用來看,4G和5G都適用於行動裝置,但由於距離的因素,5G需部署較多的基地台。

各種無線技術所用的頻率都不同,如LTE使用2.5GHz頻段,而5G工作在28GHz頻段,假設在相同的發射頻率下,頻率越高,所發送訊號的距離越短,所以5G需要部署較多的基地台才能實現距離更遠的覆蓋,會增加費用。對於LTE和5G所用頻段,運營商需要支付幾十億美元以獲得授權,而Wi-Fi的頻段是免授權的,因而Wi-Fi更具成本優勢。

Wi-Fi標準的演進

Wi-Fi標準從1999年制定實施以來,最快速度由最初的11Mbps演變到54Mbps、600Mbps、6.8Gbps,到現在Wi-Fi 6的9.6Gbps,流通量不斷提高,在Wi-Fi的天線方面,從最初的1×1到4×4乃至現在普遍使用的8×8。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6,20年內提速約 1000倍 (3 個數量級),這意味著若您想發送或接收一部3.8GB的電影,用Wi-Fi 1約耗時3850 秒 (64 分鐘),而用802.11ax Wi-Fi 6僅需約4.5 秒。

無線技術頻率和頻寬越大越好

從調幅(AM)無線電到調頻(FM)無線電再到5G,使用的頻率越來越高,Wi-Fi使用2.4GHz、5GHz的頻段,未來的Wi-Fi 6E還會擴展到6GHz。頻寬越大,就能傳輸更多數據。2.4GHz的頻寬約83.5MHz, 5GHz的頻寬約500MHz,6GHz的頻寬約1200MHz,是2.4GHz和5GHz合併值的兩倍多。

什麼是波束成形、MIMOMU-MIMO

波束成形是將能量聚焦於特定方向的傳輸,是使用數字訊號處理讓能量聚焦在所需要的客戶端,在相控陣中組合元素以使特定角度的訊號經歷建設性干擾,而其他訊號則經歷破壞性干擾,以達成能量聚焦的目的,獲得最佳的Wi-Fi訊號增益。安森美半導體的Quantenna是首創將波束成形用於4×4 Wi-Fi 4 產品的半導體供應商。

多入多出(MIMO) 指在發射端和接收端都有多個天線的通訊系統,從而提升收發數據的速度和訊號強固性。MU-MIMO基於MIMO和波束成形,支持多用戶跨不同空間串流,讓Wi-Fi覆蓋範圍內的多個客戶端都能獲得最好的訊號強度並提升速度。安森美半導體的Quantenna是首個支持4×4、8×8 MIMO和MU-MIMO的半導體供應商。

解決Wi-Fi痛點的關鍵技術

在實際使用中,有很多因素可能降低Wi-Fi性能,Quantenna的Wi-Fi增強功能可改善這許多影響。如針對隨著距離拉遠,Wi-Fi速度下降,Quantenna採用8×8、5×5 MIMO和波束成形擴大覆蓋範圍。為降低來自鄰居Wi-Fi、其他免授權網路的干擾,採用智能通道選擇(SCS)、智慧型自優化網路(SONiQ)、智能存取點(AP)切換技術,擇最佳的通道。安森美半導體也提供特有的iQStream安排各設備不同的優先順序,以解決家庭中許多Wi-Fi設備同時使用所造成的競爭問題。

Quantenna的Wi-Fi方案用於存取點/閘道器、路由器、Mesh節點和機上盒,符合的Wi-Fi標準從Wi-Fi 5、Wi-Fi 6到Wi-Fi 6E,提供最高達8×8 MIMO、雙頻段和三頻段技術,且提供啟鑰式(Turnkey)方案,簡化和加快設計。

基於8×8 MIMOWi-Fi 6方案

Quantenna的Wi-Fi 6 (802.11ax) 8×8 MIMO的關鍵差異化特性在於:雙頻段8×8+4×4的12條空間串流,可達到最高性能的5GHz加上2.4GHz的流通量。自適應8×8 MIMO在單個8×8或兩個4×4網路之間進行動態切換,以根據可用客戶端最大化頻段利用率。8空間流回饋使客戶端在處理MIMO訊號時能達到最佳覆蓋範圍和速度。ESP對於少於8空間串流回饋的客戶端,重建完整的通道資訊,以提升速度和覆蓋範圍。智能動態頻率選擇(DFS)雷達通道偵測,支持在DFS環境中啟用天氣雷達通道和160MHz 頻寬運行,以快速清除DFS雷達通道,從而使DFS雷達通道利用率更高,實現最大頻寬和性能。

以產品舉例說明,如雙頻8×8+4×4的QSR10GU-AX,這是個高度整合的三晶片組方案,整合雙頻並行基帶、CPU、5GHz RFIC 8×8 和2.4GHz RFIC 4×4,最高速度達8.6Gbps (5GHz) + 1.15Gbps (2.4GHz),比4×4增益更好,背景DFS雷達通道掃描使4條鏈在接收期間掃描干擾/ DFS,並保留4×4的傳輸數據。

三頻4×4+4×4+4×4的QSR10R-AX,高度整合基帶、CPU、5GHz RFIC (採用軟體配置和外置濾波器將頻段區分為5GHz高頻和5GHz低頻)、2.4GHz RFIC 4×4,可實現完全自託管的中繼器方案。

此外,Quantenna在MU-MIMO技術領域處於領先地位,在Wi-Fi 4的時代就已導入MU-MIMO。在真實世界,客戶端是會移動的,Quantenna演示並展示了即使有人在移動時MU-MIMO的優勢,並且通過演算法的優化,也支持3個以上的客戶端在MU-MIMO下獲得速度增益,還支持160MHz通道頻寬的MU-MIMO以最大化無線電性能。

基於5×5 MIMO Wi-Fi 6方案

當前主流的產品是4×4 Wi-Fi 5,而Wi-Fi 6增加了正交分頻多重接取(OFDMA)功能,且在2.4GHz頻段上速度提高90%,以及TWT使客戶端更省電。基於Wi-Fi 6標準的功能,Quantenna的5×5 MIMO Wi-Fi 6更進一步擴大覆蓋範圍,真正的MU-MIMO,具備獨特的智能雷達通道掃描,及領先業界的QoS,比4×4 MIMO快50%的速度,提供更佳的Wi-Fi體驗。

以QSR5G-AX Plus為例,全分流(Full Offload)讓客戶在選擇主CPU時有更多的靈活性,簡化軟體整合,加快上市時間,第5條天線提供更好的家庭覆蓋範圍、更好的MU-MIMO增益,雷達掃描通道更精準,非常適用於中繼器設計,無需外部CPU,具成本優勢,Quantenna也提供完整的中繼器啟鑰式方案。

Wi-Fi 6E產品

預計世界各國即將獲監管批准使用6GHz。Wi-Fi頻段延伸到6GHz,可提供更大容量,其頻寬是2.4GHz + 5GHz的兩倍多,多達7個160MHz通道,而5GHz中只有2個,系統總容量也從19.2Gbps增加到67.2Gbps。Wi-Fi頻段延伸到6GHz還提升客戶端性能。5GHz 11ax必須與11a / 11n / 11ac共用,而6GHz頻段只有11ax協議客戶端能連上,因而不受傳統客戶端的干擾。

安森美半導體Quantenna針對這一趨勢,也做出了相應的6GHz Wi-Fi產品規劃,如單基帶固定4×4三頻(4×4: 6GHz, 4×4: 5GHz, 4×4: 2.4GHz)方案,以及針對Mesh節點的2×2 + 4×4 +2×2方案 (2×2: 6GHz, 4×4: 5GHz, 2×2: 2.4GHz)。

先進的Spartan參考設計

Spartan是先進的參考設計,含全功能硬體和軟體設計包,為經授權的原始設備製造商(OEM)和原始設計製造商(ODM)提供產品設計文檔、板製造文檔、產品外殼文檔,為便於OEM和ODM定制,還提供通用預測試韌體和軟體開發套件(SDK),幫助OEM和ODM降低成本,加快產品 上市。

安森美半導體Quantenna的Spartan產品線有幾種不同的組合,有符合Wi-Fi 5的Spartan Essential,用於存取橋接點、網格、中繼器等,採用5GHz 4×4 MIMO和2.4GHz 2×2 MIMO;有符合Wi-Fi 6的Spartan 5XL,用於Wi-Fi路由器和通用Mesh等,採用5GHz 5×5 MIMO和2.4GHz 2×2 MIMO;有符合Wi-Fi 6的Spartan路由器,用於高性能12流Wi-Fi路由器等,採用5GHz 8×8 MIMO和2.4GHz 4×4 MIMO;有符合未來Wi-Fi 6E的Spartan 6XL,用於點對點鏈路和6GHz接入點等,採用6GHz 5×5 MIMO和2.4GHz 2×2 MIMO。這些產品都基於市場最通用的配置,以助設計人員縮短開發時間和上市時間。

總結

安森美半導體Quantenna提供差異化的Wi-Fi 6方案滿足新興、主流、高端市場的不同應用需求,使寬頻閘道器、Wi-Fi訊號增強器、Mesh節點、影像客戶端機上盒、零售路由器、影像橋、企業/戶外存取點等應用聯接更快更廣,關鍵技術如Zero PER能改善影像的傳輸,QoS的升級版iQStream使不同的應用得到相對應的優先順序,8×8 MIMO最大化覆蓋範圍,MU-MIMO在多個客戶端同時使用網路時能提供最大的流通量,SmartScan能提供快精準的雷達通道偵測,開箱即用的Spartan參考設計支持設計人員投入最少的資源快速開發出最具競爭優勢的產品。安森美半導體Quantenna也針對未來的6GHz趨勢提供Wi-Fi 6E方案如三頻方案,滿足行業過渡到6GHz所需。

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