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RF干扰以及滤波器在Wi-Fi 6E设计中的作用

2021-09-30 Mike Eddy 阅读:
滤波器对于宽带宽和高频功能至关重要,最具挑战性的是最新的Wi-Fi 6E,它具有1,200MHz带宽和7.125GHz最大频率。随着越来越多的流量利用3GHz-7GHz频率范围内的5G和Wi-Fi,频段之间的干扰将危及这些先进无线技术的共存,并限制其性能。

Wi-Fi功能由于在智能设备上被广泛采用、能够整体改进服务质量 (QoS),以及能够在密集环境中将视频流式传输到智能手机,因此推动了客户保留。vrLednc

Wi-Fi是一个品牌名称,而不是首字母缩写词;IEEE 802.11标准为当前包括无线路由器和无线接入点(AP)在内的Wi-Fi无线设备定义了通信协议。这些标准在不同的频率上运行,提供不同的带宽,并支持不同数量的信道。而且,Wi-Fi的命名约定中包含了一个数字来增加特殊性,例如Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E。vrLednc

对于Wi-Fi 5的情况,多个设备请求高速无线连接,会对网络产生直接影响,从而导致出现延迟时间和数据速度下降,进而对用户体验产生负面影响。另一方面,Wi-Fi 6在使用多个设备时则会保持相同的数据速率。这种处理更多设备的性能增强,源于Wi-Fi 6中所包含的两种技术:多用户多输入多输出(MU-MIMO)和正交频分多址(OFDMA)。Wi-Fi 6的其他优势还包括更低的延迟(因为它可以更好地“打包”信号中的数据)、延长的电池寿命以及WPA3中的重大安全协议升级,这是近十年来的第一次。vrLednc

Wi-Fi 6E使用了与Wi-Fi 6相同的编码和信道宽度,但它是指支持新的未授权6GHz频段的Wi-Fi。“E”代表“扩展”,指的是FCC在Wi-Fi 6首次公布后,在2020年4月开放的6GHz范围内的1,200MHz未授权频谱。由于有如此大的带宽并且是Wi-Fi 6的升级技术,Wi-Fi 6E有望实现显著增长。vrLednc

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图1:此单位出货量突显了Wi-Fi 6E的预期增长。(图片来源:IDC)vrLednc

Wi-Fi和干扰

Wi-Fi可使用的未授权频谱的增长,是Wi-Fi全球扩散的一个极其重要的发展。为了保持积极的消费者体验,美国所分配的未授权频谱对蜂窝卸载来说至关重要,因此许多其他国家和地区都在寻求效仿。在分配给未授权使用的一组特定频率中,有一组特定带宽的“信道”:20MHz、40MHz、80MHz或160MHz。信道带宽越大,数据速率越高。考虑到2.4GHz、5GHz和6GHz的总可用频率,2.4GHz的非重叠方案有限,但在更高频率时会显著增加(图2)。vrLednc

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图2:非重叠信道打包在Wi-Fi 6频谱中至关重要。(图片来源:Resonant)vrLednc

Wi-Fi的干扰挑战有两个不同因素——来自非授权频段内现有设备的干扰信号,以及非授权频段外的干扰信号——它们会导致频段内出现谐波。动态频率选择(DFS)、发射功率控制(TPC)、室内低功率(LPI)和自动频率协调(AFC)定义了如何在Wi-Fi中管理带内干扰。vrLednc

然而,这些技术都没有解决未授权频段之外的潜在干扰信号——这些信号可能会产生带内谐波“噪声”,更糟糕的情况是,会导致低噪声放大器(LNA)饱和并“阻塞”所需信号。这就需要使用滤波功能将潜在干扰衰减到不会产生带内噪声的程度。vrLednc

滤波器在Wi-Fi 6E中的作用

4G LTE网络的激增、新5G网络的部署以及Wi-Fi的普遍性,正在推动无线设备所必须支持的射频(RF)频段数量急剧增加。每个频段都需要使用滤波器进行隔离,从而将信号保持在正确的“信道”中。随着数据流量的增加,允许重要信号高效通过的要求将会增加,从而防止电池耗尽并提高数据速率。vrLednc

滤波器对于宽带宽和高频功能至关重要,最具挑战性的是最新的Wi-Fi 6E,它具有1,200MHz带宽和7.125GHz最大频率。随着越来越多的流量利用3GHz-7GHz频率范围内的5G和Wi-Fi,频段之间的干扰将危及这些先进无线技术的共存,并限制其性能。因此,就需要更高性能的滤波器来保持每个频段的完整性。此外,移动设备和AP中可用的天线数量有限,这就会使架构转变为更多地使用天线共享,因此就会进一步提高滤波器性能要求。vrLednc

滤波器必须不断发展,才能满足新的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E以及5G工作的要求。以前的无线应用中的滤波器技术,例如声表面波(SAW)、温度补偿声表面波(TC-SAW)、固体安装谐振器-体声波(SMR-BAW)和薄膜体声波谐振器(FBAR),可以将其带宽扩展并扩展到更高的频率。但这是以牺牲其他关键参数为代价的,例如损耗和功率持久性。或者,可以使用多个滤波器覆盖宽带宽,不管是与非声学滤波器混合还是在多个部分。vrLednc

使用更新的高性能滤波,可以得到更高的数据速率、更低的延迟和更鲁棒的覆盖范围。在新冠疫情的远程工作环境中,每个人都遇到过使用Zoom通话出现视频卡顿、视频游戏延迟以及房屋周边失去连接的经历。在高级滤波的保护下,新的Wi-Fi技术与新的宽带宽频率相结合,将提供向前发展的解决方案。vrLednc

这些滤波器有助于实现所需的宽带宽、高频工作、低损耗和高功率性能。例如,XBAR基于体声波(BAW)谐振器技术。这种谐振器包括一个单晶压电层,并在顶面上有一个金属叉指式换能器(IDT)。vrLednc

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图3:基于XBAR的滤波器和Wi-Fi 6E混合滤波器的测量性能比较。(图片来源:Resonant)vrLednc

3的比较中,混合集成无源器件(IPD)/FBAR Wi-Fi 6E滤波器仅针对5GHz未授权频段中的信号而不针对5G sub-6GHz或UWB信道提供干扰保护,而XBAR Wi-Fi 6E滤波器可保护Wi-Fi 6E频段免受所有潜在干扰问题的影响。vrLednc

面向Wi-Fi 7的射频滤波器

Wi-Fi对蜂窝网络提供了补充,以满足对容量和数据速率的需求。Wi-Fi 6和频谱的大量增加,使Wi-Fi更具吸引力。然而,Wi-Fi和5G的共存,将需要用滤波器来解决潜在的干扰问题。这些滤波器需要提供宽带宽、高频工作、低损耗和高功率性能。vrLednc

预计,随着在2024年年初对Wi-Fi 7设备进行认证,针对更苛刻要求的滤波器的需求只会加剧。此外,新冠疫情之后生活方式和工作空间的转变,意味着只会有更多的新设备类型和数据饥渴的应用。vrLednc

Mike Eddy是Resonant公司的产品营销副总裁。vrLednc

(本文授权编译自EDN电子技术设计姐妹网站Planet Analog,原文参考链接:RF interference and the role of filters in Wi-Fi 6E designs。由赵明灿编译。)vrLednc

本文为《电子技术设计》2021年10月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里vrLednc

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