安森美半导体Quantenna的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E技术与方案使联接更快、更广、更高效

安森美半导体Quantenna的Wi-Fi6和Wi-Fi6E技术与方案使联接更快、更广、更高效如今，Wi-Fi已成为人们生活中不可或缺的一部分，联接着人们的工作、学习和娱乐。随着Wi-Fi标准演变到Wi-Fi6甚至未来的Wi-Fi6E，联接速度在不断地提升，Wi-Fi方案的全球领袖之一安森美半导体旗下的Quantenna也与时俱进，不断推出更先进的Wi-Fi方案和技术如波束成形、8x8多用户多入多出（MU-MIMO）等，使宽带网关、Wi-Fi信号增强器、Mesh节点、视频客户端机顶盒、零售路由器、视频桥等应用联接更快，吞吐量更大，覆盖范围更广，先进的Spartan参考设计还帮助设计人员缩短开发时间，最优化开发成本。Wi-Fi对比其它无线技术市场上的无线技术主要有蓝牙、Zigbee、WiGig、LTE/4G、Wi-Fi、5G。其中，蓝牙、Zigbee主要用于10m以内的短距传输，速度达10Mbps，WiGig专为短距、达6Gbps的超高速无线网络而设计，LTE适用于达100km的长距传输，Wi-Fi能提供在100m范围左右、达9.6Gbps的高速传输，5G在某些频段可达到与Wi-Fi差不多的距离和速度。从应用来看，4G和5G都适用于移动设备，但由于距离的因素，5G需部署较多的基站。各种无线技术所用的频率都不同，如LTE使用2.5GHz频段，而5G工作在28GHz频段，假设在相同的发射频率下，频率越高，所发送信号的距离越短，所以5G需要部署较多的基站才能实现距离更远的覆盖，会增加费用。对于LTE和5G所用频段，运营商需要支付几十亿美元以获得授权，而Wi-Fi的频段是免授权的，因而Wi-Fi更具成本优势。Wi-Fi6和5G的对比如图1所示。图1、Wi-Fi6对比5GWi-Fi标准的演进Wi-Fi标准从1999年制定实施以来，最快速度由最初的11Mbps演变到54Mbps、600Mbps、6.8Gbps，到现在Wi-Fi6的9.6Gbps，吞吐量不断提高，在Wi-Fi的天线方面，从最初的1x1到4x4乃至现在普遍使用的8x8。从Wi-Fi1到Wi-Fi6，20年内提速约1000倍（3个数量级），这意味着若您想发送或接收一部3.8GB的电影，用Wi-Fi1约耗时3850秒（64分钟），而用802.11axWi-Fi6仅需约4.5秒。无线技术频率和带宽越大越好从调幅（AM）无线电到调频（FM）无线电再到5G，使用的频率越来越高，Wi-Fi使用2.4GHz、5GHz的频段，未来的Wi-Fi6E还会扩展到6GHz。带宽越大，就能传输更多数据。2.4GHz的带宽约83.5MHz，5GHz的带宽约500MHz，6GHz的带宽约1200MHz，是2.4GHz和5GHz合并值的两倍多。什么是波束成形、MIMO和MU-MIMO波束成形是将能量聚焦于特定方向的传输，是使用数字信号处理让能量聚焦在所需要的客户端，在相控阵中组合元素以使特定角度的信号经历建设性干扰，而其他信号则经历破坏性干扰，以达成能量聚焦的目的，获得最佳的Wi-Fi信号增益。安森美半导体的Quantenna是首创将波束成形用于4x4Wi-Fi4产品的半导体供应商。多入多出（MIMO）指在发射端和接收端都有多个天线的通信系统，从而提升收发数据的速度和信号强固性。MU-MIMO基于MIMO和波束成形，支持多用户跨不同空间流，让Wi-Fi覆盖范围内的多个客户端都能获得最好的信号强度并提升速度。安森美半导体的Quantenna是首个支持4x4、8x8MIMO和MU-MIMO的半导体供应商。解决Wi-Fi痛点的关键技术在实际使用中，有很多因素可能降低Wi-Fi性能，Quantenna的Wi-Fi增强功能可改善这许多影响。如针对随着距离拉远，Wi-Fi速度下降，Quantenna采用8x8、5x5MIMO和波束成形扩大覆盖范围。为降低来自邻居Wi-Fi、其它免授权网络的干扰，采用智能信道选择（SCS）、智能型自优化网络（SONiQ）、智能接入点（AP）切换技术，择最佳的信道。安森美半导体也提供特有的iQStream安排各设备不同的优先级，以解决家庭中许多Wi-Fi设备同时使用所造成的竞争问题。Quantenna的Wi-Fi方案用于接入点/网关、路由器、Mesh节点和机顶盒，符合的Wi-Fi标准从Wi-Fi5、Wi-Fi6到Wi-Fi6E，提供最高达8x8MIMO、双频段和三频段技术，且提供几近交钥匙（Turnkey）方案，简化和加快设计。基于8x8MIMO的Wi-Fi6方案Quantenna的Wi-Fi6（802.11ax）8x8MIMO的关键差异化特性在于：双频段8x8+4x4的12条空间流，可达到最高性能的5GHz加上2.4GHz的吞吐量。自适应8x8MIMO在单个8x8或两个4x4网络之间进行动态切换，以根据可用客户端最大化频段利用率。8空间流反馈使客户端在处理MIMO信号时能达到最佳覆盖范围和速度。ESP对于少于8空间流反馈的客户端，重建完整的信道信息，以提升速度和覆盖范围。智能动态频率选择（DFS）雷达信道侦测，支持在DFS环境中启用天气雷达信道和160MHz带宽运行，以快速清除DFS雷达信道，从而使DFS雷达信道利用率更高，实现最大带宽和性能。以产品举例说明，如双频8x8+4x4的QSR10GU-AX，这是个高度集成的三芯片组方案，集成双频并行基带、CPU、5GHzRFIC8x8和2.4GHzRFIC4x4，最高速度达8.6Gbps（5GHz）+1.15Gbps（2.4GHz），比4x4增益更好，背景DFS雷达信道扫描使4条链在接收期间扫描干扰/DFS，并保留4x4的传输数据。图2、QSR10GU-AX：固定的（8x8+4x4）802.11ax三频4x4+4x4+4x4的QSR10R-AX，高度集成基带、CPU、5GHzRFIC（采用软件配置和外置滤波器将频段区分为5GHz高频和5GHz低频）、2.4GHzRFIC4x4，可实现完全自托管的中继器方案。图3、QSR10R-AX：三频（4x4+4x4+4x4）此外，Quantenna在MU-MIMO技术领域处于领先地位，在Wi-Fi4的时代就已导入MU-MIMO。在真实世界，客户端是会移动的，Quantenna演示并展示了即使有人在移动时MU-MIMO的优势，并且通过演算法的优化，也支持3个以上的客户端在MU-MIMO下获得速度增益，还支持160MHz信道带宽的MU-MIMO以最大化无线电性能。基于5x5MIMO的Wi-Fi6方案当前主流的产品是4x4Wi-Fi5，而Wi-Fi6增加了正交频分多址（OFDMA）功能，且在2.4GHz频段上速度提高90％，以及TWT使客户端更省电。基于Wi-Fi6标准的功能，Quantenna的5x5MIMOWi-Fi6更进一步扩大覆盖范围，真正的MU-MIMO，具备独特的智能雷达信道扫描，及领先业界的QoS，比4x4MIMO快50%的速度，提供更佳的Wi-Fi体验。以QSR5G-AXPlus为例，全分流（FullOffload）让客户在选择主CPU时有更多的灵活性，简化软件集成，加快上市时间，第5条天线提供更好的家庭覆盖范围、更好的MU-MIMO增益，雷达扫描信道更精准，非常适用于中继器设计，无需外部CPU，具成本优势，Quantenna也提供完整的中继器交钥匙方案。图4、QSR5G-AXPlus优于4x4方案Wi-Fi6E产品预计世界各国即将获监管批准使用6GHz。Wi-Fi频段延伸到6GHz，可提供更大容量，其带宽是2.4GHz+5GHz的两倍多，多达7个160MHz信道，而5GHz中只有2个，系统总容量也从19.2Gbps增加到67.2Gbps。Wi-Fi频段延伸到6GHz还提升客户端性能。5GHz11ax必须与11a/11n/11ac共享，而6GHz频段只有11ax协议客户端能连上，因而不受传统客户端的干扰。安森美半导体Quantenna针对这一趋势，也做出了相应的6GHzWi-Fi产品规划，如单基带固定4x4三频（4x4:6GHz,4x4:5GHz,4x4:2.4GHz）方案，以及针对Mesh节点的2x2+4x4+2x2方案（2x2:6GHz,4x4:5GHz,2x2:2.4GHz）。先进的Spartan参考设计Spartan是先进的参考设计，含全功能硬件和软件设计包，为经授权的原始设备制造商（OEM）和原始设计制造商（ODM）提供产品设计文档、板制造文档、产品外壳文档，为便于OEM和ODM定制，还提供通用预测试固件和软件开发套件（SDK），帮助OEM和ODM降低成本，加快产品上市。安森美半导体Quantenna的Spartan产品线有几种不同的组合，有符合Wi-Fi5的SpartanEssential，用于桥接入点、网格、中继器等，采用5GHz4x4MIMO和2.4GHz2x2MIMO；有符合Wi-Fi6的Spartan5XL，用于Wi-Fi路由器和通用Mesh等，采用5GHz5x5MIMO和2.4GHz2x2MIMO；有符合Wi-Fi6的Spartan路由器，用于高性能12流Wi-Fi路由器等，采用5GHz8x8MIMO和2.4GHz4x4MIMO；有符合未来Wi-Fi6E的Spartan6XL，用于点对点链路和6GHz接入点等，采用6GHz5x5MIMO和2.4GHz2x2MIMO。这些产品都基于市场最通用的配置，以助设计人员缩短开发时间和上市时间。用例如图所示。图5、Spartan用例总结安森美半导体Quantenna提供差异化的Wi-Fi6方案满足新兴、主流、高端市场的不同应用需求，使宽带网关、Wi-Fi信号增强器、Mesh节点、视频客户端机顶盒、零售路由器、视频桥、企业/户外接入点等应用联接更快更广，