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2019年的9月，Wi-Fi聯(lián)盟宣布正式啟動Wi-Fi 6認證計劃授權，此舉意味著我們正式步入了Wi-Fi 6時代。根據(jù)ABI Research的預測，全球Wi-Fi 6芯片組的出貨量將從2020年的約4億增長到2025年的約33億?？梢姡诮酉聛淼膸啄曛?，Wi-Fi 6技術將處于快速市場上升期，并將加速滲透到我們的生活中。
Wi-Fi作為最成功的無線標準之一，經(jīng)過20余年的發(fā)展，已經(jīng)打下了自己的一片“江山”。一路走來，不斷提速無疑是Wi-Fi標準開疆擴土的一大法寶。
數(shù)據(jù)顯示，Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax標準）在160MHz信道寬度下，單流最高速率為1,201Mbps，理論上最大數(shù)據(jù)吞吐量可達9.6Gbps。這一數(shù)值是上一代Wi-Fi 5標準的1.4倍，與初代Wi-Fi標準2Mbps的傳輸速率相比更是提升了數(shù)千倍！正是由于在數(shù)據(jù)傳輸速率上的優(yōu)勢，Wi-Fi已經(jīng)成為無線局域網(wǎng)高速互連的不二之選。
預計到2025年，全球Wi-Fi設備的年出貨量將增長到45億臺，全球Wi-Fi裝機總量也將達到155億臺以上。屆時，Wi-Fi 6將是市場中絕對的主角。
圖1：Wi-Fi標準演進（圖源：Qorvo）
采用前沿技術，全面提升性能
支持上行MIMO：盡管Wi-Fi 5就已經(jīng)采用了MU-MIMO（多用戶MIMO）技術，但是僅在下行模式中才支持，而Wi-Fi 6則實現(xiàn)了對上行MU-MIMO的支持，能夠處理上下行的8個數(shù)據(jù)流，使得多個用戶可同時上傳和下載數(shù)據(jù)，用戶體驗大為提升。
更寬的調(diào)制：在調(diào)制技術上，Wi-Fi 6采用了1024 QAM編碼10-bit調(diào)制方案，與Wi-Fi 5中的8-bit 256 QAM調(diào)制相比，將每個符號的傳輸容量提高了25%，顯著提升了每個有效負載中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，可實現(xiàn)更高的吞吐量。
更高容量和效率：Wi-Fi 6上行和下行鏈路中采用了正交頻分多址（OFDMA）技術，而不是Wi-Fi 5中的正交頻分復用（OFDM），這樣就能夠用FDD取代TDD，還能實現(xiàn)特定信道內(nèi)的資源單元分配，允許多達30個用戶同時共享一個信道來減少延遲、提高容量和效率。同時，Wi-Fi 6子載波間隔減小至78.125kHz，僅為Wi-Fi 5間隔的25%，且符號比Wi-Fi 5長4倍，這些特性綜合在一起使得Wi-Fi 6能夠同時上傳或下載多個數(shù)據(jù)包，工作更加高效。
更低的功耗：由于具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，Wi-Fi與其他無線技術相比功耗也較高，這也限制了Wi-Fi的應用范圍。為了解決這個問題，Wi-Fi 6新增了目標喚醒時間（Target Wake Time，TWT）功能，可根據(jù)實際需要決定喚醒時間，通過更靈活的電源管理調(diào)度令功耗最小化。
更大的覆蓋范圍：利用波束成形技術，Wi-Fi 6還可使接入點（AP）將信號定向傳輸?shù)娇蛻舳耍皇窍蛩蟹较蚵?。此舉有利于擴大通信覆蓋范圍和提高吞吐量，與MU-MIMO配合后還可以對網(wǎng)絡上多樣化的設備連接進行優(yōu)化。
擴展的頻譜，擴展的應用空間
有了上面這些優(yōu)勢特性的加持，可以預見，Wi-Fi 6的應用空間也會大為擴展，催生出更多的新應用場景。不過，Wi-Fi 6的商用之旅想要一路暢通，還有一個很關鍵的“坎兒”需要邁過去。
隨著人們對Wi-Fi無線互連需求的不斷增長，網(wǎng)絡擁塞似乎不可避免，這也會導致Wi-Fi通信的性能受限和QoS的降低。隨著Wi-Fi應用版圖的擴張、用戶數(shù)據(jù)量的增加，這一挑戰(zhàn)將日益嚴峻。
有效應對這一挑戰(zhàn)，擴大頻譜是根本性的解決方案。根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟的報告，到2025年，想要滿足峰值Wi-Fi使用需求，至少需要500MHz至1GHz的額外頻譜，而這個數(shù)據(jù)的上限值可能高達1.3GHz到1.8GHz。
2020年4月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準將6GHz頻段中的1.2GHz非授權頻譜用于Wi-Fi，這在Wi-Fi標準發(fā)展史上可以說是一個里程碑，從此Wi-Fi終于可以跳出2.4GHz和5GHz頻譜范圍的限制，擁有一片“新天地”。
6GHz頻段的Wi-Fi 6被稱為Wi-Fi 6E，這意味著人們可以將那些更高速、高性能的任務遷移到這一擴展頻譜中，不因其他“較慢”設備的影響而阻塞網(wǎng)絡。這就讓這一頻段更為“干凈”，也更適合那些大容量應用的密集部署。
同時，Wi-Fi 6E還可以將延遲拉低到2ms，這樣就可以更好地支持VR/AR耳機、4K/8K流媒體、低延遲游戲、高速無線NAS等應用，甚至有望向工業(yè)等時間敏感型應用滲透，以取代成本更高且靈活性差的有線以太網(wǎng)解決方案。
圖2：Wi-Fi 6/6E和Wi-Fi 7的頻段（圖源：Qorvo）
可以說，采用新技術帶來的全面性能提升，以及頻譜擴展帶來的應用空間的擴展，使得Wi-Fi這個“老標準”煥然一新，充滿了活力，這給人一種感覺——你想象力所及之處，Wi-Fi 6的觸角似乎都可以觸達。
創(chuàng)新FEM解決方案助力Wi-Fi落地
當然，想讓Wi-Fi 6/6E這一新標準順利落地，想讓現(xiàn)實與理想同樣“豐滿”，還需要大量的鋪墊工作，特別是在技術上，與原先Wi-Fi配套的各類解決方案，都需要同步來一次升級。
比如說在Wi-Fi RF系統(tǒng)設計中很關鍵的前端模塊（FEM），要想跟上Wi-Fi 6快速商用的步伐，就需要在以下方面進行優(yōu)化：
小型化：FEM需要通過提高自身集成度，在緊湊的單一封裝內(nèi)實現(xiàn)更多功能，進而簡化系統(tǒng)架構(gòu)。
低成本：由于Wi-Fi 6/6E支持更多的頻段，傳統(tǒng)的窄帶方案需要采用多個FEM，并通過開關元件進行切換，這勢必會增加成本。因此找到一種能夠簡化設計、降低成本的解決方案，便成為剛需。
低功耗：在確保吞吐量和性能的同時，要降低系統(tǒng)整體的能耗，也要求進一步從FEM身上挖潛。
Qorvo推出的寬帶低功耗QPF4730 Wi-Fi®6E低功耗前端模塊，就是按照這樣的標準打造的全新解決方案。
圖3：QPF4730 Wi-Fi®6E低功耗前端模塊（圖源：Qorvo）
QPF4730在單一封裝（3.0mm x 3.0mm）中，集成了5GHz至7GHz功率放大器（PA）、單刀雙擲開關（SP2T），以及可旁路低噪聲放大器（LNA），自身外形緊湊。高集成度又帶來了系統(tǒng)設計的簡化，因此能夠盡可能減少PCB的占板面積。
圖4：QPF4730的功能框圖（圖源：Qorvo）
同時，與上文提到的傳統(tǒng)窄帶FEM方案不同，QPF4730的寬帶特性使其可以在UNII5-8（5.1GHz至7.1GHz）的所有通道上運行，且無需任何邏輯切換，可以顯著減少設計向Wi-Fi 6E升級時所需的PCB空間，也有助于提高Wi-Fi 6E整體系統(tǒng)的性能、容量和靈活性。
在低功耗性能方面，QPF4730采用了3.3V電源電壓的功率放大器，可以節(jié)省功耗，同時保持高線性輸出功率和吞吐量。
QPF4730 FEM還包括用于二次和三次諧波的芯級濾波裝置，以及用于DBDC操作的2.4GHz抑制。它還提供寬帶對數(shù)電壓檢測器，用于應用反饋?？梢哉f，為了滿足Wi-Fi 6/6E的全面升級，QPF4730也進行了全面的優(yōu)化。
QPF4730 Wi-Fi®6E低功耗前端模塊主要特性
頻率范圍：5.150GHz至7.125GHz
POUT= +12.5dBm MCS11 HE160 -43dB動態(tài)EVM
POUT= +15dBm MCS11 HE80 -43dB動態(tài)EVM
POUT= +17dBm MCS9 VHT80/160 -43dB動態(tài)EVM
POUT= +21.5dBm MCS0 VHT20頻譜模板適應性
優(yōu)化用于+3.3V工作電壓
Tx增益：30dB
1.9dB噪聲系數(shù)
Rx增益：14.5dB
旁路損耗：8.5dB
Rx路徑上具有254B 2.4GHz抑制
集成直流對數(shù)功率檢測器
3.0mm x 3.0mm 16焊盤層壓型封裝
無鹵、無鉛、符合RoHS指令
本文小結(jié)
毋庸置疑，在未來萬物互聯(lián)的世界中，Wi-Fi作為一個主流的無線通信技術將占據(jù)著主流的地位。想要在這個領域布局和深耕，當下把握住Wi-Fi 6/6E技術升級和應用擴展的風口至關重要。在這個過程中，RF解決方案更是重中之重。
Qorvo推出的QPF4730 Wi-Fi®6E低功耗前端模塊提高了Wi-Fi 6/6E架構(gòu)的效率，能夠有力地支持QoS、傳輸距離和吞吐量的提升，盡可能提高Wi-Fi 6/6E應用的用戶容量，并充分利用了全部可用頻譜。同時，它還在設計小型化、成本控制方面為客戶提供更多的價值?？梢源_定，在我們向Wi-Fi 6/6E邁進的過程中，QPF4730將是一個不可多得的好伙伴。
