高性能Wi-Fi方案让智能家居中枢和网关更快更广联接

2019-12-11 来源:微波射频网 我要评论(0) 字号:

Wi-Fi已成为当今世界无处不在的联接技术,是我们日常工作和生活的重要组成部分。安森美半导体自收购Quantenna后,已成为高性能Wi-Fi方案的全球领袖之一。

下一代标准Wi-Fi 6大大提升联接速度和吞吐量

Wi-Fi基于IEEE 802.11标准,从1999年部署的Wi-Fi 1 (802.11b)演进到即将于2020年部署的Wi-Fi 6,最明显的改进是数据传输速度的提升。Wi-Fi 1峰值传输速率11 Mbps,而Wi-Fi 6 (802.11ax)支持速率最高达9.6Gbps,是Wi-Fi 5的十倍。此外,Wi-Fi 6也大大提高吞吐量。举例说明,若您想发送一部3.8GB的电影,使用Wi-Fi 1将需耗约3850秒(64分钟),而使用Wi-Fi 6仅需约4.5秒,相当于提升了约1000倍(3个数量级)速度!Wi-Fi 6速度和吞吐量的提升都得益于多输入多输出(MIMO)技术。

什么是MIMO?

传统的无线系统通过发射端单个天线和接收端单个天线来通信,称为单输入单输出(SISO)。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。MIMO自2009年Wi-Fi 4标准开始部署,支持4 x 4 (即4条发射天线和4条接收天线),到Wi-Fi 5、Wi-Fi 6支持8 x 8 MIMO。支持MIMO的Wi-Fi最初针对单个用户,但实际生活中这些数据速率增益并不按预期比例扩展,因为大多数客户端设备尤其是移动设备最多只有两个发射器和接收器,因而限制了空间复用增益最大为2。多用户MIMO (MU-MIMO)的出现和迅速采用有望充分利用MIMO的优势到多个同时运行的设备。因此,在家庭网关中,要最大程度地利用MIMO能力,需要采用MU-MIMO。安森美半导体旗下的Quantenna是首个支持4 x 4、8 x 8 MIMO和MU-MIMO的Wi-Fi方案供应商。

在可预见的未来,5G将不会取代Wi-Fi

最新的5G技术和Wi-Fi 6都意味着更快地联接,但它们的应用场景、工作频段、网络延迟和频谱认证等都有很大的不同,因此在可预见的未来,5G将不会取代Wi-Fi,而是互为补足,相互协同。

5G标准由第三代合作伙伴计划(3GPP),主要用于户外,Wi-Fi 6标准由美国电气电子工程协会(IEEE)制定,更适用于室内。根据3GPP标准,5G频段分为FR1和FR2两个范围,其中FR1的频段低于6GHz,FR2为24GHz至52GHz,由于高频信号极易衰减,因此需要更复杂的工程。Wi-Fi 6则工作在2.4GHz、5GHz和6GHz。5G频谱需申请授权,而Wi-Fi 6各频谱免授权,更易于部署。5G数据传输速率1至10Gbps,Wi-Fi 6受限于网络联接,传输速率最高达9.6Gbps。5G支持达350km每小时的高速移动切换,Wi-Fi 6不支持高速移动切换。5G网络延迟少于1ms,Wi-Fi 6网络延迟取决于核心网络,延迟20至150ms。

如何优化Wi-Fi性能

针对Wi-Fi速度随距离增加而下降,安森美半导体提供8 x 8 MIMO、5 x 5 MIMO和波束成形技术扩展Wi-Fi覆盖范围。为解决由邻近Wi-Fi、其它未授权网络带来的干扰,提供智能型自优化网络(SONiQ)软件,通过信道选择(ChannelSelection)、接入点操控(APSteering)来优化Wi-Fi性能。SONiQ框架将各种路由器、访问点、中继器和任何系统与Wi-Fi芯片组组合中的其他设备进行整合,使客户只需采用一个软件框架即可操控所有产品。对于家庭中许多不同设备争用Wi-Fi的情况,采用iQStream通过QoS优先级实现智能选择路径的路由机制。此外,安森美半导体的Wi-Fi 6方案还支持以下特性以实现差异化的产品:自适应8 x 8 MIMO、8空间流FB、ESP、背景动态频率选择(DFS)、始终在线DFS。

自适应8x8 MIMO

8 x 8 MIMO能够将Wi-Fi数据速率提高60%,并在提高覆盖范围的同时,大幅减少家庭终端设备断开率。自适应8 × 8 MIMO则实时在单个8 x 8或两个4 x 4网络之间切换,以最大化客户端吞吐量。

8空间流FB

指处理8空间流客户端反馈以实现MIMO的最佳性能,如支持三个2 x 2 MU-MIMO客户端。

ESP

针对少于8空间流FB的客户端,重建完整的信道信息,提高速度和扩大覆盖范围。

背景DFS

多达4条链进行5GHz背景扫描。

始终在线DFS

先进的硬件可检测并隔离雷达与子载波。在干净的DFS信道停留的时间比竞争对手更长。

安森美半导体的Wi-Fi方案

安森美半导体旗下的Quantenna当前在Wi-Fi领域的市场涵盖企业、零售和运营商,提供的产品包括接入点、路由器、家庭网关、Mesh节点等,即将通过Wi-Fi 6扩展至工业、汽车、消费物联网(IoT)领域如智能家居、家庭娱乐等IoT细分市场。

1. 符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6标准的接入点/网关

安森美半导体的方案支持更快速度和覆盖范围,最大速度超过10Gbps,在5GHz支持达8 x 8 MIMO,在2.4GHz支持达4 x 4 MIMO,采用Qdock进行运动检测,支持云分析。

2. 符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6标准的Mesh节点

安森美半导体提供双频和三频方案,速度超过6Gbps,嵌入CPU,具成本优势,采用Qdock进行运动检测,支持云分析。

3. 符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6标准的机顶盒

安森美半导体的方案支持双频可选和双频并发,速度达2Gbps,差异化特性有:无线直播电视质量、更快的速度/更大覆盖范围、Mesh节点功能、使用Qdock进行运动检测,也支持云分析。

Spartan交钥匙方案

针对上述接入点/网关、Mesh节点,安森美半导体提供几近“交钥匙”方案,如用于家居中枢/Mesh的Spartan,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。

最新的Wi-Fi 6 Spartan路由器参考设计基于QSR10GU-AX 8 x 8 MIMO双频双并发Wi-Fi 6芯片组,提供无与伦比的覆盖范围和网络容量,加速部署同类最佳的Wi-Fi 6路由器到零售和运营商市场,解决对更广泛家庭覆盖的日增需求,同时提供满足严格要求的应用所需的性能水平,例如4K视频串流、在线游戏、云同步以及联接日趋增多的智能家居产品。

该方案在5GHz采用8 x 8 MIMO和2.4GHz采用4 x 4 MIMO的12空间流运行,配备2.5G以太网广域网(WAN)和局域网(LAN)端口,内置一个可轻松实现Wi-Fi配对的近场通信(NFC)读卡器,以及一个硬件加速器优化低延迟和服务质量(QoS)。关键特性包括真正的8 x 8空间流声音、大规模MU-MIMO和正交频分多址(OFDMA)、发射波束成形、1024-正交幅度调制(1024-QAM)和目标唤醒时间(TWT)等Wi-Fi特性。SmartScan功能提供零等待DFS和增强的扫描。该参考设计包括安森美半导体的Qdock,支持第三方应用如运动检测、信道状态信息(CSI)和射频(RF)传感,以帮助简化集成到客户应用。

使用Wi-Fi进行运动检测可应用于传统的住宅监控,以检测我们房屋及其周围的侵入或定期维护,这可很容易扩展到智能楼宇,使用运动和占用检测作为暖通空调(HVAC)和照明控制楼宇管理系统的一部分,也可用来监视家中的老年人和弱势群体以安心。

总结

下一代Wi-Fi 6标准大大提升联接速度和吞吐量,MU-MIMO技术的发展将进一步使制造商充分利用Wi-Fi的潜力。安森美半导体在收购了领先的Wi-Fi技术领袖Quantenna后,以MU-MIMO、OFDMA、波束成形、DFS、Qdock等关键技术持续创建从硅和系统到软件的整体Wi-Fi方案,解决在IoT、汽车和智能家居等市场的联接应用问题,如最新的旗舰方案Spartan路由器提供卓越的吞吐量、速度、覆盖范围和性价比,为智能家居带来企业级性能,全面的硬件和软件加速上市时间。

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