Wi-Fi 7带来诸多新技术和新挑战，射频前端产品如何应对？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）前不久，Wi-Fi联盟宣布，完成并推出Wi-Fi 7高级无线标准的认证，将改善家庭、办公室和工业用途设备的连接性能，同时还带来了新的认证标志。这无疑是一大产业利好，Wi-Fi 7将会在2024年迎来更大规模的爆发。不过，对于这项全新的Wi-Fi标准，产业界已经筹备良久。

 
Qorvo无线连接业务部亚洲区高级营销经理Jeff Lin（林健富）在接受电子发烧友网记者采访时表示，由于Wi-Fi 7本身有许多创新的功能，对于处理器指令周期与内存空间有更高的要求，加上近几年严峻的国际情势造成能源成本的增加，种种的因素加成，让网络设备厂商考虑将Wi-Fi的射频前端器件由传统的「线性放大器」改成耗电较低的「非线性放大器」。
 

Qorvo无线连接业务部亚洲区高级营销经理Jeff Lin（林健富）

 
Qorvo团队看到这个趋势，于是在2023年着手Wi-Fi 7的非线性功率放大器的射频前端模块，目前Qorvo Wi-Fi 7的非线性功率放大器射频前端模块已经陆续被高通、博通与联发科认证，即将进入量产阶段。
 
作为“首个从头开始专为 6GHz频段打造”的标准，Wi-Fi 7拥有非常多的创新，比如多链路操作（MLO）、320 MHz信道等。这些创新特性会给终端应用带来怎样的改变？需要怎样的射频前端？我们听听林健富的解读。
 

Wi-Fi 7的6GHz频段、320MHz带宽和MLO

Wi-Fi 7基于IEEE 802.11be技术，IEEE 802.11be 称为“极高吞吐量增强（Enhancements for Extremely High Throughput，EHT）”，所以Wi-Fi 7在数据吞吐方面的改变是非常直观的。Wi-Fi 7的理论速度最高可达46 Gbps，相较于Wi-Fi 6的9.6 Gbps，有数倍的提升。这里面一个很重要的原因就是Wi-Fi 7更好地利用了6GHz频段。
 
林健富指出，Wi-Fi联盟在2020年1月正式开放6GHz (5925MHz – 7125MHz)频段，Wi-Fi 也正式地迈入了「三频」时代。Wi-Fi 6E与Wi-Fi 7都将6GHz的频段纳入标准。在无线通信的世界里，频谱是最重要也是最有价值的东西，越大的频段表示可以传输的数据吞吐量越大。
 
根据Wi-Fi联盟的规划，6GHz (UNII5-UNII8)开放了14个额外的80MHz信道，7个额外的160MHz信道，还有3个额外的320MHz信道，这些额外的信道彼此不重叠，能够有效降低Wi-Fi信道拥塞的问题，对学校、大型卖场、体育馆、商店街、演艺厅等人员密集场所和大型公共设施有重要价值。
 
随着Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7的陆续推出，Wi-Fi网络系统方案提供商将会把三频架构从目前的2.4G+5G(Low-Band)+5G(High-Band)升级到2.4G+5G(U-NII 1-3)+6G(U-NII 5-8)。林健富介绍称，针对Wi-Fi 7技术规范和相关升级需求，Qorvo开发了2.4G、5G与6G的射频前端模块。“在三频的架构下，每一个频段都不能被其他频段干扰，同时自身的频段也不能去干扰别的频段，因此每个频段的射频前端模块需要有一定的隔离度，Qorvo 在无线射频的领域上积累了许多的经验，与其他竞争对手相比，必然在Wi-Fi 7的产品开发上占有一定的优势。”他在介绍中提到。
 
虽然Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7都有6G频段，不过两者还是有差别的，其中之一是Wi-Fi 7在6G频段提供320MHz带宽。从160MHz到320MHz，通道容量翻了一倍。不过，林健富认为，320MHz带宽在提供更大容量的同时，也带来了两个问题：传输的距离与信号的穿透力。“320MHz带宽的使用场景会局限在短距但高速的传输，如点对点(point to point)或是回授网络(Backhaul Network)的应用，Wi-Fi路由器大部分的运作模式还是在中低吞吐量且中长距离传输的使用场景。”
 
对于Wi-Fi 7，产业界比较关注的创新还有MLO。这是一种MAC层改进方案，使用MLD（多链路设备）无缝动态切换来实现负载平衡和低延迟。“MLO可说是Wi-Fi 7中最具创新的关键技术之一，MLO大多是通过Wi-Fi主芯片本身处理器强大的运算能力与流程顺滑架构扎实的软件算法来实现，对于射频前端器件并没有特别的要求，只需要射频前端本身的EVM Floor能支持Wi-Fi 7的规范，并有良好的线性度与接收灵敏度，基本上无论是STR（同时发送和接收）或是NSTR（非同步收发操作）模式的MLO都能达到不错的效果。”林健富在受访中说到。
 

Wi-Fi 7带来哪些挑战，对射频前端有怎样的要求

根据Wi-Fi联盟的预测数据，预计2024年将有超过2.33亿台Wi-Fi 7设备进入市场，到2028年将增加到21亿台。当然，由于Wi-Fi 7是“首个从头开始专为 6GHz频段打造”的标准，在打造相关设备时，需要全新的射频前端，也需要应对一些全新的挑战。
 
比如，我们开篇谈到了非线性放大器。林健富指出，非线性放大器本身相比于线性放大器虽然有比较低的功耗，但是它必须搭配主芯片厂商的DPD(Digital Pre-Distortion；数字预失真补偿)算法来修正本身非线性放大器的输出失真，并增进放大器本身的EVM，这个部分需要FEM的厂商与Wi-Fi芯片供货商一起配合开发。“经过验证，以4x4x4三频的Wi-Fi 7路由器为例，使用非线性的射频前端模块的设计，其耗电量相对于使用线性射频前端模块的设计能节省约5W的功率消耗。非线性射频前端模块让Wi-Fi 7的路由器能在不牺牲无线信号输出功率与EVM的情况下同时节省功耗，让Wi-Fi 7的路由器能在效能与节能中取得平衡。”
 
这其实也延伸出另一个问题，那就是使用高频段和高并发之后，Wi-Fi 7必然需要应对功耗方面的挑战。系统功耗对Wi-Fi AP的设计一直是个严厉的挑战，尤其是高阶三频路由器或是网络拓展器(Extender)，8路甚至是12路的设计都屡见不鲜。不过，林健富强调，这恰恰能够发挥Qorvo的产品优势，“Qorvo的射频前端器件在业界一直都是以低功耗著称，这也是Qorvo本身产品与竞争对手的一个差异，在Wi-Fi 7也不例外，除了本身功放的高线性、低EVM与低躁放的高接收灵敏度，耗电量也低于业界的其他竞争者。”
 
克服了这些挑战和难题之后，Wi-Fi 7在终端市场爆发已经不可阻挡。根据Wi-Fi联盟的畅想，Wi-Fi 7对多用户AR/VR/XR、沉浸式3D培训、电子游戏、混合现实工作、工业物联网和汽车等用例都将带来明显的赋能价值。有业者认为，由于高速率、高稳定和高安全等突出特性，Wi-Fi 7将让工业用户更加坚定地用Wi-Fi去替代有线光纤。对此，林健富也谈了自己的看法。
 
他指出，“Wi-Fi 7在工业运用上是可行的，因为多AP协同调度、MLO、Multi-RU、Preamble Puncturing等突破性技术创新能让整个Wi-Fi网络的可靠性(Reliability)与可用性(Capacity&Utilization)大幅提升，加上Wi-Fi 7开放了6G频段，使用者可以利用特定的频段来传输特定的数据，而且有能力同时连接更多的终端装置，且不会有严重的传输延迟或是Time Out的问题。据我所知，有些专注于企业与工业应用的无线网络设备公司已经开始基于Wi-Fi 7的标准来开发特殊商用与工业用的无线路由器与设备，非常乐见Wi-Fi 7的未来充满了开创性，并为市场带来了新的活力。”
 
当然，从应用的角度来说，Wi-Fi 7代表着创新，但也能够完美兼容过往的用例。比如，对于Qorvo提出的“One Pod per Room”概念，Wi-Fi传输技术负责整个智慧家庭的传输主干，利用网状Wi-Fi网络架构来实现无死角的网络覆盖。有了Wi-Fi 7之后，Wi-Fi 7所提供的创新技术，如MLO、Multi-AP Coordination、Multi-RU等，能提供更有效率且更稳定的Wi-Fi联机，更好地落实One Pod Per Room架构，并让这一概念真正实现。
 
在Wi-Fi 7领域，目前Qorvo已经推出了多款射频前端产品，已被市场主流的Wi-Fi无线网络解决方案芯片厂商认证，如高通、博通、联发科、迈凌科技，并纳入其所属的「参考设计」，有了参考设计的辅助，产品开发商能缩短产品开发时间并简化产品验证的工作，加速Wi-Fi 7商业化与出货的时程。
 
Qorvo同样重视国内Wi-Fi 7市场的发展。“虽然中国目前没有开放6GHz的频段，但Wi-Fi 7规范中所定义的如多AP协同调度、MLO、Multi-RU等突破性技术创新，不但可以解决目前Wi-Fi使用上的痛点，并让Wi-Fi系统能有更高的吞吐量、更低的延迟、支持更多终端产品的连接、更高的联机效率、更好的加密等。这些Wi-Fi技术的进步与创新，让愈来愈多新奇的、充满想象的应用也将实现真正的「无线化」并能真正落地。”林健富表示，“Qorvo针对中国市场，将会开发整合性更高，价格更优化的产品来面对日益「内卷」的中国网通市场，并透过与客户的协同合作，加速并简化产品的开发与设计。”