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AlwaysON DFS:利用DFS信道的智能机制

关键词:DFS信道 智能机制 WiFi

时间:2020-11-09 16:44:49      来源:安森美半导体

Wi-Fi是家庭和企业中访问互联网的主要技术。越来越多的应用如视频和游戏将Wi-Fi用作主要通信介质。鉴于使用Wi-Fi的高速和低延迟应用的数量不断增长,迫切需要高效的信道管理方案。安森美半导体已开发出SmartScan技术来解决这需求。AlwaysON DFS只是SmartScan的代表之一,它融合了多种机制来有效利用动态频率选择 (DFS) 信道中可用的频谱。

作者:Hiten Dalal

前言

Wi-Fi是家庭和企业中访问互联网的主要技术。越来越多的应用如视频和游戏将Wi-Fi用作主要通信介质。鉴于使用Wi-Fi的高速和低延迟应用的数量不断增长,迫切需要高效的信道管理方案。安森美半导体已开发出SmartScan技术来解决这需求。AlwaysON DFS只是SmartScan的代表之一,它融合了多种机制来有效利用动态频率选择 (DFS) 信道中可用的频谱。

DFS信道简介

DFS信道占据了部署现有雷达的5 GHz频谱的一部分。这些包括机场雷达、军用雷达和气象雷达,在下面的图1中列为终端多普勒气象雷达 (TDWR)。

如图1所示,在5GHz频谱中只有两个160 Mhz带宽信道可用于Wi-Fi,并且这两个信道都部分或全部由DFS信道组成。在许多情况下,由于获取信道的复杂性,DFS信道是其中器件数量最少的最干净的通道。此外,在某些地区,如欧盟,DFS信道支持更高的传输功率。因此,在这些信道中运行具有固有的优势。

为了在这些信道中运行,每个Wi-Fi接入点(AP)都必须遵循称为动态频率选择 (DFS) 的协议。下表1说明了在DFS信道中运行的要求。

图1:IEEE 802.11 5 GHz射频波段

表1: 在DFS信道中运行的要求

功能

要求

信道获取

必须执行信道可用性检查 (CAC) 。这涉及在没有传输的情况下侦听所需信道的雷达脉冲。

气象信道清除信道所需的时间可以是的1分钟或10分钟 (TDWR) 。

信道内监测

一旦信道被清除并被使用,设备必须进一步继续监测雷达。如果探测到雷达脉冲,则AP必须将该事件通知所有客户端,并立即停止所有进一步的传输并腾出信道。

重新进入DFS信道

AP腾出DFS信道后,必须等待指定的非占用时间,然后再次执行CAC,再重新进入信道。

在DFS信道中运行的挑战

如今,Wi-Fi设备面临的两个主要挑战是清除DFS信道而不中断流量,并尽可能长时间地留在已清除的DFS信道中。

如今,大多数方案都在占用DFS信道的信道获取阶段停止所有流量。这是对服务的巨大破坏,在大多数情况下,仅在夜间AP空闲时执行。

另一个挑战是无法确定在哪个子带上检测到雷达脉冲。如果设备对160 Mhz清除了信道106 + 信道122 DFS信道,这一点尤其重要。即使检测到DFS事件,当今的设备也被迫撤离整个160 Mhz信道,即使该事件发生在信道106也是如此。所有用于清除更严格的气象信道 (CH122) 的工作都被浪费了,因为事件发生在较低的80 MHz信道上。

安森美半导体的AlwaysON DFS的特性来解决

安森美半导体已在其当前的Wi-Fi 6方案中解决了所有这些问题。QSR10GU-AX和QSR5GU-AX Plus芯片组都使用AlwaysON DFS解决了该问题。下面的表2概述了AlwaysON DFS所包含的每种机制。

表2: AlwaysON DFS的组成部分概览

特性

解决的问题

说明

ZeroWait DFS

信道获取

能够将一个或多个天线移离信道以执行CAC而不会中断流量。

宽带CAC (WCAC)

信道获取

能够清除和相邻的80 MHz DFS信道而不会中断流量

子带DFS (S-DFS)

最大化已清除DFS通道的占用

能够识别在哪个子信道上检测到DFS事件,并压缩到未受影响的80 Mhz信道。

ZeroWait DFS

安森美半导体的Wi-Fi 6产品能够将一个或多个天线带到不相邻的信道上,以执行占用DFS信道所需的信道可用性检查 (CAC)。这样就不会中断用户流量。这使设备不必等到深夜才清除DFS信道。因此,在某些情况下,可以更快地将用户转移到更干净的、更高功率的信道,从而带来总体上更好的用户体验。

下面的图2中显示了一个示例用例。AP在信道42(非DFS信道)上启动,然后使用ZeroWait DFS清除信道106,而不会中断信道42上的流量。

AP selects non-DFS channel on Boot-up: AP在启动时选择非DFS通道

Operating Channel: 运行信道

Clears CH106 using ZeroWait: 用ZeroWait清除CH106

图2:Zero-Wait DFS可以清除不相邻的DFS信道而不中断流量

宽带CAC

宽带CAC (WCAC) 是一项独特功能,可无缝清除相邻的80 MHz DFS信道而不中断流量的情况下。基于上面显示的ZeroWait DFS场景,一旦CH106被清除,AP便可以使用WCAC到CH122。请注意,CH122是气象雷达信道,需要10分钟的CAC才能清除它。清除CH122的能力对于160 MHz运行至关重要。下面的图3显示了如何使用WCAC来支持160 MHz的运行,或者仅移至CH122并以80 MHz的模式运行。

AP Operates in Lower 80 MHz DFS Channel: AP在较低的80 MHz DFS信道运行

Operating Channel: 运行信道

AP Clears Weather Radar Channels: AP清除气象雷达信道

AP Expands to 160 MHz Channel: AP扩展到160 MHz信道

AP Switches to Weather Channel: AP切换到气象信道

Still Use DFS Channel: 仍使用DFS信道

Opportunistically use Weather Radar Channel: 适时使用气象雷达信道

Cleaner Spectrum Less Interference: 频谱更干净,干扰更少

Better Performance: 性能更好

图3:宽带CAC (WCAS) 可无缝清除相邻的80 MHz DFS信道

子带DFS (S-DFS)

子带DFS是安森美半导体用来确定检测到DFS事件的80 Mhz信道的另一种先进技术。这对于在DFS信道中停留更长的时间至关重要。同样,基于上面的WCAC示例,AP清除了CH106和CH122,现在在160 MHz信道Ch114运行。雷达脉冲是极窄带脉冲,不会占用整个80 Mhz信道。如果没有S-DFS,要在Ch106频率或CH122频率中出现雷达脉冲,则必须清空整个160 Mhz频谱。有利的是,利用我们的S-DFS特性,我们甚至可以确定雷达发生在哪个子带。如果发生在CH122,我们只需将带宽压缩到80 MHz,完全在CH106中运行。这样,我们可以最大限度地利用我们难以清除DFS信道所占用的时间。下面的图4直观地显示了此特性。

Radar is detected: 检测到雷达

AP Operates in 160 MHz DFS Channel: AP在160 MHz DFS信道运行

Desired Channel: 所需信道

Operating Channel: 运行信道

Radar: 雷达

AP Operates in lower 80 MHz DFS Channel: AP在较低的80 MHz DFS信道运行

图4:子带DFS (S-DFS)可以识别DFS事件发生在哪个子带

一旦Ch122的非占用时间到期,我们便可以使用WCAC并再次无缝清除CH122并恢复160 MHz运行。

总结

安森美半导体不断为Wi-Fi领域带来创新特性,从而带来更好的整体用户体验。我们的AlwaysON DFS特性集是清除DFS信道并最大程度地占用这些信道的最有效方法。该技术的主要优点是:

· 支持无缝清除DFS信道,而不中断流量。这给最终用户带来了巨大的好处,因为他们可以在一天中的任何时间清除DFS信道,而不仅仅是在低流量的夜间

· 实现160 MHz在DFS信道高效运行,包括使用宽带CAC(WCAC)的气象信道。气象信道是Wi-Fi可用的最干净、利用率最高的信道之一。这为终端用户在串流实时视频或玩在线游戏时提供好得多的体验

· 扩展了更干净的DFS信道的占用率,并能够检测在哪个子带上检测到雷达

随着对包括4K和实时在线游戏在内的实时视频流的需求不断增长,安森美半导体当前和未来的Wi-Fi 6产品都提供了创新的方案,通过AlwaysOn DFS,以利用这些信道获得最佳的Wi-Fi用户体验。

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