开发Wi－Fi 6／6E移动设备新优势

作者：Rick van Kemenade

2021年的数据已经公布，如果您对Wi-Fi在现代生活中发挥的重要作用有任何疑问，请斟酌一下统计数据：现在地球上每个人至少有两台Wi-Fi设备。目前全球人口接近79亿，但Wi-Fi联盟报告称，去年使用的Wi-Fi设备有164亿台。

新一代Wi-Fi正在迅速增长

Wi-Fi联盟同时报告了2021年的设备出货量，最新一代Wi-Fi出货速度正迅猛提升，令人印象深刻。2021年，Wi-Fi设备的总出货量为42亿部，其中Wi-Fi 6为22亿部（占52%），Wi-Fi 6E为3.38亿部（占8%）。

换言之，在2019年发布后仅仅两年，Wi-Fi 6就已经成为公认标准，占新Wi-Fi设备的一半以上，而Wi-Fi 6E使用的6 GHz频段推出仅几个月后，Wi-Fi 6E设备就开始大量出货。

Wi-Fi的全球价值迅速增长

Wi-Fi 6/6E是变革性技术

很容易理解为什么Wi-Fi 6正在蓬勃发展。更快的高网速和对密集、拥挤网络的更佳管理等增强的整体性能与新频谱可谓强强联合。这意味着视频流和游戏等熟悉的体验将得到提升，需要高带宽和低延迟的新一代令人印象深刻的应用现在触手可及。

5G移动通信的部署是Wi-Fi 6增长的另一个因素。Wi-Fi 6和5G是互补技术，它们使用许多相同的技术，包括OFDMA和MU-MIMO传输。当5G移动设备进入信号较弱的室内时，可以切换到Wi-Fi 6，而不会中断信号。对于自动驾驶汽车、医疗监测、智能制造等要求严苛的5G应用来说，这一功能必不可少，必须保证室内和室外的连接不间断，以实现无缝操作。Wi-Fi联盟报告称，2021年63%的移动流量被分流到Wi-Fi，这表明近三分之二的移动通信会话利用Wi-Fi热点来保持移动设备的连接。随着5G的继续推广，这一数字只会上涨。

Wi-Fi 6/6E对设计人员来说更具挑战性

从设计的角度来看，功能的增加以复杂性增加为代价，从Wi-Fi 5升级到Wi-Fi 6对任何工程师来说都是艰难的过渡。例如，MU-MIMO功能在Wi-Fi 6中得到了升级，从单向运行转变为双向运行，因此设计师必须处理上行链路和下行链路功能。同样，Wi-Fi 5采用单用户正交频分（OFDM）时，Wi-Fi 6将其升级到多用户格式（OFDMA），这可能更难有效地管理。

但对于移动系统的设计人员来说，最大的挑战可能是升级到高阶正交幅度调制（QAM）和带宽。从Wi-Fi 5的256 QAM转换为Wi-Fi 6的1024 QAM，吞吐量更高，容量可增加25%，每个符号有10位而不是8位。再加上最大信道带宽从80 MHz增加到160 MHz，频段扩展到7.125 GHz，这对系统的射频部分提出了更高的性能要求。要获得合适的性能水平，可能需要更高的技术专长。

Wi-Fi 6无线高速互联网连接

就算在条件较好的情况下，射频优化也是出了名的困难，但Wi-Fi 6的严苛要求使此类优化更具挑战性。它们的容忍度更小，因此即使是微小的调整也会显著改变整个系列的Wi-Fi信号、性能和能效。

为避免陷入错综复杂的射频优化问题，设计团队使用名为前端模块（FEM）的预集成的射频产品来节省时间和精力。前端模块是专为完善射频链而构建的解决方案。前端模块位于天线和无线系统的连接片上系统（SoC）之间，是一种专门构建的解决方案，可完善射频链并提升整体性能。在高端移动Wi-Fi 6/6E系统中，它是设计中较重要的一个部分。

前端模块的优势

前端模块可节省时间，同时实现更好的设计。所有产品都以高度集成的小型解决方案来提供，因此设计速度更快。单个前端模块部件的放置灵活性意味着射频链的每一段都可以得到充分优化。集成射频放大器可增强微弱的输入信号，而不会对噪声性能产生显著影响，因此射频链更灵敏，能够更好地从多个输入信号进行选择。在传输（TX）端，恩智浦FEMS以高效方式提高了正在传输的信号的功率电平，因此，在上行链路中也会显著提升性能并扩展传输范围。

一群学生在便携式设备上体验Wi-Fi 6/6E

恩智浦率先从双前端模块迁移到单前端模块

Wi-Fi 6/6E的第一批前端模块，包括恩智浦提供的前端模块，都是双前端模块。每个前端模块都配备了两个单片前端IC。例如，我们于2020年年中推出了WLAN8101x系列，将两个前端IC放入规格为3 x 4 mm的QFN封装中。

然而，射频设计不会长期停滞不前，我们的工程师们一直在努力超越自我。WLAN8101x系列面世仅八个月后，我们就实现了新突破，率先推出了一款单通道Wi-Fi 6E前端模块。WLAN7205C专为智能手机设计，是业界首批单通道Wi-Fi 6解决方案，采用2 x 2 mm QFN封装提供单片集成功率放大器（PA）、开关和低噪声放大器（LNA）。

与需要更大封装的双IC WLAN8101x相比，单IC WLAN7205C可以放置在离天线更近的地方。这减少了前端模块后的走线损耗并提高了性能。PA后的低损耗可提供卓越的发射效率，LNA前的低损耗可最大限度地提高接收灵敏度。更靠近天线的位置还可以提高射程，延长电池续航时间，并实现更快的数据传输。

另一个恩智浦率先完成的成绩

现在，恩智浦推出了WLAN7207C（5-7 GHz）和WLAN7207H（2.4 GHz和蓝牙），将单个前端模块提升到新的水平。这些完全集成的前端模块针对新款智能手机进行了优化，提供了极高的线性度，并支持低功耗模式。它们不需要外部匹配的组件，设计更紧凑、更经济、更易完成。它们为每个频段提供三种Tx工作模式，可更好地微调功效，还提供两种Rx工作模式，可在LNA模式和旁路模式之间实现增益步进。更重要的是，它们采用了微小的封装。WLAN7207C采用2 x 2 mm HWFLGA16封装，而WLAN7207H采用HFCPLGA18封装，尺寸仅为2.4 x 2.0 mm。

与恩智浦的其他Wi-Fi前端模块一样，WLAN7207x系列采用业界领先的Qubic SiGe：C BiCMOS技术生产，工作效率非常高，有助于确保Wi-Fi信号在噪声、失真和杂散信号方面的衰减达到最小。

在移动应用中使用恩智浦WLAN7207C和WLAN7207H产品增强Wi-Fi 6/6E性能

更棒的智能手机体验

集成了WLAN7207x系列的智能手机将提升Wi-Fi性能，而对电池续航几乎没有影响。信号保持线性且易于管理，可提高数据速率并延长覆盖范围。这将转化为更加连续体验，因为在走动时进行视频通话需要更可靠的连接。同时，射频链的高效率意味着性能的提高对电池续航能力几乎没有影响。

Wi-Fi 7展望

WLAN7207x系列反映了高性能射频设计的最新能力，但也让开发人员为未来开发做好了准备。IEEE已经在研究Wi-Fi 7（802.11be），Wi-Fi联盟预测Wi-Fi 7最早将于2023年开始使用。Wi-Fi 7有望在Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E成功的基础上进一步发展，以更先进的方式（2.4/5/6 GHz）使用三个频段。因此，支持Wi-Fi 6/6E的WLAN7207系列是很快过渡到Wi-Fi 7设计的天然桥梁。

采取下一步行动

如需了解恩智浦的Wi-Fi 6/6E解决方案，尤其是WLAN7207x，请访问WLAN前端IC和模块专用页面。

作者：


Rick van Kemenade
恩智浦半导体营销经理

Rick作为恩智浦智能天线解决方案产品系列的营销经理，负责恩智浦高度集成的5G和Wi-Fi 6射频前端IC产品组合，服务于基础设施和移动市场。