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 14:41

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。

关于安森美半导体

安森美半导体(ON Semiconductor,美国纳斯达克上市代号:ON)致力于推动高能效电子的创新,使客户能够减少全球的能源使用。安森美半导体领先于供应基于半导体的方案,提供全面的高能效亚博体育的正式官网是什么_亚博体育登不上_亚博提款到账速度超级快管理、模拟、传感器、逻辑、时序、互通互联、分立、系统单芯片(SoC)及定制器件阵容。公司的产品帮助工程师解决他们在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗、航空及国防应用的独特设计挑战。公司运营敏锐、可靠、世界一流的供应链及品质项目,一套强有力的守法和道德规范计划,及在北美、欧洲和亚太地区之关键市场运营包括制造厂、销售办事处及设计中心在内的业务网络。更多信息请访问http://www.onsemi.cn
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