浅谈滤波器在Wi-Fi 6E中的作用

Wi-Fi 功能在智能设备上的广泛可用性、整体改善服务质量 （QoS） 的潜力以及在密集环境中将视频流式传输到智能手机的能力推动了客户的保留。

Wi-Fi 是一个品牌名称，而不是首字母缩写词，IEEE 802.11 标准定义了能够与当前支持 Wi-Fi 的无线设备（包括无线路由器和无线接入点 （AP））进行通信的协议。这些标准在不同的频率上运行，提供不同的带宽，并支持不同数量的通道。此外，Wi-Fi 的命名约定包括一个数字以增加具体性，例如 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E。

使用 Wi-Fi 5，需要高速无线连接的多个设备的影响会对网络产生直接影响，导致延迟时间和数据速度下降，从而对用户体验产生负面影响。另一方面，当使用多个设备时，Wi-Fi 6 将保持相同的数据速度。这种处理更多设备的能力的提高得益于 Wi-Fi 6 中包含的两种技术：多用户、多输入、多输出 （MU-MIMO） 和正交频分多址 （OFDMA）。Wi-Fi 6 的其他好处包括更低的延迟，因为信号中数据的“打包”更好，电池寿命更长，以及 WPA3 中的重大安全协议升级，这是近十年来的第一次。

Wi-Fi 6E 使用与 Wi-Fi 6 相同的编码和通道宽度，是指支持新的未经许可的 6 GHz 频段的 Wi-Fi。“E”代表“扩展”，指的是 FCC 在 Wi-Fi 6 首次宣布后于 2020 年 4 月开放的 6 GHz 范围内的 1，200 MHz 未经许可的频谱。由于如此大的带宽和 Wi-Fi 6 的升级技术相结合，预计 Wi-Fi 6E 将出现显着增长。

图 1单位出货量突显 Wi-Fi 6E 的预期增长。资料来源：IDC

Wi-Fi 和干扰

可用于 Wi-Fi 的未授权频谱的增加对于 Wi-Fi 的全球扩散来说是一个极其重要的发展。在美国分配的未经许可的频谱对于蜂窝卸载以保持积极的消费者体验至关重要，许多其他国家正在寻求效仿。在分配给未经许可使用的一组特定频率中，有一组特定带宽的“信道”：20 MHz、40 MHz、80 MHz 或 160 MHz。通道带宽越大，数据速度越高。考虑到 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz 的可用总频率，非重叠选项仅限于 2.4 GHz，但在更高的频率上会显着增加（图 2）。

图 2非重叠信道封装在 Wi-Fi 6 频谱中至关重要。来源：共振

Wi-Fi 的干扰挑战有两个不同的因素——来自未授权频段内现有运营商的干扰信号和未授权频段外的干扰信号——这会导致频段内出现谐波。动态频率选择 （DFS）、发射功率控制 （TPC）、低功率室内 （LPI） 和自动频率协调 （AFC） 定义了如何在 Wi-Fi 中管理带内干扰。

然而，这些技术都没有解决未经许可的频带之外的潜在干扰信号，这些信号可能会产生带内谐波“噪声”，更糟糕的是，会导致低噪声放大器 （LNA） 饱和和所需信号的“阻塞” 。 这是过滤的功能——将潜在的干扰衰减到不产生带内噪声的程度。

滤波器在 Wi-Fi 6E 中的作用

4G LTE 网络的普及、新 5G 网络的部署以及 Wi-Fi 的普遍性正在推动无线设备必须支持的射频 （RF） 频段数量急剧增加。每个频段都需要使用滤波器进行隔离，以将信号保持在正确的“通道”中。随着交通量的增加，允许重要信号有效通过的要求将会增加，从而防止电池耗尽并提高数据速度。

滤波器对于宽带宽和高频功能至关重要，最具挑战性的是新的 Wi-Fi 6E，其带宽为 1，200 MHz，最大频率为 7.125 GHz。随着更多流量在 3 GHz 至 7 GHz 频率范围内利用 5G 和 Wi-Fi，频段之间的干扰将危及这些先进无线技术的共存并限制其性能。因此，需要更高性能的滤波器来保持每个频段的完整性。此外，移动设备和 AP 中可用的天线数量有限，这将使架构转变为更多地使用天线共享，这将进一步提高对滤波器性能的要求。

过滤器必须不断发展以满足新的 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 以及 5G 操作的要求。以前的无线应用中的滤波器技术——例如表面声波 （SAW）、温度补偿表面声波 （TC-SAW）、固体安装谐振器——体声波 （SMR-BAW） 和薄膜体声波谐振器 （FBAR）扩展带宽和更高的频率。但这是以牺牲其他关键参数为代价的，例如损耗和功率耐久性。或者，多个滤波器可以覆盖较宽的带宽，或者作为与非声学滤波器的混合体，或者在多个部分中。

使用更新的高性能过滤，结果将是更高的数据速度、更低的延迟和更强大的覆盖范围。在大流行的远程工作环境中，每个人都遇到过 Zoom 通话视频卡顿、视频游戏滞后以及房屋周边连接中断的经历。新的 Wi-Fi 技术与新的宽带宽频率相结合，并受到高级过滤的保护，将提供向前发展的解决方案。

这些滤波器有助于实现所需的宽带宽、高频操作、低损耗和高功率能力。例如，XBAR基于体声波 （BAW） 谐振器技术。这些谐振器包括单晶、压电层和顶部表面的金属叉指换能器 （IDT）。

图 3比较显示了基于 XBAR 的滤波器和混合 Wi-Fi 6E 滤波器的测量性能。来源：共振

在图 3比较中，混合集成无源器件 （IPD）/FBAR Wi-Fi 6E 滤波器仅针对 5 GHz 未授权频段中的信号提供干扰保护，而不针对 5G sub-6 GHz 或 UWB 通道提供干扰保护，而 XBAR Wi -Fi 6E 滤波器可保护 Wi-Fi 6E 频段免受所有潜在干扰问题的影响。

适用于 Wi-Fi 7 的射频滤波器

Wi-Fi 在满足容量和数据速度的需求方面补充了蜂窝网络。Wi-Fi 6 和频谱的大量增加使 Wi-Fi 更具吸引力。然而，Wi-Fi 和 5G 的共存将需要过滤器来解决潜在的干扰问题。这些滤波器需要提供宽带宽、高频操作、低损耗和大功率能力。

随着 Wi-Fi 7 设备预计在 2024 年初获得认证，对针对更苛刻要求的过滤器的需求只会加剧。此外，大流行之后生活方式和工作空间的转变意味着只会有更多的新设备类型和数据密集型应用程序。

Mike Eddy 是 Resonant Inc. 的产品营销副总裁。