Wi-Fi 7 与频率控制的关系

作者：Poornima Apte

投稿人：DigiKey 北美编辑

2024-12-18

Wi-Fi 需要使用一定范围的无线电频率才能让设备进行通信拨号。多年来，Wi-Fi 一直使用 2.4 GHz 和 5 GHz 频段，这些频段设备拨号进入信道的干扰最小。

联网设备数量的爆炸式增长已使容量不堪重负。根据 Wi-Fi 联盟的数据，预计仅在 2024 年，启用 Wi-Fi 的设备就将达到 41 亿台。当数以百万计的设备争夺指定频段内数量有限的接入点和信道时，通信堵塞和连接中断在所难免。是时候寻找另一个频段了，Wi-Fi 7 和它的上一代产品 Wi-Fi 6E 就如此因应而生。

有了 Wi-Fi 7，设备还可以使用 6 GHz 频段。增加一个全新的频带就像增加一条全新的高速公路，增加的车道可以容纳更多的交通流量。尤其令人兴奋的是，Wi-Fi 7 还将信道大小从 160 MHz 增加到 320 MHz。因此，使用 6 GHz 可以增加更多的通道（信道），并使每个信道 更宽 ，这意味着来自更多设备的数据流动速度会更快。最终结果是数据吞吐量更大、可靠性更高、延迟更短。

Wi-Fi 7 的数据传输速率超过 30 Gbps，可为 AR、VR、高清视频流和物联网连接等广泛应用提供高速、低延迟覆盖。

转移到 6 GHz 频段的问题在于，有其他实体已经在使用该频段。美国国防部和 NASA 等联邦机构将该频段用于卫星通信，可能不希望 Wi-Fi 设备侵入他们的领地。在使用 6 GHz 频段的同时，要让现有频段的用户不受干扰，还需要额外的技术，即自动频率协调 (AFC)。

Wi-Fi 7 的补充技术

有了 Wi-Fi 7，我们可以获得更多、更广的接入信道。通过一系列互补技术，用户可以从频带中榨取最大的吞吐量，从而更加高效地使用每个信道。

AFC

AFC（自动频率协调）使 Wi-Fi 的使用不会侵犯 6 GHz 频段的现有用户。其工作原理是将现有用户的信息（包括天线位置及其方向）和其他参数输入数据库。新的 Wi-Fi 7 连接会根据该数据库进行检查，以确保不会侵犯同一频谱邻域并造成干扰。

多链路操作 (MLO)

多路复用是指将数据流分成多个单元，同时通过同一频段的不同信道进行路由的能力。Wi-Fi 7 中的 MLO 将这一能力向前推进了一步，使数据能够通过多个信道和频带进行流式传输。在这种情况下，单一数据流可通过 2.4 GHz、5 GHz 或 6 GHz（视可用性而定）进行路由。这使得数据传输更快，在信道受损或不可用时也不会出现延迟。

4K 正交调幅 (4K QAM)

QAM 可以通过叠加不同振幅和相位的信号来分发大量信息，从而更好地利用频谱。由于电波不会重叠，因此传输过程不会产生噪音。4K 意味着 4000 多个信号可以同时通过。Wi-Fi 7 将该技术进行了标准化，并通过增加容量减少了延迟。

此外，Wi-Fi 7 使用正交频分多址 (OFDMA) 技术，具有多个资源单元 (MRU)，可将数据分割成更小的数据包，从而提高了吞吐量。MRU 可将多用户延迟降低 25%，而 MLO 可将单用户延迟改善 80%。

Wi-Fi 的频率控制

能够实现 Wi-Fi 7 的技术令人印象深刻，它依赖于严格的频率控制。将数据打包到信道中，无论如何的有效，都需要绝对的精度；否则，信号可能就会相互干扰，导致性能低下。

新的 Wi-Fi 标准要求设备和接入点都采用现代化的无线电设备。这些功能强大的无线电设备可以同时调谐到多个频段，绕过 AFC 描述的保留信道，并利用 4K QAM 将密集的信息填充到该频谱中。它们依赖于相位噪声极低、稳定性高的电子元件，以确保稳定的信号传输。

尽可能降低相位噪声和抖动对于保持数据的完整性和降低错误率非常重要。现在仅有稳定的频率是不够的，信号应付不了随着时间和温度而产生的衰减。振动、冲击和长期退化都会影响性能，需要在设计阶段考虑在内。

频率控制组件

晶体、振荡器和功率电感器对于提供 Wi-Fi 系统所需的高精度频率控制至关重要。

振荡器可完成数据传输所需的所有任务，包括产生稳定的信号、确保所有通信的时间同步，以及确定运行所需的载波频率。晶体通常与振荡器结合在一起，对振荡器产生的输出进行微调，就像音叉一样，使频率信号保持高度集中和精确。当电感器与电容器结合时，就会形成 LC 电路，从而使 Wi-Fi 系统能够专注于特定的频段，并过滤掉外来噪声。

[ECS Inc.]生产 Wi-Fi 7 系统所需的各种晶体、振荡器和电感器。例如，ECS 的表面贴装 (SMD) 晶体有多种封装尺寸可供选择，并提供高达 +150°C 的宽温度范围。

[ECX-1637B]系列（图 1）是无线应用的理想之选。它们是紧凑型 SMD 晶体，采用 2.0 mm x 1.6 mm x 0.45 mm 4 焊盘封装。其第一年老化率为 ±1 ppm，在 -30°C ~ +85°C 温度范围内的容差和稳定性达 ±10 ppm。

图 1：ECX-1637B 低老化紧凑型晶体表面贴装 (SMD) 晶体具有 16 MHz 至 96 MHz 的宽频率范围，非常适合无线应用。（图片来源：ECS）

[ECX-2236B] 系列采用 SMD 石英晶体，具有低 ESR 和低至最大 ±1 ppm 的第一年老化。[ECS-33B]系列的频率范围为 10 MHz ~ 54 MHz，在 -40°C ~ +85°C 的标准工业温度范围内具有很小的 ±1 ppm 第一年老化率。这些特性非常适合现代物联网、无线和 Wi-Fi 应用。

ECS 还销售一系列陶瓷振荡器。[ECS-2520MV]系列适用于 0.750 MHz 至 160 MHz 范围，而 [ECS-2520SMV] 系列则最适用于 8 MHz 至 60 MHz 范围。两个系列的温度范围均为 -40°C 至 +105°C。

图 2：ECS-2520MV 系列是小型 SMD 高速 CMOS 振荡器，非常适合用于无线应用。（图片来源：ECS Inc.）

最后，ECS 还提供一系列功率电感器，覆盖很宽的电感和温度范围。无论是 [ECS-MP12520]、[ECS-MP14040]，还是 [ECS-MPIL0530] ，不同系列的规格各不相同。

图 3：ECS 功率电感器的电感和温度范围很宽，是 Wi-Fi 系统的重要组成部分。（图片来源：ECS Inc.）

综述

要充分发挥 Wi-Fi 7 的潜力，需要多个组件相互协作。振荡器是电路的基础，产生基频，然后由晶体进行微调。电路中的功率电感器可确保没有外来信号干扰所需的频率，并能平滑电压波动。然后，这个频率控制系统会与像用于信号传输的天线和用于数据处理的单片机这样的元件组合在一起。

结语

Wi-Fi 7 有望成为通信媒介可靠性的一次飞跃，而强大的频率控制则是这一飞跃的基础。振荡器、晶体和电感器等硬件元件是先进 Wi-Fi 电路的基础，也是这项历史悠久的通信技术的可靠主力。从长远来看，工业自动化和人工智能的发展可能会增加 Wi-Fi 的压力，通信技术也将再次演进。

审核编辑 黄宇