无线技术正变得更快和更可靠的,但它也变得越来越有挑战性,支持所有必要的协议。
最新一代无线协议带来更好的速度和数据处理,但它没有桥不同的通信技术。反过来,使它更困难,更昂贵的设计芯片,因为他们必须集成和支持多种无线技术,包括不同版本的相同的技术。
无线通信技术往往是其自身成功的受害者,与每个新一代承诺解决拥堵问题造成的狂热的最后一代的采用。这是不可避免的在这个世界上,每天都有新的无线连接用例,从自动车辆轮机器人医院进一步依赖云,包括微软的兴趣使Windows基于云的服务消费者。的扩散需要催生了一个动物园的通信协议,每个国家都有它自己的利基,甚至小说协议事年长,互连协议。
wi - fi,一度被认为是“细胞的穷亲戚”,是现在最常用的无线通信技术,每年有超过38亿的设备运输和近200亿设备在使用中,根据无线网络联盟,创造了这个词的贸易集团,2000年注册为商标。
从技术上讲,wi - fi是IEEE 802.11协议,无线局域网(WLAN)的子集802年的协议涵盖局域网(lan),个人区域网络(锅),和市区网络(芒)分组网络。802.11获得了不同的后缀,协议已经修改在年在1997年首次发布。整整一代已经长大了,不知道什么是一个以太网电缆。
图1:wi - fi的数字2023。来源:wi - fi联盟
在IEEE 802映射到指定的服务和协议的最低层(2层、数据链路层1、物理)的七层开放系统互连(OSI)网络参考模型。IEEE 802进一步2层分为两个子层逻辑链路控制(LLC)和介质访问控制(MAC)——控制硬件负责与传输介质的交互。
传统无线网络主要是室内技术,射程约150英尺,这取决于频率。它可以增加有线信号extender或无线中继器,但是在更高的频率仍然有风险,由于信号衰减和吸收,被一堵墙或其他固体阻塞。在户外,一个清晰的路径,可能范围300英尺或更多的一个信号。低功率HaLow wi - fi(802.11啊),在较低的频率,可以传播一公里。
“在低频段,一切看起来像玻璃无线电波,”马克Swinnen Ansys产品营销主管。“但是当你越来越高的频率,事情变得更加不透明,甚至小障碍会阻止信号。此外,长波长比更高更容易转弯的波长。所以在更高的波长,你需要更多的视线。6 g细胞和wi - fi 7,你将不得不投入更多的基站当地得多。”
wi - fi支撑大多数物联网应用程序中,无论是消费者还是企业,问题就在于此。如果每个家电需求谱,从智能灯泡到电动汽车开进车库,和每个办公室设备需求谱从无线打印机4 d显示在会议室,然后干扰和网络经济放缓似乎不可避免。
“有重要的消费者对提高无线网络性能的需求,”盖伯瑞尔德斯贾丁斯说,产品营销主管Broadcom无线通信和连接部。“我们从客户得到无尽的请求。这并不是消费者知道本身,但是鉴于很多运营商都推出10千兆光纤或千兆有线电视在未来的几年中,消费者将要求他们每月支付多少美元升级纤维,他们想要无线相匹配。”
此外,安迪·戴维森说,高通、资深技术总监规划扩展现实(ER)正在从娱乐用途,如身临其境的游戏、企业使用,比如销售演示和虚拟实习培训。他们都需要一个延迟Bluetooth-connected耳机的标准超越极限。
频谱分配
的核心挑战是频谱分配。电磁波谱狭窄,拥挤的领土,一直一个多世纪以来监管进入许可和授权。如果电磁频谱是原始的土地,那么指定频段的边界分配土地赠款。
FCC频谱分割成许可和授权乐队创造的一个主要区别wi - fi和蜂窝网络。授权频谱移动公司的域,光谱是合法的保护被挖走。未经授权的频谱,使用wi - fi网络,是一个开放的高速公路。好消息是没有收费。但也没有交警,有限的车道可以变得拥挤。也就是说,无证并不意味着不受监管。运营商需要注意的具体使用规则的领域。
最初,wi - fi是只能运行在2.4 GHz(3通道)和5 GHz(24通道)。“通道”在这个意义上是一个部分的频率进一步划分,类似于电视和广播频道,不香农信息论意义上的通道。随着设备增多,竞争也对那些渠道,尤其是因为许多老设备工厂设置特定的渠道。即使在今天,没有开关通道的能力,客户可以体验延迟设备竞争。
2020年4月在一个受欢迎的决定,FCC允许使用6 GHz频段可用的频谱,使1200 MHz(59频道)和在美国世界上的其他国家,以及近500 MHz的干净的频谱在欧盟。值得注意的是,通道内光谱可分为窄和更广泛的领域,所以这59渠道,例如,59通道在20 MHz或7频道在160 MHz。
图2:渠道通过wi - fi 6。wi - fi 7,本机在6 GHz,引入了一个320 MHz通道。来源:HPE阿鲁巴岛
wi - fi 6, wi - fi 6 e
这里的术语可以混淆。当时,已经是一个标准的称为wi - fi 6 (IEEE 802.11 ax),而仅仅指的一代,没有谱。wi - fi 6,发起于2014年,在2021年正式出版(下面讨论),介绍了创新,也为即将到来的标准,wi - fi 7 (802.11)。频谱开放时,面向消费者的名字是重新炮制wi - fi 6 e,扩展。wi - fi 6 e都wi - fi 6一样的功能,同时也能够在6 GHz乐队。(它不清晰,最新的帮助细胞标准叫做6克。)
图3:wi - fi代和IEEE标准。根据无线网络联盟的凯文•罗宾逊”两代人之间有四到六年的节奏。”来源:wi - fi联盟
wi - fi 6更新旨在实现行业的普遍目标减少延迟。“我们总是寻找更快的连接较低延迟,提高网络容量和性能,包括我们的无线互联,”丽塔霍纳,产品营销和战略项目主任Synopsys对此的系统解决方案。
从本质上讲,通过两种不同的技术wi - fi 6减少延迟,这都有助于缓解网络拥塞。
正交频分多址(OFDMA)是一个多用户版本的正交频分多路(OFDM),进而在经典的一大进步频分复用(FDM)。这些技术允许一个通道分成副载波,分裂越来越细粒度和灵活的在每一代。
“OFDM信号发送到多个不同的运营商,“高通的戴维森说。“如果这些特定的航空公司有一个问题,你得到其他的备份,这意味着一个更高质量的信号可以反馈到设备。OFDMA发送一些运营商一个设备和航空公司到另一个地方。从本质上说,沟通到多个设备同时分手的可用带宽。”
多用户、多、多输出(MU-MIMO)控制数据流有多少来自天线。之前推出wi - fi 5 (802.11 ac),而一个路由器可以与多个设备通信,它只能这样做一次。WiFi 5 MU-MIMO,被提高到4,然后在wi - fi 6中,它是八翻了一倍。
结合OFDMA的wi - fi 7版本,使更多不同交通流量控制到不同的设备,MU-MIMO将大大地减少拥堵。也帮助增加正交幅度调制(QAM)控制信号的振幅和相位。在4 k QAM, wi - fi 7应该提供最高数据率增加20%,根据戴维森。
对消费者来说优势是显而易见的,但是信号复杂性强调为什么有那么多的射频工程师的职位。“这些高和高阶调制方案是一个很好的数字信号,0和1,为多层次信号重叠和相移,“说,Ansys的同化。“它变成了一种非常复杂的电磁信号的模拟和长距离需要仔细的建模。你所有的传统的数字工具不工作。你需要做一个完整的模拟套件进行分析,包括电磁学和完整的电阻/电感/电容建模而不是阻力/能力。”
随着信号衰减的挑战,“multi-physics滚滚财源,”说同化。
也将有更多的考虑为测试工程师,高级主管根据陈常在国家半导体和电子仪器。“wi - fi 7引入了更多的复杂性在测试和测试用例的数量由于增加带宽,高阶调制,数量的增加空间流,和多连杆装置。的一个关键目标wi - fi 7是更高的吞吐量。最大数据速率的48 Gbps,许多用户无法区分一个有线或无线连接。在线游戏,4 k / 8 k视频,直播将与wi - fi 7都是无缝的。这是通过各种技术,所有这些都将增加这些新产品的测试需求的复杂性。新的320兆赫兹的信号测量仪需要相应增加瞬时带宽支持SEM测试,更如果DPD的介绍。同时,高阶QAM意味着线性信号发生器和信号分析仪对PA /有限元法调制精度测试至关重要。”
wi - fi 7
与wi - fi 6 e,额外的可用频谱只是,wi - fi 7包含6 GHz访问作为其基本设计的一部分。例如,第一次,子信道可以进一步给一个超宽320 MHz渠道相结合,提供更高的带宽。
“wi - fi 7成为第一个标准,可以利用额外的频谱,”戴维森说。“如果你想用户提供更多的能力,你会分成更多的设备和更窄的带宽,你重复整个建筑。通常对于企业应用程序,他们仍然在40 MHz和5 GHz,因为他们可以有更多的访问点(APs)。当他们有更多的APs,它让更多的人访问速度更高的后端。所以你可以提供更多更多的用户通过分裂的能力。然而,在企业,你也想要更高的速度的优势。6 GHz的优势你可以,例如,加强你的基础水平80 MHz频道。所以你可以有20 MHz频道于2.4年物联网设备,40 MHz渠道5高速设备,和应用程序,比如,你可以做160 MHz 6 GHz。”
从终端用户的IT部门的角度来看,wi - fi 7提供了一个新的水平的控制分配。但在某些方面,从工程设计的角度来看,这只是上一代的进一步优化。
“你必须重新设计芯片,但不一定的,”德斯贾丁斯说。“这基本上只是一个修改的协议,它不是非常不同于wi - fi 6 e。体育的变化,更广泛的信道带宽,更高的调制格式,但这些东西是相对简单的。我们已经从2011年的40 MHz频道320 MHz通道12年后。这些只是增量芯片复杂性的修改。”
但有一个主要的,小说除了wi - fi 7是个整合多连杆的关键操作(枣疯病。
“尽管有多种不同的收音机在美联社,客户总是连接到其中一个乐队,不得不选择哪一个连接。wi - fi 7的重大变化是客户端可以连接到多个波段上的美联社同时,”戴维森说。”,它可以使用一次,也可以组合使用它们依赖于设备的能力。”
德斯贾丁斯还强调枣疯病的意义。“wi - fi 7切换不同波段之间的如此之快,它可以切换在包级别。MAC层的层2,wi - fi 7的工作方式是不同于现有技术的工作方式。从来没有一种机制来做快速切换多个频道。从来没有一种啤酒花围绕干扰或跳拥堵,现在。修改和改进的MAC,芯片内的时机。”
所有这些可以进一步开放wi - fi的用例。
“wi - fi 7多链路等功能操作,给你一个高概率低延迟,成为重要的备份相机,显然,设计师需要相信视频信号,司机起床冲来,实时驱动程序,”凯文·罗宾逊说,总裁兼首席执行官无线网络联盟。“今天当你有一个多波段设备,真的只有一个活跃的链接在一个乐队或渠道。与多环节的操作,你可以有两个GHz频道,你可以有一个5 GHz和6 GHz通道和两个链接可以活跃,这意味着一个设备可以选择同时发送相同的数据包在两个链接,增加冗余,提高可靠性。设备也可以看一下这两个链接和做出决定的调度器,它链接可以访问,发送数据包在哪个链接可用第一,改善延迟。除了这些特性外,你还有4 k QAM,高阶调制提高数据速率和传输效率,当你在短的范围。”
因为这一切,wi - fi 7还可以为供应商提供的差异化,wi - fi联盟的罗宾逊说。”这些功能需要大量的智能芯片,在固件或软件栈,来决定哪个部分的数据得到排队,那些其实我想使用多个链接呢?对很多供应商,他们不仅要突出自己在协议实现,但在诸如调度器的复杂性和性能,最终要实现这些功能的全部好处。”
图4:在每个标准的新功能。来源:高通
wi - fi 7时间表
wi - fi 7仍在委员会,但这并没有阻止公司生产wi - fi 7基于,部分原因是wi - fi联盟的成员包括足够的行业公司自信的设置工作。例如,博通最近宣布样品的可用性的第二代无线连接无线芯片组解决方案7。这个选择是建立在公司的第一代wi - fi 7薯条都在wi - fi 7标准的正式批准。
”厚是标准可能会批准明年晚些时候,然而,行业将是航运可互操作的wi - fi 7装置之前,”罗宾逊说。“wi - fi联盟内的工作,使产品进入市场甚至提前批准,因为功能都包含在我们的程序足够成熟和测试,它仍然允许IEEE把收尾工作在一些其他功能,可能会晚一点。”
然而,等待标准完全完成并公布可能有点天真的想法,市场压力和优秀的工程技术人员,Broadcom的德斯贾丁斯指出。“我们的标准工程师能够做什么在过去两位数的几十年中每个公司的参与,这是做同样的事情是确保标准规范是足够清晰年批准之前,所以你可以设计一个向前兼容的芯片或者可能需要某种程度的非常小的可调性在芯片内,“他说。”有很多inter-op之间,不同的玩家在所有这些空间的实际标准。我从未见过任何有意义的小姐为wi - fi向前兼容性。”
安全
的舒适度与安全在wi - fi 7中,因为它是基于WPA3,已经成功应用于wi - fi 6。然而,巴特·史蒂文斯,安全IP产品营销高级总监Rambus,为供应商发出了警示。“WPA3变换的实现需要更关注高吞吐量和低延迟比以前老wi - fi标准,由于更大的带宽。
从本质上说,本地协议,越快越快加密需要跟上链接速度。无线安全使用高级加密标准(AES)密码算法,它使用128 - 192,或256位密钥,并能以10到14时钟周期为加密,根据大小的关键。“老wi - fi标准的协议和实现的缺点只处理128位每10至14时钟周期,通常透支的千兆每秒,仍然不够快wi - fi 6,”史蒂文斯说。“wi - fi 7,这个方案不能跟上了。”
我们会一直生活在一个多协议的世界吗?
既然“可怜的表妹”已经长大的根深蒂固和富裕,人们很容易问任何字母汤的协议可能最终合并或者互相取代。大多数来源发现场景值得怀疑,因为各种各样的原因。
“人们将会生活在一个多协议的世界。这就是现实,”罗宾逊说。“很难想象任何场景中只有一个技术将会满足每一个用例。wi - fi和细胞补充。wi - fi是主要的连接技术在室内,特别是住宅和企业,包括物联网的用例。此事堆栈之上线程和wi - fi。wi - fi代表数量非常可观的物质设备,这是不会改变的。”
理查森表示同意。“我相信这将是多协议,因为每个人都是针对特定的用例与实际价值。例如,蓝牙继续茁壮成长。即使被加上了其他技术,如超宽频测量距离,结合蓝牙,因为低功耗蓝牙已经发现更好的比任何事情都可以。wi - fi甜点非常高的速度与力量好,大楼里的低成本连接。然后细胞得到连接无处不在。随着时间的推移,这些技术可以借鉴其他,或者他们达到一个地步实现相同的理论思想,如OFDMA(原细胞方案)添加到wi - fi。但是有一个明确的地方为每个技术随着时间的推移。每个特定的应用程序将继续优化。”
德斯贾丁斯认为有更多的可能是一个将来发散,收敛。至于细胞与wi - fi,他说已经问和回答。
“不管有多少努力在5 g细胞启动时代,这是一个技术,只是还没有发生,”他说。“有很多人试图使融合的wi - fi和细胞之间或未经授权和授权技术。它只是不工作。的技术架构,它们有一定的优点和某些缺点。细胞显然非常适合户外保险,非常适合高速运动。但这是一个昂贵的安装技术。wi - fi是更多的室内技术,尽管它在户外工作。这不是上班的东西当你沿着高速公路开车。这真是一个静止或缓慢移动的技术,但它是令人难以置信的廉价推出。”
尽管如此,有很多支持。“你有两个不同的非常重要的技术,有不同的优点和缺点,但它是不可能将它们集成到一个单一的技术,”德斯贾丁斯说。”然后并行,还有其他的技术,有自己的空间,工作得很好。蓝牙,显然,对于音频。这是非常低的成本。有300亿台设备,超过有wi - fi -所以它有它自己的优点。然后我们看到这些技术无线个域网和线程进入他们自己的,他们很便宜,他们只是不需要移动数据。所以你有许多不同的需求在整个交流空间,从每月一次发送1个字节而不是燃烧你的电池,而不是花费很多,一直到5或10吉比特每秒的吞吐量较低的延迟。这是截然不同的,所以多种技术将继续存在。行业太大、太根深蒂固的对任何客户真的把他们中的任何一个。”
而普遍的共识是,独立的通信协议将继续服务于不同的细分市场,那McClearnon,产品经理在Keysight,指出频谱使用已经混合现实原因。
“苹果开始,上一代iPhone,以及能够翻身wi - fi打电话,“McClearnon说。“多模无线架构将继续扩大。例如,在5 g 28 GHz频率范围有两种(FR2)乐队,他们正在做聪明的波束形成城市峡谷。在纤维之间,DOCSIS通过有线电视网络、移动网络、卫星,你这个数据革命在高度的每个阶段,埋在地面以及开销,提供这种越来越无处不在的报道。只要有钱可赚,会有一个驱动向创新在技术层面来填补这些缺口。”
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