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Wi-Fi 7 对射频前端带来了哪些挑战？如何应对？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2024年04月20日 18:43

4月11日，全球领先的连接和电源解决方案供应商 Qorvo在北京举办了以“春光作序，万物更‘芯’”为主题的媒体日，展示了多领域创新成果并深入探讨前沿技术与市场动态。其中就包括了Qorvo面向Wi-Fi 7 规范的前端射频模块（Front End Module）器件与涵盖整个 5GHz（UNII1-3）与 6GHz（UNII5-8）的「体声波」（BAW）滤波器。

Wi-Fi 7 带来了哪些升级？

2024年1月9日，Wi-Fi 标准的组织 Wi-Fi 联盟正式宣布，已完成并推出了 Wi-Fi 7 高级无线标准的认证，适用的终端产品可以正式获得“Wi-Fi 7认证”（Wi-Fi CERTIFIED 7™）并以此进行销售。

Wi-Fi 7 作为下一代无线通信技术标准，引入了 320MHz 带宽、多链路操作（MLO，Multi-Link Operation）、4096 阶正交幅度调制（4K QAM）以及灵活的信道选择等多项突破性技术，将带来更高的数据传输速率、更低的延迟以及更强的网络连接稳定性，为用户提供更加流畅和高效的网络体验。

具体来说，Wi-Fi 7 带来了320 MHz信道，相比之前的Wi-Fi 6涵盖了2.4GHz、5GHz频段，Wi-Fi 6E和Wi-i 7则带来了对于6GHz频段的支持，相比上代的Wi-Fi 6 的带宽翻倍。同时，WiFi 7 还能够支持最多 16 根天线发送，16 根天线接收信号（ 16 x 16 ），相比上一代标准 8 根天线发送，接收信号也多了一倍，有助于实现高达46Gbps的传输速度和吞吐量，达到Wi-Fi 6的4.8倍。

Wi-Fi 7 还支持多链路操作 (MLO)，允许设备通过多个链路同时传输和接收数据，以提高吞吐量、减少延迟并提高可靠性。这本质上是一种无线链路聚合，即分布在2.4 GHz、5GHz和6GHz频带中的两个或三个频带上的绑定连接，可为用户提供更高的速度和稳定性。

△Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Jeff Lin（林健富）

“MLO是Wi-Fi7杀手级的关键技术。”Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Jeff Lin（林健富）进一步解释称，以前我们在连Wi-Fi的时候，即使设备支持2.4GH和5GHz双频，但是只能是2.4GHz去连2.4GHz，或者5GHz去连5GHz，所以总会有一个频段空着没有用。而现在的Wi-Fi 7支持2.4GHz、5GHz、6GHz三个频段，并且支持三个频段的无线链路聚，所以当一个频段拥挤的时候，就能分出去把其他空闲的频段利用起来，提升利用率。”

由于所有三个频段同时可用，所以数据包可以立即发送出去，使得Wi-Fi 7 在延迟方面更具优势。据华为实验室测算数据显示，MLO双频聚合技术能提升高达92%的速率，以及降低77%的时延。而且MLO双频聚合技术还扩大了高速网络的核心覆盖区，让用户在家庭主要活动区域和高频使用场景中均可以获得更好的网络使用体验。

在调制技术方面，Wi-Fi 7 从之前的1024阶正交幅度调制（1024 QAM）现在变成了4K QAM，每个OFDM子载波可以编码 12bit 数据，可以使得峰值 PHY 数据速率比 1024 QAM 增加了 20%。这也意味着延时可以降低20%。

此外，Wi-Fi 7 还支持前导码打孔技术（Preamble Puncturing），过往繁忙的频道表示无法充分使用频段，数据只能通过主要频道发送。现在，通过前导码打孔技术技术，能够自动跳过干扰堵塞的信道，起到提升传输效率和降低时延的效果，带来更高稳定的网络体验。

Jeff Lin向芯智讯解释道：“以前Wi-Fi在传输的时候是一个频道对一个频道在传输，比如传的资料是一整串，占用三个Channel，如果其中一个Channel被干扰了，那么这批已经传输的数据就作废了，可能要另外找一个干净的Channel去连。现在Wi-Fi 7所带来的革新是，传输数据如果需要三个Channel，中间一个Channel坏掉了也没关系，它会帮你找另外一个可以用的Channel继续传，全部的数据都不用重传了，大大增加了Wi-Fi 7的传输效率。”

不过，需要说明的是，从技术创新的角度来看，以上这些技术并不是“新技术”，这些技术早在4G LTE、5G通信技术上就有被应用，但是如果与Wi-Fi 6 相比，Wi-Fi 7 把这些技术和功能放到了它的规范里，这确实是一个很大的进步。

Wi-Fi 7 对射频前端带来了哪些挑战？

虽然Wi-Fi 7 相比Wi-Fi 6 带来了众多技术升级，但对射频前端也提出了更多的挑战，例如需要更多的前端模块（FEMs）、实现至少 -47dB 的 EVM、兼容数字预失真（DPD）、高效利用非连续频谱，并强化滤波性能以改善信号隔离等。

首先，Wi-Fi 7 带来了需要支持的频段的增加，使得需要更多的射频前端模块。Wi-Fi从一开始的2.4GHz频段发展到5GHz频段，发展了十几年，如果需要进一步的提升，必然需要开放6GHz频段。

但是，目前针对6GHz这个频段，全世界有些国家是开放的，有些国家是准备要开放的但还没有开放的。6GHz这个频段分成了四个不同的区域，UNII-5、UNII-6、UNII-7、UNII-8，涵盖了从5929MHz到7125MHz的频段。其中，美国大部分地区是开放了所有的频段；欧洲虽然有开放6GHz，可是只开放了UNII-5；日本等多个亚洲国家以及澳大利亚目前也只开放了UNII-5。因此，要做Wi-Fi 7 的三频段，不仅要支持原来的2.4GHz和5GHz频段（原来的Wi-Fi 6E的三频路由是把5G频段切成了两个子频段），还要针对不同地区开放的不同6GHz频段切割出来的区域进行支持，这也意味着Wi-Fi 7 的AP成本可能会增加，至少需要多一组从发射机到射频前端到天线。

其次，Wi-Fi 7的调变技术升级成了4K QAM，虽然可以传输更多的数据，但是因为在同一个空间内可以塞入的数据变多了，这就会带来更容易出现错误。如下图所示，如果以图形的概念来理解的话，每个白色的小点代表的就是一个数据，那么1024 QAM就像是一组相对稀疏的数据点形成的图形，相比之下4K QAM 则就是一组更为密集的数据点形成的图形。那么，当需要选择一个数据点的时候，越稀疏的点就越容易被找到，越密集的数据点就越容易出错。因此，如果要保障数据传输的稳定性（避免衰减或者干扰），4K QAM所带来的挑战就是矢量幅度误差（EVM）要求更高，需要做到-47 dB，而1024 QAM的时候只要做到-43 dB即可。

第三，多链路操作 (MLO)允许设备通过多个链路同时传输和接收数据，就需要更多的射频前端来支持更多的频段，同时还要确保每个频段之间不会相互干扰，那么就需要增加更多的滤波器来解决，增加连接的成功率和稳定性。

面向Wi-Fi 7，Qorvo提供了完整的射频前端解决方案

作为射频前端模块（FEM）技术领域的领导厂商，Qorvo为了应对 Wi-Fi 7 的新挑战，提供了完整的射频前端解决方案。

据介绍，Qorvo 的 FEM 模块包括了线性（Linear）和非线性（Non-Linear）两种。其中，线性Wi-Fi 7 FEM 有着极佳的线性度（Linearity）同时具备低功耗、小封装、高整合的特性；非线性前端射频模块则可大幅降低功耗，同时将 PAE 提升到极致。这种创新的非线性前端射频模块方案结合DPD技术，可以在几乎不需要任何处理器功耗的情况下实现与线性 FEM 相当的性能，且效率更高。

Jeff Lin解释称，目前的射频PA有两种，一种是线性PA，另一种则是非线性（Non-Linear）PA。所谓线性PA，就是指其大部分工作范围里都是线性的，假设达到很大功率的时候，到达那个点以后，它就崩溃了，会造成失真的状况。所以，其在工作范围内，是可以做的很好，且可以被预测的；非线性PA，指的是其本身的工作范围是非线性的，不容易崩溃出现失真的问题，但是需要呈现线性的结果以便分析，所以必须要搭配数字预失真补偿（DPD）。所谓DPD，就是知道非线性PA的曲线是什么样，然后根据这个非线性PA的状况产生一个相反的信号，两个信号相加后就变成线性的了。

相比较来说，非线性PA的优势在于，在同样的发射功率底下，非线性PA比线性PA更省电。根据 Qorvo的测试结果，非线性PA比线性PA可以减少25%到30%的功耗。

同样，相比线性FEM ，非线性FEM DPD的方案对于Wi-Fi 7来说也是更有优势的，其不仅很好地解决了 EVM 的问题，还在功率效率上实现了很大的提升。例如使用 Qorvo 的非线性 FEMs 的三频 12 流路由器，预计可以节省大约 6 瓦（～6W）的功率。但是，这也会带来新的挑战，比如需要投入更多的资源，需要开发对应的算法，还需要Wi-Fi主芯片厂商的配合。

“虽然非线性PA是好东西，可是它需要的技术的含量和技术支持要求比较高。目前DPD的演算法本身由Wi-Fi主芯片的厂商提供。比如像高通，同时有好几家不同的PA厂商跟它有合作，但他如果要针对每家厂商的非线性PA做一套对应的软件搭配，显然需要更多的投入，因为每一家做出来的非线性PA都是不一样的。” Jeff Lin进一步指出：“Qorvo与主要的Wi-Fi主芯片厂都有合作。”

不过，据Qorvo透露，目前其与中国客户合作的还是以线性PA为主，欧美客户会比较在省电特性，所以他们偏向于非线性PA。

此外，面对Wi-Fi 7 的多频段支持以及相互之间的抗干扰要求， Qorvo 除了拥有符合 Wi-Fi 7 规范的FEM，还拥有涵盖整个 5GHz（UNII1-3）与 6GHz（UNII5-8）的“体声波”（BAW）滤波器。

Jeff Lin告诉芯智讯，“现在Wi-Fi7有三个频段，我们要确保每个频段之间有很好的隔离度，不会互相干扰，所以滤波器本身也是很重要的。而且，正如前面提到的，在6GHz频段上，不同国家开放的子频段是不一样的，被切成了UNII5-UNII8，所以就会产生更多的频段组合。不管客户需要切哪个频段，我们都有相对应的滤波器。我们会跟Wi-Fi主控芯片厂商一起搭配，可以提供FEM＋滤波器一整套解决方案给客户。”

对于Wi-Fi 7 在射频前端和滤波器整体成本相比Wi-Fi 6 将会增加多少的问题，Jeff Lin回应称，“Wi-Fi 7要支持6GHz频段，需要多一组FEM，成本会增加，但是幅度不会很高，因为现在这个行业竞争太激烈了。以前一个新的标准出来，竞争对手跑的比较慢，我们还有一些红利，现在中国厂商的技术也很厉害，一开始可能做的比我们略差一些，但是价钱可能只有我们的50%。总体来说，Wi-Fi 6和Wi-Fi 7的成本是差不多的，虽然它要求比较高，但是受整个行业趋势影响，我们也不得不把销售的价格往下降。”

2028年之后Wi-Fi 7 出货量才会超过Wi-Fi 6

虽然今年1月，Wi-Fi 7 高级无线标准的认证才正式开始，但是在去年就有不少厂商推出了相关的Wi-Fi 7 产品。总的来说，近年来，Wi-Fi 产品的迭代似乎在加快。

据Jeff Lin介绍，目前出货量最大的已经是Wi-Fi 6，而不是Wi-Fi 5 。因为，在新冠疫情的那几年，很多人都是居家办公、在线学习，所以那段时间Wi-Fi 6 产品增长的速度非常快。Wi-Fi 7 虽然刚推出不久，但是它的全球出货量份额今年应该能到5%。

不过，Wi-Fi 7 接下来的增长可能不像之前的Wi-Fi 6 那样的快。一方面是缺乏像新冠疫情带来的居家办公、在线学习需求那样的助推剂；另一方面则是Wi-Fi 7 设备的成本会更高一些，且用户的换机动力不足。因此，Jeff Lin认为，未来两三年Wi-Fi 6 仍将是主流，Wi-Fi 7会慢慢增长，可能要到2028年以后，Wi-Fi 7 才会超过Wi-Fi 6 。

不过，上游的芯片厂商的产品策略可能会加速这一进程。比如，现在一些Wi-Fi 芯片厂商已经开始减少Wi-Fi 5 芯片的出货，并逐步停产，主推Wi-Fi 6。芯片厂商和供应链都会逐步淘汰这些旧的技术，去推新的技术。同样，几年后，Wi-Fi 6 芯片会逐步减少供应，以加速Wi-Fi 7 的普及。

下一代的Wi-Fi 8 会是什么样？

随着Wi-Fi 7 商用，外界也是非常的好奇，未来的Wi-Fi 8有会带来哪些新的升级。

对此，Jeff Lin表示，Wi-Fi 8目前还在讨论阶段。以现在的技术做到Wi-Fi 7的4K QAM已经是极限了，如果期待在Wi-Fi 8的调制技术升级成8K QAM，势必EVM需要做到更低，可能要做到-51 dB，甚至-53 dB，但以目前的技术来说是办不到的，这是一个很大的挑战，后面怎么做目前不知道。

“另外，在频段方面，很多客户也在想Wi-Fi 8会不会去开放毫米波的频段，目前来看还不会。其实Wi-Fi很多技术都是从手机那边沿用过来的，毫米波可能会在手机上用到成熟、很普遍的时候，才会进入到Wi-Fi，因为Wi-Fi是需要免费的频段，它演变的进程会比5G甚至后面5.5G、6G慢，所以频段这个问题很难处理，每个国家会法规都会有不同。”Jeff Lin说道。

从Wi-Fi 5 到 Wi-Fi 6 的演变来看，Wi-Fi 6 最大的变化是采用了全新的OFDMA调变。而从Wi-Fi 6到Wi-Fi 7 很多基础的东西都还是一样的，新的MLO、RU Pouching等技术主要是提升了利用率、降低了延迟。未来Wi-Fi 8 可能大部分还是会和Wi-Fi 7一样，是把手机蜂窝通信当中的一些成熟的技术拿过来用。

编辑：芯智讯-浪客剑

发布于：广东