Relationen mellan Wi-Fi 7 och frekvensstyrning

WiFi behöver ett antal radiofrekvenser som enheter kan använda för att kommunicera. WiFi har under många år använt frekvensbanden 2,4 och 5 GHz, och enheterna använder en kanal med den lägsta mängden störningar.

Den explosionsartade ökningen av antalet uppkopplade enheter har lett till kapacitetsbrist. 4,1 miljarder enheter med WiFi förväntas levereras bara under 2024, enligt Wi-Fi Alliance. När miljontals enheter konkurrerar om ett begränsat antal åtkomstpunkter och kanaler inom specificerade frekvensband är det oundvikligt med trafikstockningar och avbrutna anslutningar. Det är dags att leta efter ett annat band, vilket är vad Wi-Fi 7 erbjuder, tillsammans med dess tidigare variant, Wi-Fi 6E.

Med Wi-Fi 7 kan enheter även använda frekvensbandet 6 GHz. Att lägga till ett helt nytt frekvensband är som att lägga till en helt ny motorväg med extra filer som kan absorbera ännu mer trafik. Det som är särskilt spännande med Wi-Fi 7 är att det även ökar kanalstorleken från 160 till 320 MHz. Genom att använda 6 GHz tillförs fler kanaler och respektive kanal blir bredare, vilket innebär att data från fler enheter flödar snabbare. Slutresultatet är bättre dataflöde, större tillförlitlighet och minskad fördröjning.

Med datahastigheter på över 30 Gbit/s ger Wi-Fi 7 täckning med hög hastighet och låg latens i en stor mängd tillämpningar som AR, VR, högupplöst videostreaming och IoT-anslutning.

Problemet med att flytta till 6 GHz-bandet är att andra enheter redan har utnyttjat det. Federala myndigheter som försvarsdepartementet och NASA använder bandet för satellitkommunikation och uppskattar kanske inte att WiFi-enheter tar sig in på deras territorium. För att kunna använda 6 GHz-bandet och samtidigt lämna användarna av de etablerade frekvensbanden i fred krävs ytterligare teknik som kallas AFC (automatiserad frekvenskoordinering).

Kompletterande teknik för Wi-Fi 7

Med Wi-Fi 7 får vi fler och bredare kanaler för tillgång till uppkoppling. En rad kompletterande tekniker gör det möjligt för användare att få ut mesta möjliga genomströmning ur frekvensbanden, vilket gör att respektive kanal används mer effektivt.

AFC

AFC möjliggör användning av Wi-Fi utan att inkräkta på etablerade användare inom 6 GHz-bandet. Det fungerar genom att befintlig användarinformation - inklusive antennplaceringar och deras riktning - och andra parametrar matas in i en databas. En ny Wi-Fi 7-anslutning kontrolleras mot databasen för att säkerställa att den inte inkräktar på samma del av frekvensbandet och orsakar störningar.

MLO (användning av flera länkar)

MLO innebär att man kan dela upp en dataström i flera delar och skicka dessa genom olika kanaler i samma frekvensband samtidigt. MLO i Wi-Fi 7 tar denna kapacitet ett steg längre och gör det möjligt för data att flöda genom flera kanaler och frekvensband. I sådana fall kan en enda dataström dirigeras via 2,4, 5 eller 6 GHz, beroende på tillgänglighet. Det medför att dataöverföringen går snabbare och inte drabbas av fördröjningar om kanalerna försämras eller inte är tillgängliga.

4K QAM (fyrdubbel amplitudmodulering)

QAM gör det möjligt att skicka mycket information genom att överlagra signaler med olika amplituder och faser för att få ut mer av frekvensbandet. Eftersom radiovågorna inte överlappar varandra innehåller överföringen inga störningar. 4K innebär att mer än 4000 signaler kan skickas samtidigt. Wi-Fi 7 standardiserar tekniken och minskar fördröjningen genom att öka kapaciteten.

Wi-Fi 7 använder dessutom OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) med MRU (Multiple Resource Units), som delar upp data i mindre paket för snabbare genomströmning. MRU sänker fördröjningen för flera användare med 25 % och MLO förbättrar fördröjningen för en användare med 80 %.

Frekvensstyrning för Wi-Fi

Den teknik som möjliggör Wi-Fi 7 är imponerande och bygger på noggrann frekvensstyrning. Att packa data i kanaler, hur effektivt det än är, kräver absolut precision, annars kan signalerna störa varandra och leda till dålig prestanda.

De nya Wi-Fi-standarderna kräver moderna radiosändare både i enheterna och i åtkomstpunkterna. Dessa högeffektiva radioenheter kan ställa in flera frekvensband samtidigt, kringgå reserverade kanaler enligt AFC:s beskrivning och fylla frekvensbandet med tät information via 4K QAM. De är beroende av elektroniska komponenter som kan arbeta med extremt lågt fasbrus och hög stabilitet för att garantera en stabil signalöverföring.

Att hålla fasbrus och jitter så lågt som möjligt är viktigt för att upprätthålla dataintegriteten och minska felfrekvensen. Nu räcker det inte bara med en stabil frekvens, utan signalerna får inte heller dämpas med tid och temperatur. Vibrationer, stötar och långvarig försämring kan påverka prestandan och måste tas med i beräkningen under konstruktionsfasen.

Komponenter för frekvensstyrning

Kristaller, oscillatorer och effektinduktorer är avgörande för att leverera den frekvensstyrning med hög precision som WiFi-system behöver.

Oscillatorer utför alla de uppgifter som krävs för dataöverföring, inklusive skapandet av en stabil signal, se till att all kommunikation är synkroniserad och bestämma den bärfrekvens som ska användas. Kristallerna, som ofta är kopplade till oscillatorer, finjusterar den signal som oscillatorn genererar och fungerar som stämgafflar för att hålla frekvenssignalerna fokuserade och exakta. I kombination med kondensatorer bildar induktorer LC-kretsar, som gör det möjligt för WiFi-system att fokusera på specifika frekvensband och filtrera bort ovidkommande störningar.

ECS Inc. tillverkar ett stort sortiment av kristaller, oscillatorer och induktorer som behövs för Wi-Fi 7-system. Det finns exempelvis ytmonterade (SMD) kristaller från ECS i ett stort urval av kapslingsstorlekar med breda temperaturområden upp till +150 °C.

Serien ECX-1637B (figur 1) är perfekt för trådlösa tillämpningar. De är kompakta ytmonterade kristaller i en kapsling med 4 stift på 2 x 1,6 x 0,45 mm. De har en låg åldring under första året på ±1 ppm och en tolerans och stabilitet på ±10 ppm i -30 till +85 °C.

Figur 1: Den ytmonterade kompakta kristallen ECX-1637B med låg åldring har ett stort frekvensområde på 16 till 96 MHz och är väl lämpade för trådlösa tillämpningar. (Bildkälla: ECS)

Serien ECX-2236B innehåller ytmonterade kvartskristaller med låg ESR och låg åldring under det första året på max ±1 ppm. SerienECS-33B har ett frekvensområde på 10-54 MHz och en låg åldring under första året på ±1 ppm inom det industriella standardtemperaturområdet -40 till +85°C. Egenskaperna är perfekta för moderna tillämpningar för IoT, trådlös kommunikation och Wi-Fi.

ECS säljer även en mängd keramiska oscillatorer. Serien ECS-2520MV är perfekt i området 0,750 till 160 MHz, medan serien ECS-2520SMV är bäst lämpad för 8 till 60 MHz. Båda serierna har ett temperaturområde på -40 till +105°C.

Figur 2: Serien ECS-2520MV består av ytmonterade CMOS-oscillatorer i miniatyrformat som är perfekta i trådlösa tillämpningar. (Bildkälla: ECS Inc.)

Slutligen erbjuder ECS ett sortiment av effektinduktorer som omfattar ett stort induktans- och temperaturområde. Specifikationerna varierar beroende på serie, oavsett om det är ECS-MP12520, ECS-MP14040 eller ECS-MPIL0530.

Figur 3: Effektinduktorer från ECS omfattar ett stort induktans- och temperaturområde och är en viktig komponent i WiFi-system. (Bildkälla: ECS Inc.)

Sammanfattning

För att utnyttja den fulla potentialen hos Wi-Fi 7 krävs flera komponenter. Oscillatorn förankrar kretsen och skapar en basfrekvens som kristallen sedan finjusterar. Kretsens effektinduktor ser till att inga främmande signaler hindrar den önskade frekvensen och jämnar ut spänningsvariationer. Detta system för frekvensstyrning kombineras sedan med delar som antenner för överföring av signaler och microcontroller för databehandling.

Sammanfattning

Wi-Fi 7 ser ut att bli ett stort språng för mediets tillförlitlighet, ett språng som robust frekvensstyrning är en förutsättning för. Hårdvarukomponenter som oscillatorer, kristaller och induktorer ligger till grund för avancerade WiFi-kretsar och är pålitliga arbetshästar för denna långlivade kommunikationsteknik. På lång sikt kommer tillväxten inom industriell automation och AI sannolikt att öka trycket på Wi-Fi, och kommunikationstekniken kommer att utvecklas ännu en gång.