De relatie tussen Wi-Fi 7 en frequentieregeling

Wi-Fi heeft een bereik van radiofrequenties nodig waarop apparaten kunnen inbellen om te communiceren. Wi-Fi maakt al jaren gebruik van de 2,4 GHz- en 5 GHz-frequentiebanden en apparaten kiezen een kanaal met de minste interferentie.

De explosieve groei van het aantal aangesloten apparaten heeft de capaciteit onder druk gezet. Volgens de Wi-Fi Alliance zouden er alleen al in 2024 4,1 miljard apparaten met Wi-Fi worden verkocht. Wanneer miljoenen apparaten concurreren om een beperkt aantal toegangspunten en kanalen binnen bepaalde frequentiebanden, zijn verkeersopstoppingen en verbroken verbindingen onvermijdelijk. Het is tijd om op zoek te gaan naar een andere band, en dat is wat Wi-Fi 7 biedt, samen met de vorige versie, Wi-Fi 6E.

Met Wi-Fi 7 kunnen apparaten ook de 6 GHz-frequentieband gebruiken. Het toevoegen van een hele nieuwe spectrumband is als het toevoegen van een hele nieuwe snelweg met extra rijstroken die nog meer verkeer kunnen verwerken. Wat vooral spannend is aan Wi-Fi 7 is dat het ook de kanaalgrootte vergroot van 160 MHz naar 320 MHz. Als gevolg hiervan voegt het gebruik van 6 GHz meer banen (kanalen) toe en maakt elk kanaal breder, wat betekent dat gegevens van meer apparaten sneller stromen. Het eindresultaat is een betere gegevensdoorvoer, een grotere betrouwbaarheid en een kortere wachttijd.

Met gegevenssnelheden van meer dan 30 Gbps levert Wi-Fi 7 dekking met hoge snelheid en lage latentie voor een breed scala aan toepassingen zoals AR, VR, hoge-resolutie videostreaming en IoT-connectiviteit.

Het probleem met het verhuizen naar de 6 GHz-band is dat andere entiteiten er al gebruik van maken. Federale instanties zoals het Ministerie van Defensie en NASA gebruiken de band voor satellietcommunicatie en zullen het niet op prijs stellen dat Wi-Fi-apparaten zich in hun territorium begeven. Om de 6 GHz-band te gebruiken en tegelijkertijd de gevestigde spectrumbandgebruikers met rust te laten, is extra technologie nodig die bekend staat als Automated Frequency Coordination (AFC).

Aanvullende technologieën voor Wi-Fi 7

Met Wi-Fi 7 krijgen we meer en bredere kanalen voor toegang tot connectiviteit. Dankzij een reeks complementaire technologieën kunnen gebruikers de meeste verwerkingscapaciteit uit de spectrumbanden halen, waardoor elk kanaal efficiënter wordt gebruikt.

AFC

AFC maakt Wi-Fi-gebruik mogelijk zonder inbreuk te maken op de gevestigde gebruikers van de 6 GHz-band. Het werkt door de informatie van bestaande gebruikers, inclusief antennelocaties en hun richting en andere parameters, in een database in te voeren. Een nieuwe Wi-Fi 7-verbinding controleert deze database om er zeker van te zijn dat deze geen inbreuk maakt op hetzelfde deel van het spectrum en geen interferentie veroorzaakt.

Multi-Link Operations (MLO)

MLO betekent de mogelijkheid om een gegevensstroom op te splitsen in meerdere eenheden en ze gelijktijdig door verschillende kanalen in dezelfde frequentieband te leiden. MLO in Wi-Fi 7 gaat nog een stap verder en maakt het mogelijk om gegevens via meerdere kanalen en banden te streamen. In een dergelijk geval kan een enkele gegevensstroom worden gerouteerd via 2,4 GHz, 5 GHz of 6 GHz, afhankelijk van de beschikbaarheid. Hierdoor verloopt de gegevensoverdracht sneller en zijn er geen vertragingen als de kanalen verstoord of niet beschikbaar zijn.

4K-kwadratuuramplitudemodulatie (4K QAM)

Met QAM kan veel informatie worden verzonden door signalen van verschillende amplitudes en fasen over elkaar heen te leggen om meer uit het spectrum te halen. Omdat de golven elkaar niet overlappen, is de transmissie niet ruisgevoelig. De 4K betekent dat er meer dan 4.000 signalen tegelijk door kunnen. Wi-Fi 7 standaardiseert de technologie en verlaagt de latentie door de capaciteit te vergroten.

Daarnaast werkt Wi-Fi 7 op orthogonale frequency-division multiple access (OFDMA) met Multiple Resource Units (MRU's), die gegevens opsplitst in kleinere pakketten voor een snellere doorvoer. MRU's verlagen de latentie voor meerdere gebruikers met 25% en MLO verbetert de latentie voor één gebruiker met 80%.

Frequentieregeling voor Wi-Fi

De technologie die Wi-Fi 7 mogelijk maakt is indrukwekkend en is afhankelijk van een strakke frequentieregeling. Het inpakken van gegevens in kanalen, hoe efficiënt ook, vereist absolute precisie; anders kunnen signalen elkaar verstoren en leiden tot slechte prestaties.

De nieuwe Wi-Fi-standaarden vereisen moderne radio's op zowel het apparaat als de toegangspunten. Deze uiterst capabele radio's kunnen gelijktijdig afstemmen op meerdere frequentiebanden, om gereserveerde kanalen heen werken zoals beschreven door AFC en het spectrum vullen met dichte informatie met behulp van 4K QAM. Ze zijn afhankelijk van elektronische componenten die kunnen werken met extreem lage faseruis en hoge stabiliteit om een stabiele signaaloverdracht te garanderen.

Het is belangrijk om faseruis en jitter zo laag mogelijk te houden om gegevensintegriteit te behouden en foutpercentages te verlagen. Het is nu niet genoeg om een stabiele frequentie te hebben; signalen kunnen het zich niet veroorloven om in de loop van de tijd en door temperatuur te verzwakken. Trillingen, schokken en degradatie op lange termijn kunnen de prestaties beïnvloeden en moeten worden meegenomen in de ontwerpfase.

Componenten voor frequentieregeling

Kristallen, oscillators en vermogeninductors zijn van vitaal belang voor het leveren van de zeer nauwkeurige frequentieregeling die Wi-Fi-systemen nodig hebben.

Oscillators voeren alle taken uit die nodig zijn voor gegevensoverdracht, waaronder het produceren van een stabiel signaal, het zorgen dat de timing voor alle communicatie synchroon is en het bepalen van de draaggolffrequentie waarmee gewerkt moet worden. Vaak gekoppeld aan oscillators, verfijnen kristallen de uitvoer die oscillators genereren en fungeren ze als stemvorken om frequentiesignalen strak gefocust en nauwkeurig te houden. In combinatie met condensators vormen spoelen LC-circuits waarmee Wi-Fi-systemen zich kunnen richten op specifieke frequentiebanden en externe ruis kunnen uitfilteren.

ECS Inc. produceert een breed assortiment kristallen, oscillators en inductors die nodig zijn voor Wi-Fi 7-systemen. Zo zijn de SMD-kristallen (surface-mount) van ECS verkrijgbaar in een groot aantal verschillende formaten en bieden ze een groot temperatuurbereik tot 150 °C.

De ECX-1637B-serie (Afbeelding 1) is ideaal voor draadloze toepassingen. Het zijn compacte SMD-kristallen in een 2,0 mm x 1,6 mm x 0,45 mm 4-pad behuizing. Ze bieden een lage eerstejaars veroudering van ±1 ppm en een tolerantie en stabiliteit van ±10 ppm beschikbaar bij -30 °C ~ 85 °C.

Afbeelding 1: De ECX-1637B compacte kristallen met lage veroudering voor oppervlaktemontage (SMD) hebben een breed frequentiebereik van 16 MHz tot 96 MHz en zijn zeer geschikt voor draadloze toepassingen. (Bron afbeelding: ECS)

De ECX-2236B-serie heeft SMD-kwartskristallen met een lage ESR en een lage eerstejaarsveroudering van maximaal ±1 ppm. De ECS-33B-serie biedt een frequentiebereik van 10 MHz ~ 54 MHz en nauwe eerstejaars ±1 ppm veroudering beschikbaar over het standaard industriële temperatuurbereik van -40 °C ~ 85 °C. Deze functies zijn ideaal voor moderne IoT-, draadloze en Wi-Fi-toepassingen.

ECS verkoopt ook een reeks keramische oscillators. De ECS-2520MV-serie is ideaal voor het bereik van 0,750 MHz tot 160 MHz, terwijl de ECS-2520SMV-serie het meest geschikt is voor 8 MHz tot 60 MHz. Beide series bieden een temperatuurbereik van -40 °C tot 105 °C.

Afbeelding 2: De ECS-2520MV-serie zijn miniatuur SMD hoge-snelheid CMOS-oscillatorsn die ideaal zijn voor draadloze toepassingen. (Bron afbeelding: ECS Inc.)

Tot slot biedt ECS een reeks vermogeninductors met een brede inductie en een breed temperatuurbereik. De specificaties verschillen per serie, of het nu gaat om de ECS-MP12520, de ECS-MP14040 of de ECS-MPIL0530.

Afbeelding 3: Vermogeninductors van ECS dekken een breed inductie- en temperatuurbereik en zijn een essentieel onderdeel van Wi-Fi-systemen. (Bron afbeelding: ECS Inc.)

Alles samenvattend

Om het volledige potentieel van Wi-Fi 7 te realiseren, zijn verschillende componenten nodig. De oscillator verankert het circuit en creëert een basisfrequentie die het kristal vervolgens nauwkeurig afstemt. De vermogeninductor in het circuit zorgt ervoor dat geen vreemde signalen de benodigde frequentie belemmeren en dat spanningsschommelingen worden afgevlakt. Dit frequentiebesturingssysteem wordt vervolgens gecombineerd met elementen zoals antennes voor het overbrengen van signalen en microcontrollers voor gegevensverwerking.

Conclusie

Wi-Fi 7 belooft een kwantumsprong te maken in de betrouwbaarheid van het medium, een die wordt ondersteund door robuuste frequentieregeling. Hardwarecomponenten zoals oscillators, kristallen en spoelen vormen de basis van geavanceerde Wi-Fi-circuits en zijn betrouwbare werkpaarden voor deze al lang bestaande communicatietechnologie. Op de lange termijn zal de groei van industriële automatisering en AI de druk op Wi-Fi waarschijnlijk verhogen en zal de communicatietechnologie opnieuw evolueren.