连接性技术专题问答:网状 Wi-Fi 系统增强智能家居应用

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在当今的智能家居中,用户经常纠结于信号范围和质量(不满意信号覆盖范围和信号质量)。根据 Statista 的 2020 年度报告,随着 2025 年全球联网设备的安装基数上升至预计的 754.4 亿台,这些担忧将持续加剧。网状 Wi-Fi 是克服这一挑战的解决方案。在此篇博客文章中,Tony Testa 分享了非常实用的建议,即采用网状 Wi-Fi 系统来增强全新智能家居应用。

Statista 的 2020 年度报告
https://www.statista.com/statistics/471264/iot-number-of-connected-devices-worldwide/
 
Q:什么是网状 Wi-Fi 系统,它如何帮助实现更佳的居室覆盖?
 
A:分布式或网状 Wi-Fi 系统包括一台连接到主调制解调器的路由器,以及放置在家庭中的多个类似卫星路由器的设备或节点,以提供完整的 Wi-Fi 覆盖。节点越多,连接范围就越广。
 
当今的网状网络:
自配置——可自动将新节点合并至现有基础设施网络中,而无需网络管理员进行任何调整。
自我修复——即使节点被阻塞或信号丢失,网络也会自动搜寻到最快、最可靠的数据发送路径。
运行速度更快——由于本地数据包不必传输回中央服务器,因此这些卫星节点可独立处理数据。
让网络具备适应性及可扩展性——网状节点可根据覆盖范围大小的需要轻松安装或卸载。
可在不同频率上设置单一的服务集标识符(SSID),而过去需要在不同频段上为多个路由器分别命名——如“家庭 Wi-Fi” vs. “家庭 Wi-Fi 2.4/家庭 Wi-Fi 5 GHz”。
 
如今的智能家居充斥着采用各类技术和多个标准的众多服务(如安全、照明等)。从历史上看(在过去),向家庭提供主要互联网接入的网关设备负责 Wi-Fi 的传输,但每项附加服务都要求数个中央控制器。展望未来,网关设备将配备多种嵌入式无线解决方案,如 Wi-Fi、Bluetooth® Low Energy(BLE)、Zigbee 和 Thread。这将减少对单个中央控制器的需求,相同的无线标准和功能将添加到 Wi-Fi 网状系统(扩展器和中继器)中。
 
由于家庭中通过已建立的分布式/网状 Wi-Fi 系统访问互联网/云,因此其它 BLE、Zigbee 和 Thread 系统可利用 Wi-Fi 网状网络作为承载数据的回程。Wi-Fi 6 的实施进一步促进了这一点,它支持超过 4 倍的用户和连接,从而实现约 4 倍速率的吞吐量。额外的好处是,其经过高度优化,可用作所有其它附加服务(安全、照明、音频分发、环境控制等)的局域网系统。
 
Q:Wi-Fi 制造商在网状 Wi-Fi 设计中面临哪些常见的 RF 挑战?
 
A:以下是我从 Wi-Fi 制造商那里了解到的一些基本挑战:
 
散热——对更小尺寸的需求使最终产品的散热变得十分复杂。
 
抗干扰的稳健性——需要多个无线解决方案来管理分散在当今智能家居环境中的服务,(在当今的智能家居环境中,需要多个无线解决方案来管理碎片化的服务)而减轻这些标准和频带间可能发生的干扰变得越来越困难。
 
上市时间——采用先进 Wi-Fi 标准(如 Wi-Fi 6)实现复杂的设计带来了技术挑战;为充分满足监管要求,多种无线信号/共存的需求等诸多因素会延长设计周期
 
散热
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/how-not-to-run-hot-overcoming-thermal-challenges-in-wifi-front-end-designs
 
抗干扰的稳健性
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/resolving-interference-in-a-crowded-wifi-environment-using-baw-filters
 
上市时间
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/designing-for-80211ax-wifi-common-challenges-and-tips-to-overcome-them
在应用中有效利用 RF 组件,可分别克服这些挑战。例如:
 
使用诸如 BAW 之类的高 Q(品质)因数滤波器技术时,由于与高 Q 设备相关的插入损耗较低(由于高 Q 滤波器有较小插损),设计人员可以减少其链路预算。此外,由于高 Q BAW 滤波器具备出色的带外衰减性能,因此可将各频段与无线标准间的不希望出现的干扰有效消除或最小化。这些滤波器还具有优异的频率温度系数(或 TCF),能减少滤波器的热诱导频率偏移(温漂),从而有助于减轻衰减变化(这一变化可能导致产品无法通过监管认证)。
 
使用针对高线性度和低功耗进行优化的 RF 前端(RFFE)组件可以解决 Wi-Fi 系统中的散热问题。其减少了对散热器或风扇的需求,同时还帮助制造商更轻松地满足监管要求。
 
将功能齐全且支持信号共存的 RFFE 模块和带缘滤波器、开关、PA 及 LNA 共同(将集成共存/边带抑制的滤波器,开关,PA 以及 LNA 的 RFFE 模组)用于 2.4GHz 和 5GHz 频段,可减少不必要且十分耗时的调谐(调试)工作、解决散热问题,并提供即插即用解决方案。除此之外,设计师们还可以满足严格的上市时间要求。
 
 
Q:Qorvo 如何帮助客户在网状网络产品设计中获得竞争优势?
 
A:Qorvo 专注于从以下几个维度改善家庭无线系统的连接解决方案:
 
效率——实现小尺寸外形并降低热量,
 
集成先进的滤波解决方案——让多个同时工作的无线协议和谐共存,即我们所说的“coexBoost™
(https://www.qorvo.com/innovation/wi-fi)”,
 
最后,通过系统解决方案——我们的产品不仅包含单个组件,还涵盖物联网环境的完整片上系统解决方案(BLE、Zigbee、Thread)。我们的方法提供了一种整体的思路,来帮助客户解决所有复杂的 RF 问题。
 
Q:Qorvo 建议哪些产品用于网状网络应用?
 
A:如今,我们拥有适用于 Wi-Fi 6 解决方案的完整产品组合,涵盖 2.4GHz 和 5GHz 频段。通过将 Qorvo RFFE 解决方案与带缘滤波器(或我们所谓的“edgeBoost™”)一起使用,客户可以在所有 2.4GHz 频谱信道上以更高的功率水平满足监管的要求。此外,我们还推出用于蜂窝和物联网“coexBoost™”滤波的 RF 前端产品。在双工器、5GHz 滤波,和 6GHz 解决方案的新进展进一步扩大了我们的产品组合。从官网 Qorvo.com 上可以看到的产品有:
7777
 
此外,我们还提供针对网关进行优化的物联网解决方案,如
QPG7015M,其在单个布局中提供多个协议(BLE/Zigbee/ Thread),并以 +20dBm 的输出功率满足扩展范围的要求。
 
edgeBoost™
https://www.qorvo.com/innovation/wi-fi
QPF4506
https://www.qorvo.com/products/p/QPF4506
QPF4206
https://www.qorvo.com/products/p/QPF4206
QPF4216
https://www.qorvo.com/products/p/QPF4216
QPF7219
https://www.qorvo.com/products/p/QPF7219
QPF4800
https://www.qorvo.com/products/p/QPF4800
QPG7015M
https://www.qorvo.com/products/p/QPG7015M
 
Q:Qorvo 产品如何能够支持网状 Wi-Fi 设计?
 
A:Qorvo 拥有的独特专长在于可灵活运用多种技术、组件设计,并实现高度集成,且善于将这些系统模块与物联网解决方案相融合。利用这个更强大的技术工具箱,我们解决了阻碍智能家居实现的复杂挑战,带来先进的集成选项,有助于减小尺寸、降低成本;最重要的是可以缩短客户的产品面市时间,简化了大量复杂的 RF 调谐/布局要求。
 
作者后记
网状 Wi-Fi 系统为家庭连接提供了固有的“骨干”。借助 Wi-Fi 6 标准的演进,今天的网络流量(游戏、视频流、互联网、音乐、计算等)以及其它智能家居服务流量(语音助手、安全性应用、环境控制、视频、音频等)得以扩展。对家用网状设备(网关、扩展器、中继器等)尽可能小巧美观的愿望推动了更高的集成度和性能。Qorvo 将持续在这一领域的投入、研发和并购,以满足客户需求,并真正实现“智能家居”。
 
Bluetooth® 文字标记和徽标是 Bluetooth SIG,Inc. 拥有的注册商标;Qorvo US,Inc. 对此类标记在任何场合的使用均已获得许可。其它商标和商标名称分别是其各自所有者的财产。
 
关于作者
Tony Testa —— 无线连接业务部营销总监
Tony Testa激发了Qorvo无线连接产品的创新。凭借20多年来对行业联盟活动的支持和丰富的客户经验,他协助工程师创建了最先进的RF解决方案,对我们的日常生活产生深远影响。
 
 

 

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