הקשר בין Wi-Fi 7 ובקרת תדר

Wi-Fi זקוק למגוון של תדרי רדיו שאליהם התקנים יכולים לחייג כדי לתקשר. במשך שנים ה-Wi-Fi השתמש בפסי התדר GHz‏ 2.4‏ ו-GHz‏ 5‏, וההתקנים חייגו לערוץ עם הכי פחות הפרעות.

הגידול העצום במספר ההתקנים המחוברים גרם לעומס רב. 4.1 מיליארד התקנים התומכים ב-Wi-Fi היו צפויים להישלח בשנת 2024 לבדה, על פי ה-Wi-Fi Alliance. כאשר מיליוני התקנים מתחרים על מספר מוגבל של נקודות גישה וערוצים בתחומי תדר מוגדרים, פקקי תנועה וחיבורים שבורים הם בלתי נמנעים. הגיע הזמן לחפש פס תדרים אחר, וזה מה שה-Wi-Fi 7 מציע, יחד עם האיטרציה הקודמת שלו, Wi-Fi 6E‏.

עם Wi-Fi 7‏, ההתקנים יכולים להשתמש גם בפס התדרים של GHz‏ 6‏. הוספת רצועת ספקטרום חדשה לגמרי היא כמו הוספת כביש מהיר חדש לגמרי עם נתיבים נוספים היכולים לספוג עוד יותר תנועה. מה שמרגש במיוחד ב-Wi-Fi 7‏ הוא שהוא גם מגדיל את רוחב הערוץ מ-MHz‏ 160‏ ל-MHz‏ 320‏. כתוצאה מכך, השימוש בתדר GHz‏ 6‏ מוסיף עוד נתיבים (ערוצים) והופך כל אחד מהם לרחב יותר, כלומר נתונים מיותר התקנים זורמים מהר יותר. התוצאה הסופית היא תפוקת נתונים טובה יותר, אמינות רבה יותר ושיהוי מופחת.

עם קצבי נתונים העולים על Gbps‏ 30‏, Wi-Fi 7‏ מספק כיסוי מהיר וזמן שיהוי קצר עבור מגוון רחב של יישומים כגון AR, VR, הזרמת וידאו ברזולוציה גבוהה וחיבוריות IoT.

הבעיה עם פס התדרים GHz‏ 6‏ היא שגורמים אחרים כבר השתמשו בו. סוכנויות פדרליות כמו משרד ההגנה ונאס"א משתמשים בפס-תדרים זה עבור תקשורת לוויינית ואולי לא ישמחו לראות התקני Wi-Fi הפולשים לתוך הטריטוריה שלהם. שימוש בפס GHz‏ 6‏ ובו-זמנית השארת המשתמשים הקיימים בפס הספקטרום ידרוש טכנולוגיה נוספת המוכרת כתיאום תדרים אוטומטי (AFC‏).

טכנולוגיות משלימות עבור Wi-Fi 7

עם Wi-Fi 7, אנו מקבלים יותר ערוצים - ורחבים יותר - עבור גישה לחיבוריות. מערך של טכנולוגיות משלימות מאפשר למשתמשים לסחוט את מירב התפוקה מפסי-התדר של הספקטרום, והופך את השימוש בכל ערוץ ליעיל יותר.

AFC‏

AFC מאפשר שימוש ב-Wi-Fi מבלי לפגוע במשתמשים המבוססים של פס GHz‏ 6‏. הוא עובד על ידי הזנת המידע של המשתמשים הקיימים - כולל מיקומי האנטנות והכיווניות שלהם - כמו גם פרמטרים אחרים לתוך מסד נתונים. חיבור Wi-Fi 7 חדש בודק מול מסד נתונים זה כדי לוודא שהוא אינו חודר לאותו אזור של הספקטרום וגורם להפרעות.

תפעול רב-קישורים (MLO‏)

MLO פירושו היכולת לפצל זרם נתונים למספר יחידות ולנתב אותם בערוצים שונים באותו פס תדרים בו-זמנית. MLO ב-Wi-Fi 7 לוקח את היכולת הזו צעד אחד קדימה, ומאפשר להזרים נתונים דרך מספר ערוצים ופסים. במקרה כזה, ניתן לנתב זרם נתונים יחיד דרך GHz‏ 2.4‏, GHz‏ 5‏ או GHz‏ 6‏, בהתאם לזמינות. זה הופך את העברת הנתונים למהירה יותר וללא עיכובים אם הערוצים פגומים או לא זמינים.

אפנון אמפליטודה קוואדראטורי 4K‏ (4K QAM‏)

QAM מאפשר שידור מידע רב על ידי גיבוב אותות עם אמפליטודות ופאזות שונות כדי להוציא יותר מהספקטרום. מכיוון שהגלים אינם חופפים, השידור אינו רועש. ה-4K אומר שניתן לשדר יותר מ-4,000 אותות בבת אחת. Wi-Fi 7‏ יוצר סטנדרטיזציה בטכנולוגיה ומקטין את השיהוי (Latency‏) הודות להגדלת הקיבולת.

בנוסף, Wi-Fi 7 פועל על גישת ריבוי חלוקות-תדר אורתוגונליות (OFDMA‏) עם יחידות משאבים מרובים (MRUs‏), אשר מפצלת נתונים למנות קטנות יותר עבור תפוקה מהירה יותר. ה-MRUs‏ מפחיתות את השיהוי של ריבוי-משתמשים ב-25%, וה-MLO‏ משפר את השיהוי של משתמש-יחיד ב-80%.

בקרת תדר עבור Wi-Fi‏

הטכנולוגיה המאפשרת את Wi-Fi 7 היא מרשימה ותלויה בבקרת תדר מוקפדת. אריזת הנתונים לתוך ערוצים, יעילה ככל שתהיה, מצריכה דיוק אבסולוטי; אחרת, האותות עלולים להפריע זה לזה ולהוביל לביצועים גרועים.

תקני ה-Wi-Fi החדשים דורשים רכיבי רדיו מודרניים הן בהתקן והן בנקודות הגישה. רכיבי רדיו בעלי יכולת גבוהה אלה יכולים להתכוונן בו-זמנית למספר פסי-תדר, לעקוף ערוצים שמורים כמתואר על ידי ה-AFC, ולמלא את הספקטרום במידע צפוף באמצעות 4K QAM. הם תלויים ברכיבים אלקטרוניים היכולים לפעול עם רעש פאזה נמוך ביותר ויציבות גבוהה כדי להבטיח שידור אות יציב.

שמירה על רעש פאזה וריצוד נמוכים ככל האפשר היא חשובה לשמירה על תקינות הנתונים והפחתת שיעורי השגיאות. לא די בכך שהתדר יציב עכשיו; האותות אינם יכולים להרשות לעצמם להיחלש לאורך הזמן והטמפרטורה. רעידות, זעזועים ודגרדציה בטווח הארוך יכולים להשפיע על הביצועים ויש להביא אותם בחשבון במהלך שלב התכנון.

רכיבים עבור בקרת התדר

גבישים, מתנדים ומשרני הספק חיוניים עבור בקרת התדר המדויקת שמערכות Wi-Fi זקוקות לה.

המתנדים מבצעים את כל המשימות הדרושות להעברת הנתונים, כולל הפקת אות יציב, הבטחה שהתזמון עבור כל התקשורת יהיה מסונכרן וקביעת תדר ספק התקשורת שדרכו יש לפעול. לעתים בשילוב עם מתנדים, הגבישים מבצעים כוונון-עדין של היציאה שהמתנדים מייצרים, ופועלים כמו מזלגות כוונון כדי לשמור על אותות התדר ממוקדים ומדויקים. בשילוב עם קבלים, המשרנים יוצרים מעגלי LC, המאפשרים למערכות Wi-Fi להתמקד בפסי תדר ספציפיים ולסנן רעשים זרים.

חברת .ECS Inc‏ מייצרת מגוון רחב של גבישים, מתנדים ומשרנים הדרושים עבור מערכות Wi-Fi 7. לדוגמה, גבישים להרכבה-משטחית (SMD) של ECS מגיעים במבחר רחב של גודלי מארזים ומציעים תחומי טמפרטורה רחבים של עד C‏°‏150‏+.

סדרת ECX-1637B‏ (איור 1) היא אידיאלית עבור יישומי אלחוט. אלו הם גבישי SMD קומפקטיים במארז של 2.0 מ"מ x‏ 1.6 מ"מ x‏ 0.45 מ"מ עם 4 פדים. הם מעניקים הזדקנות נמוכה בשנה הראשונה של ppm‏ ‏1‏±, וטולרנס ויציבות של ppm‏ 10‏± עבור ‎30°C‏- עד C‏°‏85‏+.

איור 1: גבישים קומפקטיים להרכבה-משטחית (SMD) עם הזדקנות-נמוכה ECX-1637B הם בעלי תחום תדרים רחב של MHz‏ 16‏ עד MHz‏ 96‏ והם מתאימים היטב עבור יישומי אלחוט. (מקור התמונה: ECS‏)

סדרת ECX-2236B‏ כוללת גבישי קוורץ SMD עם ESR נמוך והזדקנות-נמוכה בשנה הראשונה של ppm‏ ‏1‏± מקסימום. סדרת ECS-33B‏ תחום תדרים של MHz‏ 54‏ ~ MHz‏ 10‏ והזדקנות שנה ראשונה צרה של ppm‏ ‏1‏± עם תחום טמפרטורות תעשייתיות סטנדרטי של C‏°‏85‏+ ~ C‏°‏40‏-. מאפיינים אלו הם אידיאליים עבור יישומים מודרניים של IoT‏, אלחוט ו-Wi-Fi‏.

ECS גם מוכרת מגוון של מתנדים קרמיים. סדרת ECS-2520MV‏ היא אידיאלית עבור תחום התדרים של MHz‏ 0.750‏ עד MHz‏ 160‏, בעוד שסדרת ECS-2520SMV‏ מתאימה טוב יותר עבור MHz‏ 8‏ עד MHz‏ 60‏. שתי הסדרות מציעות תחום טמפרטורות של C‏°‏40‏- עד C‏°‏105‏+.

איור 2‏: סדרת ECS-2520MV‏ היא של מתנדי CMOS‏ SMD‏ במהירות גבוהה שהם אידיאליים עבור יישומי אלחוט. (מקור התמונה: .ECS Inc‏)

לבסוף, ECS מציעה מגוון של משרני הספק המכסים תחומי השראות וטמפרטורות רחבים. המפרטים משתנים בהתאם לסדרה, בין אם ECS-MP12520‏, ECS-MP14040‏ או ECS-MPIL0530‏.

איור 3: משרני הספק של ECS מכסים תחומי השראויות וטמפרטורות רחבים והם מרכיב חיוני במערכות Wi-Fi. (מקור התמונה: .ECS Inc‏)

סיכום עד כאן

כדי לממש את מלוא הפוטנציאל של Wi-Fi 7 נדרשים מספר רכיבים. המתנד מעגן את המעגל, יוצר תדר בסיס כשהגביש מבצע אחר כך כוונון-עדין. משרן ההספק במעגל מבטיח שאותות זרים אינם פוגעים בתדר הדרוש ומחליקים את תנודות המתח. מערכת בקרת תדר זו משולבת עם אלמנטים כמו אנטנות עבור העברת אותות ומיקרו-בקרים עבור עיבוד נתונים.

מסקנות

Wi-Fi 7 מבטיח להיות קפיצה קוונטית באמינות המדיום, כזו שבקרת תדר חסונה מחזקת עוד יותר. רכיבי חומרה כמו מתנדים, גבישים ומשרנים עומדים בבסיס מעגלי Wi-Fi מתקדמים ומהווים סוסי-עבודה אמינים עבור טכנולוגיית תקשורת ותיקה זו. בטווח הארוך, הצמיחה של אוטומציה תעשייתית ובינה מלאכותית יגבירו ככל הנראה את הלחצים על ה-Wi-Fi, וטכנולוגיית התקשורת תתפתח שוב.