Taktgeber: Frequenzkontrolle entscheidet über Wi-Fi 7

Wi-Fi benötigt einen Bereich von Frequenzen, in den sich Komponenten einwählen können, um zu kommunizieren. Wi-Fi nutzt seit Jahren die Frequenzbänder 2,4 GHz und 5 GHz, und Geräte wählen sich in den Kanal mit den geringsten Störungen ein.

Die explosionsartige Zunahme der Zahl der vernetzten Geräte hat zu einer Überlastung der Kapazitäten geführt. Laut der Wi-Fi Alliance wurde allein im Jahr 2024 die Auslieferung von 4,1 Milliarden WLAN-fähiger Geräte erwartet. Wenn Millionen von Geräten um eine begrenzte Anzahl von Zugangspunkten und Kanälen innerhalb bestimmter Frequenzbänder konkurrieren, sind Staus und Verbindungsabbrüche unvermeidlich. Es ist an der Zeit, sich nach einem anderen Band umzusehen, und das bieten Wi-Fi 7 und sein Vorgänger Wi-Fi 6E.

Mit Wi-Fi 7 können Geräte auch das 6-GHz-Frequenzband nutzen. Das Hinzufügen eines völlig neuen Frequenzbandes ist wie der Bau einer völlig neuen Autobahn mit zusätzlichen Fahrspuren, die noch mehr Verkehr aufnehmen können. Besonders interessant an Wi-Fi 7 ist, dass die Kanalgröße von 160 MHz auf 320 MHz erhöht wurde. Durch die Verwendung von 6 GHz werden mehr Spuren (Kanäle) hinzugefügt, und jede Spur wird breiter, so dass die Daten von mehr Geräten schneller fließen. Das Ergebnis ist ein besserer Datendurchsatz, höhere Zuverlässigkeit und geringere Latenzzeiten.

Mit Datenraten von über 30 Gbit/s bietet Wi-Fi 7 eine Hochgeschwindigkeitsabdeckung mit geringer Latenz für eine Vielzahl von Anwendungen wie AR, VR, hochauflösendes Video-Streaming und IoT-Vernetzung.

Das Problem bei der Umstellung auf das 6-GHz-Band ist, dass es bereits anderweitig genutzt wird. Bundesbehörden wie das Verteidigungsministerium und die NASA nutzen das Frequenzband für die Satellitenkommunikation und sind möglicherweise nicht erfreut, wenn Wi-Fi-Geräte in ihr Gebiet eindringen. Die Nutzung des 6-GHz-Bandes bei gleichzeitiger Schonung der Nutzer des etablierten Frequenzbandes erfordert eine zusätzliche Technologie, die so genannte automatisierte Frequenzkoordinierung (AFC).

Ergänzende Technologien für Wi-Fi 7: AFC

Mit Wi-Fi 7 erhalten wir mehr - und breitere - Kanäle für die Vernetzung. Eine Reihe von sich ergänzenden Technologien ermöglicht es den Nutzern, den größtmöglichen Durchsatz aus den Frequenzbändern herauszuholen und jeden Kanal effizienter zu nutzen

AFC ermöglicht die Wi-Fi-Nutzung, ohne die etablierten Nutzer des 6-GHz-Bands zu beeinträchtigen. Dazu werden die Informationen der bestehenden Nutzer - einschließlich der Antennenstandorte und ihrer Ausrichtung - sowie andere Parameter in eine Datenbank eingegeben. Eine neue Wi-Fi-7-Verbindung wird mit dieser Datenbank abgeglichen, um sicherzustellen, dass sie nicht in denselben Bereich des Spektrums eingreift und Störungen verursacht.

Multi-Link-Operationen (MLO)

MLO bedeutet die Möglichkeit, einen Datenstrom in mehrere Einheiten aufzuteilen und diese gleichzeitig über verschiedene Kanäle im selben Frequenzband zu leiten. MLO in Wi-Fi 7 geht noch einen Schritt weiter und ermöglicht die Übertragung von Daten über mehrere Kanäle und Bänder. In einem solchen Fall kann ein einzelner Datenstrom je nach Verfügbarkeit über 2,4 GHz, 5 GHz oder 6 GHz geleitet werden. Dadurch wird die Datenübertragung schneller und ist nicht anfällig für Verzögerungen, wenn die Kanäle beeinträchtigt oder nicht verfügbar sind.

4K Quadratur-Amplituden-Modulation (4K QAM)

QAM ermöglicht die Übertragung einer Vielzahl von Informationen durch Überlagerung von Signalen mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen, um mehr aus dem Spektrum herauszuholen. Da sich die Wellen nicht überschneiden, ist die Übertragung nicht verrauscht. 4K bedeutet, dass mehr als 4000 Signale gleichzeitig übertragen werden können. Wi-Fi 7 standardisiert die Technologie und verringert die Latenzzeit durch Erhöhung der Kapazität.

Darüber hinaus läuft Wi-Fi 7 auf der Basis von OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) mit MRUs (Multiple Resource Units), wodurch die Daten für einen schnelleren Durchsatz in kleinere Pakete aufgeteilt werden. MRUs senken die Latenzzeit für mehrere Benutzer um 25 %, und MLO verbessert die Latenzzeit für Einzelbenutzer um 80 Prozent.

Auch in Zukunft der Datenflut gewachsen

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Wi-Fi im Herzen des vernetzten Automobils

Dieser Artikel beleuchtet Entwicklungen in der Automobilindustrie sowie die damit einhergehende Evolution des Wi-Fi und geht darauf ein, wie Entwickler von automobilen Anwendungen den größten Nutzen aus den neuen Wi-Fi-Releases ziehen können.Alle Hintergründe erfahren Sie hier.

Frequenzsteuerung für Wi-Fi

Die Technologie, die Wi-Fi 7 ermöglicht, ist beeindruckend und beruht auf einer strengen Frequenzkontrolle. Das Packen von Daten in Kanäle, wie effizient auch immer, erfordert absolute Präzision; andernfalls könnten sich die Signale gegenseitig stören und zu einer schlechten Performance führen.

Die neuen Wi-Fi-Standards erfordern moderne Funkkomponenten sowohl auf dem Gerät als auch auf den Zugangspunkten. Diese hochleistungsfähigen Funkkomponenten können sich gleichzeitig auf mehrere Frequenzbänder abstimmen, reservierte Kanäle, wie von AFC beschrieben, umgehen und das Spektrum mit dichten Informationen unter Verwendung von 4K QAM füllen. Sie sind auf elektronische Komponenten angewiesen, die mit extrem geringem Phasenrauschen und hoher Stabilität arbeiten können, um eine stabile Signalübertragung zu gewährleisten.

Es ist wichtig, das Phasenrauschen und den Jitter so gering wie möglich zu halten, um die Datenintegrität zu erhalten und die Fehlerrate zu reduzieren. Es reicht nicht mehr aus, eine stabile Frequenz zu haben; die Signale können es sich nicht leisten, im Laufe der Zeit und der Temperatur abzuschwächen. Erschütterungen, Stöße und langfristige Beeinträchtigungen können die Performance beeinträchtigen und müssen bereits in der Entwurfsphase berücksichtigt werden.

Komponenten für die Wi-Fi-Frequenzsteuerung

Quarze, Oszillatoren und Leistungsdrosseln sind entscheidend für die hochpräzise Frequenzsteuerung, die Wi-Fi-Systeme benötigen.

Oszillatoren erfüllen alle Aufgaben, die für die Datenübertragung erforderlich sind, einschließlich der Erzeugung eines stabilen Signals, der Sicherstellung der Synchronisierung des Zeitablaufs für die gesamte Kommunikation und der Bestimmung der Trägerfrequenz, mit der gearbeitet werden soll. Quarze werden oft mit Oszillatoren gekoppelt und dienen der Feinabstimmung der von den Oszillatoren erzeugten Ausgangssignale, indem sie wie Stimmgabeln wirken, um die Frequenzsignale eng gebündelt und genau zu halten. In Kombination mit Kondensatoren bilden Induktivitäten LC-Schaltungen, die es Wi-Fi-Systemen ermöglichen, sich auf bestimmte Frequenzbänder zu konzentrieren und Fremdrauschen herauszufiltern.

ECS Inc. stellt eine breite Palette von Quarzen, Oszillatoren und Induktivitäten her, die für Wi-Fi-7-Systeme benötigt werden. Die oberflächenmontierbaren (SMD) Quarze von ECS sind beispielsweise in einer großen Auswahl an Gehäusegrößen erhältlich und bieten einen weiten Temperaturbereich bis zu +150°C.

Die Serie ECX-1637B (Bild 2) ist ideal für drahtlose Anwendungen. Es handelt sich um kompakte SMD-Quarze in einem 2,0 mm × 1,6 mm × 0,45 mm großen Gehäuse mit vier Anschlussflächen. Sie bieten eine geringe Alterung von ±1 ppm im ersten Jahr und eine Toleranz und Stabilität von ±10 ppm über einen Temperaturbereich von -30°C bis +85°C.

Die Serie ECX-2236B zeichnet sich durch SMD-Quarze mit niedrigem ESR und einer geringen Alterung von maximal ±1 ppm im ersten Jahr aus. Die Serie ECS-33B bietet einen Frequenzbereich von 10 MHz bis 54 MHz und eine geringe Alterung von ±1 ppm im ersten Jahr über den industriellen Standardtemperaturbereich von -40°C bis +85°C. Diese Merkmale sind ideal für moderne IoT-, Wireless- und Wi-Fi-Anwendungen.

ECS vertreibt auch eine Reihe von Keramikoszillatoren. Die Serie ECS-2520MV ist ideal für den Bereich von 0,750 MHz bis 160 MHz, während die Serie ECS-2520SMV am besten für 8 MHz bis 60 MHz geeignet ist. Beide Serien bieten einen Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C.

MEMS-Technik statt Quarzkristalle

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Halbleiterbasierende Taktgeber machen Fahrzeuge sicher

Der Wechsel von Quarz- zu MEMS-basierendem Timing macht Fahrzeugsysteme sicherer und vereinfacht die Gesamtsystemarchitektur. Robuste Timing-ICs ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb von Elektrofahrzeugen selbst in störbehafteten Umgebungen.Mehr dazu erfahren Sie hier.

Schließlich bietet ECS eine Reihe von Leistungsdrosseln an, die einen breiten Induktivitäts- und Temperaturbereich abdecken. Die Spezifikationen variieren je nach Serie, ob es sich um den ECS-MP12520, den ECS-MP14040 oder den ECS-MPIL0530 handelt.

Das volle Potenzial von Wi-Fi 7 ausschöpfen

Um das volle Potenzial von Wi-Fi 7 auszuschöpfen, sind mehrere Komponenten erforderlich. Der Oszillator erzeugt eine Grundfrequenz, die der Quarz dann fein abstimmt. Die Leistungsdrossel im Schaltkreis sorgt dafür, dass keine Fremdsignale die benötigte Frequenz stören und Spannungsschwankungen ausgeglichen werden. Dieses Frequenzsteuerungssystem wird dann mit Elementen wie Antennen für die Übertragung von Signalen und Mikrocontrollern für die Datenverarbeitung kombiniert.

Fazit

Wi-Fi 7 verspricht einen Quantensprung in der Zuverlässigkeit des Mediums, der durch eine robuste Frequenzkontrolle untermauert wird. Hardwarekomponenten wie Oszillatoren, Quarze und Drosseln bilden die Grundlage für moderne Wi-Fi-Schaltungen und sind zuverlässige Arbeitspferde für diese seit langem bewährte Kommunikationstechnologie. Langfristig wird das Wachstum der industriellen Automatisierung und der künstlichen Intelligenz wahrscheinlich den Druck auf Wi-Fi erhöhen, und die Kommunikationstechnologie wird sich noch einmal weiterentwickeln. (na)

Das Original dieses Beitrags finden Sie hier.