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知识干货|带你了解WiFi基础及WiFi共存方案

发布时间:2023-12-05 浏览次数:563 作者:Reecam

WiFi基础知识

WiFi简介


WiFi是WLAN(Wireless Local Area Networks)无线局域网的一种技术,英文全称“Wireless-Fidelity ”(无线保真) 。WiFi是通过电磁波的形式传播,可将电子笔记本、手机、ipad等移动设备连接传输。


WiFi常用的频段为2.4GHz和5GHz,从WiFi6E开始新增了6GHz频段。

① 2.4GHz频段范围:2400-2483.5MHz

② 5GHz频段范围:5150-5850MHz

③ 6GHz频段范围:5925-7125MHz

WiFi协议

WiFi协议是IEEE 802.11标准,是由IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)协会定义的无线局域网标准。802.11协议,经历了11a / 11b / 11g / 11n / 11ac / 11ax,到现在最新的11be,即WiFi7。

WiFi关键技术

以WiFi6为例,关键技术包含了OFDMA频分复用技术、DL/UL MU-MIMO 技术、更高阶调制技术 (1024-QAM)、空间复用技术(SR),正是这些技术使WiFi的吞吐速率得到飞速提升。


OFDMA 频分复用技术通过将子载波分配给不同用户并在 OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。

MU-MIMO 在 802.11ac 就已经引入,但只支持 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在 802.11ax 中进一步增加了 MU-MIMO 数量,可支持 DL 8x8 MU-MIMO,借助 DL OFDMA 技术(下行),可同时进行 MU-MIMO 传输和分配不同 RU 进行多用户多址传输,既增加了 系统并发接入量,又均衡了吞吐量。

802.11ac 采用的 256-QAM 正交幅度调制,每个符号传输 8bit 数据(2^8=256),802.11ax 将采用 1024-QAM 正交幅度调制,每个符号位 传输 10bit 数据(2^10=1024),从 8 到 10 的提升是 25%,也就是相对于 802.11ac 来说, 802.11ax 的单条空间流数据吞吐量又提高了 25%。


空分复用技术是指WiFi6新增一种同频传输识别机制,叫BSS Coloring着色机制,在PHY报文头中添加BSS color字段对来自不同BSS的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,接收端可以及早识别同频传输干扰信号并停止接收,避免浪费收发机时间。


1)如果颜色相同,则认为是同一BSS内的干扰信号,发送将推迟;

2)如果颜色不同,则认为两者之间无干扰,两个Wi-Fi设备可同信道同频并行传输。


以这种方式,当AP距离较远时相同信道也能同时工作,达到提高频谱资源利用率的目的。

WiFi与蜂窝间的干扰

Side-lobe 旁瓣干扰


旁瓣干扰指的是发射信号泄漏到邻近频段或者信道外的功率造成的干扰。


如下图,调制波形主频两边邻信道仍存在较大的功率,是无法完全抑制的。

射频ACLR/ACPR指标的要求,就是要求邻信道功率不应超过一定限值。

当信道频率十分接近时,对相互间的灵敏度还是有影响的。比如2.4GHzWiFi和LTE B7/38/40/41等频段的频率就比较接近,可能存在旁瓣干扰。


Harmonic 谐波干扰


谐波干扰,是指某TX信号主频的n倍频点刚好落在Victim接收频率上,也称倍频干扰。


例如,B5的824MHz频点,三次谐波刚好落在WiFi带内信道2472MHz。通常情况下,谐波次数越大,信号强度越弱,因此LTE LB频段大部分情况是不影响WiFi正常工作的。

Intermodulation 互调干扰


互调干扰,也称IMD干扰,是指射频路径中两个或多个TX信号因天线,馈线,合路器,功分器,滤波器等射频器件上,产生许多谐波和组合频率分量mf1±nf2,这些信号的频率如果和有用信号RX频率相近,从而对通信系统构成干扰的现象。


例如,通信系统中有一个WiFi TX信号f1 = 2472MHz,同时存在LTE B7 TX信号f2 = 2532MHz,那么就可能会产生信号分量2*f2-f1 = 2652MHz,刚好落在B7的RX频点上,从而引起B7灵敏度 de-sense问题。

WiFi与蜂窝共存方案


一般来说,WiFi与蜂窝共存方案是只在WiFi和蜂窝使用同平台芯片才生效的。这里基于MTK定制化方案基础上介绍WiFi IDC共存方案。


1.硬件优化方案

a) Antenna isolation, 即从天线隔离度方面分析,保证隔离度满足平台要求。

b) RF filter,按参考设计加滤波器。


2.软件优化方案

a) WiFi切换到安全信道。

b) 降低TX功率的方式去优化。

c) 通过TDM时分复用方式优化。

IDC方案设计框架:


硬件优化方案


a) Antenna isolation: 主要从芯片封装引脚间、PCB板端隔离度,天线间摆放距离等方面分析。


MTK平台建议天线隔离度要求如下,如果没达到可能会影响双方性能:

Wi-Fi 5G VS.N78/79 >= 20 dB

Wi-Fi 2G VS.B7/41/40 >= 15 dB


隔离度的定义:PO与P1的隔离度为(LO - L1) dB,若PO的TX功率电平为LOdBm,到达P1点的RX信号强度为L1dBm。

例如:PO的TX功率电平为16dBm, P1的RX信号强度为-35dBm。isolation = 16 -(-35)= 51 dB


b) RF Filter:从天线端加BPF滤波器主要可以抑制WiFi主频以外的谐波或杂散信号发射;当接收时能抑制外界杂散信号,更好地提取有用信号。


软件优化方案


通常会先切换WiFi信道去规避干扰,如果所有WiFi信道都干扰很严重,则将采用TDM等其他优化措施。


降低功率方案为 LTE 功率限制和 WiFi功率限制。该方案的缺点是需要牺牲业务的覆盖性能。功率回退值可以在 LTE与 Wi-Fi 两侧分别设置。LTE主频功率一般降低6dB左右能改善部分de-sense;WiFi则需要降8dB左右起到改善作用。

制定De-sense表格,根据实际干扰情况采取降低功率措施或是其他优化措施。如下是LTE干扰WiFi降功率场景:


制定De-sense表格,如下是WiFi干扰LTE时降功率场景:


在时分复用方案中,将时域资源划分为MD时隙和CONSYS时隙。在当前的设计中,在MD时隙期间CONSYS必须挂起所有RX/TX活动;在CONSYS时隙期间,MD无法发送任何上行物理信道,但MD仍然可以接收参考信号和下行物理信道,由于UE无法发送ACK/NACK, eNB认为PDSCH接收失败。


IDC方案执行流程:


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