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El campo de las comunicaciones inalámbricas está plagado de matemáticas complejas, algoritmos y limitaciones. Aún así, el campo continúa produciendo protocolos mejores y más nuevos una y otra vez. Si bien los protocolos generalmente se diseñan desde un nivel algorítmico, aún requieren hardware para que funcionen.

Los diferentes protocolos inalámbricos funcionan de manera diferente, lo que requiere diseños de RF únicos. Imagen utilizada cortesía de Bonaiuto et al. y ResearchGate

En el diseño de RF, la interfaz es uno de los bloques de hardware más importantes. Los nuevos protocolos inalámbricos, como Wi-Fi 6E, requieren un diseño frontal actualizado para admitir los requisitos del protocolo, incluidos el ancho de banda y la potencia.
En este artículo, veremos el diseño de interfaz de RF y las formas en que los nuevos protocolos superan sus límites.

¿Qué constituye una interfaz de RF?

Un extremo frontal de RF es la parte de la cadena de señales de RF que se encarga de interconectar las antenas con los circuitos digitales. Si bien existen muchas arquitecturas y topologías diferentes, una arquitectura frontal de receptor de RF superheterodino general consiste en la antena, redes de adaptación de impedancia, un filtro de paso de banda, un amplificador y un mezclador.

La parte frontal de un receptor de RF está resaltada en rojo. Imagen de Wikimedia Commons

El componente de filtro de la interfaz de RF es un concepto sencillo, que sirve para filtrar cualquier señal o ruido fuera de la banda deseada. El diseño de amplificador utilizado en las interfaces de RF es generalmente un amplificador de bajo ruido (LNA). Este dispositivo amplifica la señal para lograr la sensibilidad deseada mientras introduce el menor ruido posible en la señal y mantiene un alto nivel de linealidad.

Los mezcladores trabajan con el oscilador local para reducir la frecuencia de la señal. Imagen utilizada por cortesía de Marki Microwave

Finalmente, el mezclador trabaja con el oscilador local para convertir la señal de RF en una señal de frecuencia intermedia (IF). La señal de FI suele tener una frecuencia significativamente más baja que la señal de RF. Reducir la frecuencia es útil por muchas razones, ya que el diseño de circuitos a frecuencias más bajas reduce la complejidad, incluida la simplificación de la demodulación.
Además, los diseños de RF en el mismo IF pueden utilizar los mismos circuitos, lo que facilita el diseño para muchas aplicaciones en lugar de los requisitos variables de la interfaz.

Cómo influyen los nuevos protocolos en el diseño de front-end

Con estos antecedentes en su lugar, podemos ver por qué diferentes protocolos necesitan diferentes diseños de front-end. Lo importante que hay que entender sobre el diseño de la interfaz de RF es que cada pieza de los circuitos está meticulosamente optimizada para una frecuencia específica para cumplir con los requisitos específicos del protocolo; diferentes protocolos inalámbricos requieren diferentes bandas de frecuencia, anchos de banda, sensibilidades y potencia.

Protocolos de diseño de Wi-Fi 6 frente a Wi-Fi 6E. Imagen utilizada por cortesía de NokiaMob

Cambiar la frecuencia del protocolo requerirá un nuevo BPF, diseños revisados ​​de LNA y mezcladores, y nuevas redes de adaptación de impedancia. Cambiar los anchos de banda, la potencia y la sensibilidad también influirá en el ruido en el circuito y el consumo de energía de la interfaz.

Un ejemplo de un módulo front-end Wi-Fi6E

Wi-Fi 6E y sus módulos front-end asociados es un ejemplo relevante de cómo una actualización del protocolo Wi-Fi a la banda de 6GHz requerirá diseños de front-end completamente nuevos en comparación con Wi-Fi 6. Por ejemplo, Skyworks lanzó recientemente dos nuevos módulos frontales, SKY85784-11 y SKY85780-11, para transmisión inalámbrica de video y red interior / exterior a través de Wi-Fi6E.

Diagrama de bloques del SKY85784-11, un nuevo módulo front-end Wi-Fi6E. Imagen utilizada por cortesía de Skyworks

Al admitir la potencia de salida Wi-Fi 6E con un rango de +19 dBm a -43 dB, ambos dispositivos incluyen un PA integrado, detector de potencia logarítmica, LNA con bypass e interruptor T / R. Skyworks dice que el SKY85784-11 puede extender la cobertura del rango al ofrecer un piso de EVM bajo y una potencia de salida lineal alta que cumple con el límite reglamentario.
Alternativamente, se dice que el módulo frontal SKY85780-11 es "la única solución en el mercado para maximizar la distancia y el rendimiento dentro del límite máximo de potencia de salida de la FCC".

Nuevos protocolos, nuevos diseños

A medida que la tecnología inalámbrica continúa avanzando, los ingenieros eléctricos pueden seguir enfrentándose a desafíos de diseño sin precedentes para admitir anchos de banda más altos y demandas de energía. ¿Qué cambios ha visto sufrir el diseño de front-end a medida que se implementan nuevos protocolos inalámbricos? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.