在萬物互聯(lián)的今天,電磁耦合原理是什么
在萬物互聯(lián)的今天,從8K超清視頻到全屋智能設(shè)備,家庭網(wǎng)絡(luò)正面臨前所未有的壓力。你是否經(jīng)歷過游戲卡頓、視頻緩沖、智能音箱“裝聾作啞”的尷尬?問題的核心可能不在于寬帶套餐的帶寬,而藏在那些看不見的“無線射頻參數(shù)”里。
寬帶基礎(chǔ)科普:從“能用”到“好用”的三大秘密 1. 頻段選擇:雙頻路由器的隱藏技能 大多數(shù)家庭路由器支持2.4GHz和5GHz雙頻段。2.4GHz穿墻能力強(qiáng)但易受干擾,適合智能家居設(shè)備;5GHz速度快、干擾少,適合高清視頻和游戲。2025年高端路由器已支持6GHz頻段,但需終端設(shè)備同步支持才能解鎖極致性能。
無線射頻(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)是基于電磁耦合原理的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過閱讀器與電子標(biāo)簽間的無線通信實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對象識(shí)別與數(shù)據(jù)交換。該技術(shù)由電子標(biāo)簽、讀寫器和天線構(gòu)成核心系統(tǒng),具備抗污染性強(qiáng)、多標(biāo)簽并發(fā)處理等特點(diǎn),主要應(yīng)用于物流管理、門禁系統(tǒng)、交通收費(fèi)及圖書管理等領(lǐng)域 [1] [2-3]。其國際標(biāo)準(zhǔn)涵蓋ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693等協(xié)議體系 [1] [2]。RFID技術(shù)理論可追溯至1948年哈里·斯托克曼提出的反射功率通訊原理。20世紀(jì)50年代依托雷達(dá)技術(shù)衍生出實(shí)驗(yàn)室原型,70年代出現(xiàn)電子監(jiān)控設(shè)備和野生動(dòng)物追蹤等初期應(yīng)用。90年代進(jìn)入商用標(biāo)準(zhǔn)化階段,形成低頻(125-134kHz)至高頻(13.56MHz)產(chǎn)品體系。2000年后突破單芯片標(biāo)簽與多標(biāo)簽識(shí)讀技術(shù),逐步擴(kuò)展至超高頻(860-960MHz)及微波頻段,應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備及智能交通系統(tǒng) 。
目前生產(chǎn)射頻技術(shù)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn),國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前,可供射頻卡使用的幾種射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào),當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流,射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào),經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器,閱讀器對接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性,針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜:標(biāo)簽進(jìn)入磁場后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(Active Tag,有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。一套完整的RFID系統(tǒng), 是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成, 其工作原理是Reader 發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅(qū)動(dòng) Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出,此時(shí) Reader 便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成, 感應(yīng)偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)兩種, 一般低頻的RFID大都采用第一種式, 而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置,是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換,同時(shí)閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。 在實(shí)際應(yīng)用中,可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體,目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元。
WiFi 7標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)、CERTIFIED 7認(rèn)證計(jì)劃啟動(dòng)。這在標(biāo)志著WiFi 7時(shí)代逐漸開啟的同時(shí),也加速了WiFi 8的進(jìn)程。根據(jù)IEEE的計(jì)劃,WiFi 8預(yù)計(jì)在2028年左右發(fā)布,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.11bn)自2023年項(xiàng)目授權(quán)請求(PAR)獲得批準(zhǔn)后,工作組已經(jīng)開始敲定更多細(xì)節(jié)。
盡管距離正式發(fā)布還有一段時(shí)間,市場上也還沒有支持WiFi 8的產(chǎn)品完成,但是大致的原則方向已經(jīng)確定,WiFi 8 在不增加頻寬、頻道數(shù)量的基礎(chǔ)上,將關(guān)注重點(diǎn)放在有效吞吐量的提升和用戶體驗(yàn)的改善之上。這一改變對于射頻器件的開發(fā)或?qū)砀蟮奶魬?zhàn),也給射頻廠商帶來更多新的發(fā)展機(jī)會(huì)。
近年來,WiFi 標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)更新迭代。WiFi 6的推出讓人們看到了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一次質(zhì)變,它不僅提高了網(wǎng)絡(luò)的速度,還改善了多設(shè)備同時(shí)連接時(shí)的表現(xiàn)。WiFi 6E則在WiFi 6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展了頻段,讓網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)更加出色。WiFi 7繼承并發(fā)揚(yáng)了WiFi 6E的優(yōu)點(diǎn),在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新,比如320MHz頻寬、4096QAM基頻接入、MultiRU等。
WiFi 8 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定卻改變這一發(fā)展趨勢,從增加頻寬、頻道數(shù)量,提升數(shù)據(jù)傳輸速度,轉(zhuǎn)向了著重改善傳輸質(zhì)量。WiFi 8 保持WiFi 7標(biāo)準(zhǔn)的23Gbps帶寬、4096QAM調(diào)制方式、信道數(shù)量及頻段(如2.4GHz、5GHz和6GHz)不變,引入?yún)f(xié)調(diào)空間重用(Co - SR)、協(xié)調(diào)波束成形(Co - BF)、動(dòng)態(tài)子信道操作(DSO)和更精細(xì)的數(shù)據(jù)速率控制等技術(shù)。
“WiFi 8追求的是超高可靠性。從WiFi 8 功能的設(shè)定上就可以看出,并沒有追求更高的頻寬、更高的吞吐量,而是注重AP和Client之間如何更有效率地連接,考慮如何提供一個(gè)更穩(wěn)定、更少延遲的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。”Qorvo亞太區(qū)無線連接事業(yè)部高級(jí)行銷經(jīng)理林健富表示。
慧智微副總裁彭洋洋也指出,在傳輸速率上,目前來看WiFi 8與WiFi 7沒有明顯區(qū)別,同樣是采用2.4/5/6GHz三個(gè)頻段,同樣采用最高4096-QAM的調(diào)制方式,同樣支持最大320MHz信道帶寬,同樣理論最高達(dá)到46Gbps的峰值速率。然而,速率沒有明顯提升,并不意味著WiFi技術(shù)就不再演進(jìn)了。WiFi 8的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向優(yōu)化實(shí)際效率與可靠性,在相同硬件參數(shù)下提升多設(shè)備、高密度場景的體驗(yàn),而非進(jìn)一步提高理論速率。
之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)變,或許是業(yè)界的一種現(xiàn)實(shí)選擇。
唯捷創(chuàng)芯市場經(jīng)理趙星指出:“過往幾代的WiFi標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn),主要是通過增加新頻譜,信號(hào)流數(shù),使用更寬的信號(hào)帶寬,更高階的調(diào)制信號(hào)來提高系統(tǒng)吞吐量;同時(shí)通過MU-MIMO,MLO等技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸效率。發(fā)展到WiFi 7,理論最大吞吐量已經(jīng)達(dá)到46Gbps。雖然實(shí)際使用無法達(dá)到理論值,但是一般使用場景WiFi7提供的理論吞吐量能力已經(jīng)是足夠了。然而,在一些復(fù)雜使用場景下,信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)傳輸效率以及時(shí)延表現(xiàn)還是是有所不足,不能很好地滿足諸如AR,VR,高清流媒體、遠(yuǎn)程醫(yī)療,智能工廠、智慧城市級(jí)等需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用?!?
WiFi 8也就是802.11bn(Ultra High Reliability),從命名上來看就可以看出,這一代標(biāo)準(zhǔn)就是旨在提高傳輸可靠性的。通過WiFi8新增的一系列功能,優(yōu)化現(xiàn)有資源,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)可靠性,減小時(shí)延的效果,從而滿足未來一系列對時(shí)延和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理有較高要求的應(yīng)用的需求。
之所以WiFi 8沒有走之前標(biāo)準(zhǔn)的老路,加大信號(hào)帶寬,使用更高階調(diào)制,使用更多信號(hào)流數(shù),趙星認(rèn)為主要有兩個(gè)方面原因:一是目前WiFi 7在吞吐量上已經(jīng)滿足一般日常應(yīng)用需求。單純在上述技術(shù)點(diǎn)做升級(jí),也無法解決未來新應(yīng)用對于可靠性和時(shí)延需求上的痛點(diǎn)。
二是在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的難度和回報(bào)不如目前WiFi 8的方案更優(yōu)。比如在增加信號(hào)帶寬方面,6GHz~7GHz范圍內(nèi),只有6個(gè)320MHz的信道,其中不重疊的只有3個(gè)信道。如果進(jìn)一步增大帶寬,可用信道數(shù)會(huì)進(jìn)一步降低,實(shí)際使用效率較低。同時(shí)更大帶寬對于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)傳輸也有很大挑戰(zhàn)。在更高階調(diào)制方式上,目前WiFi 7已經(jīng)使用4K-QAM調(diào)制方式,進(jìn)一步升級(jí)就需要到16K-QAM,這部分升級(jí)只能帶來16%的理論最大速率提升。但是實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜度和代價(jià)很大。如果再考慮覆蓋,實(shí)際投報(bào)并不高。





