Wi-Fi的持續(xù)演進(jìn)

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 催生了許多新的無線應(yīng)用，Wi-Fi^?引領(lǐng)無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的發(fā)展已有20 多年。Wi-Fi 技術(shù)的發(fā)展和價(jià)格可承受性使Wi-Fi 變得無處不在，Wi-Fi 設(shè)備賦能全球市場的新用例和應(yīng)用。

在過去的20 年中，Wi-Fi 不斷發(fā)展，每次新迭代，其名稱和標(biāo)準(zhǔn)中都添加后綴。從1999 年的Wi-Fi 1 到2020 年的Wi-Fi 6， 涵蓋IEEE 802.11b、11a、11g、11n 11ac 和11ax，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展為半導(dǎo)體和軟件制造商提供了新的能力去開發(fā)，以支持新的應(yīng)用采用Wi-Fi并為現(xiàn)有應(yīng)用帶來新功能。如表1 所示，Wi-Fi 的帶寬呈指數(shù)級增長，從Wi-Fi 1 的11 Mbps 到Wi-Fi 6 的9.6 Gbps。

* 802.11be 修正案的開發(fā)正在進(jìn)行中，目標(biāo)是2021年初稿，預(yù)計(jì)2024 年定稿。

當(dāng)Wi-Fi 4 采用稱為MIMO 或多輸入多輸出的天線技術(shù)時(shí)，速度也顯著提高。在表1 中MIMO 數(shù)據(jù)的第1 個(gè)數(shù)字表示用于發(fā)送的數(shù)據(jù)流/ 天線的數(shù)量，第2 個(gè)數(shù)字表示用于接收的數(shù)據(jù)流/ 天線的數(shù)量。對于Wi-Fi，系統(tǒng)通常是平衡的，具有相等數(shù)量的發(fā)射和接收天線，但是該技術(shù)還支持非對稱架構(gòu)。

使用MIMO 類似于增加高速公路上的車道數(shù)量以支持更多的交通流量（如圖1）。Wi-Fi 5 和Wi-Fi 6也利用了下一代MIMO 技術(shù)：多用戶MIMO (MUMIMO)。MU-MIMO 同時(shí)將MIMO 性能擴(kuò)展到多個(gè)客戶端。MU-MIMO 的引入支持具有多個(gè)天線的多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行通信，并且為每個(gè)聯(lián)接分配了特有的空間帶寬。MU-MIMO 類似于多層高速公路，從而支持更多流量同時(shí)流向多個(gè)目的地。MU-MIMO 帶來的好處隨著天線數(shù)量的增加而增加，因?yàn)榭梢詫⒔邮湛蛻舳藙澐譃樽咏M，每個(gè)子組獲得專用帶寬。例如，具有8×8 MU-MIMO 的接入點(diǎn)可以將其分為三組2×2。

但是，實(shí)際影響是處理MU-MIMO 所需的信號處理成比例地增加。因此，只有該領(lǐng)域的專家如安森美半導(dǎo)體^? 才能提供能夠真正實(shí)現(xiàn)初衷的技術(shù)方案。

圖1 MIMO與MU-MIMO比較

1   采用6 GHz和MU-MIMO

最新的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi 6E 包含6 GHz 未授權(quán)頻段，僅在美國提供1 200 MHz 的免授權(quán)頻譜；幾乎比當(dāng)前2.4 GHz 和5 GHz 頻段總和的五倍還多。更多頻譜和通道的可用性等于更高速度的訪問、更低的延遲傳輸高性能網(wǎng)絡(luò)、游戲和串流。8K HDTV 和虛擬實(shí)境 (VR) / 擴(kuò)增實(shí)境(AR) 應(yīng)用可以輕松地與家庭中的舊版Wi-Fi 設(shè)備共存。企業(yè)熱點(diǎn)和戶外應(yīng)用也可以利用MU-MIMO 和Wi-Fi 6E 提供的高性能多客戶端運(yùn)行的可用帶寬。

Wi-Fi 6E 為行業(yè)和市場帶來了巨大的機(jī)遇，但是，采用新的頻段會給整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施帶來巨大挑戰(zhàn)。由于消費(fèi)者已經(jīng)渴望利用Wi-Fi 6E 的優(yōu)勢，因此OEM 和服務(wù)提供商面臨著壓力將新網(wǎng)關(guān)、路由器、IoT 中樞、網(wǎng)狀中繼器和接入點(diǎn)推向市場以提供Wi-Fi 6E 能力，同時(shí)對在2.4 GHz 和5.0 GHz 下運(yùn)行的傳統(tǒng)設(shè)備提供高性能支持。智能家居和IoT 賦能設(shè)備如溫控器、照明、安防攝像機(jī)、媒體設(shè)備、4K 和8K HDTV 等對現(xiàn)有的傳統(tǒng)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，因?yàn)榇蠖鄶?shù)此類設(shè)備在2.4 GHz 和5 GHz 頻段運(yùn)行。IoT 設(shè)備必須提供一致的服務(wù)質(zhì)量及高聯(lián)接性，以實(shí)現(xiàn)不間斷和可靠的運(yùn)行。

客戶端6 GHz 的采用需要時(shí)間，主流客戶端以往要采用新的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)需要兩三年。在此之前，用戶只需要家庭中的雙頻，服務(wù)提供商和用戶都不愿意為不能用的高價(jià)服務(wù)付費(fèi)。

安森美半導(dǎo)體的AdaptivMIMO 技術(shù)使服務(wù)提供商能開發(fā)并向所有用戶交付一體方案，從而提供最高性能的雙頻工作，并且可以通過軟件進(jìn)行重新配置，以分配部分Wi-Fi 流和天線來支持6 GHz 運(yùn)行，如Wi-Fi 6E 客戶端被引入家庭。這使OEM 和服務(wù)提供商可以減少部署的網(wǎng)關(guān)/ 路由器盒配置的數(shù)量，并簡化支持Wi-Fi 6E 的盒子的部署時(shí)間。

2   AdaptivMIMO

安森美半導(dǎo)體的AdaptiveMIMO 技術(shù)在MIMO 和MU-MIMO 之上，并提供了動態(tài)配置無線電和RF 前端的能力，以將8×8 5GHz 無線電拆分和配置為兩個(gè)4×4 無線電，可以同時(shí)在5 GHz 和6 GHz 運(yùn)行。

對于采用2.4 GHz RF 如藍(lán)牙低功耗或Zigbee 的IoT 賦能的中樞和網(wǎng)關(guān)， 通過AdaptivMIMO 卸載家庭中支持6 GHz 的設(shè)備可減少總體擁塞， 并提高聯(lián)接性、范圍和減小延遲，從而改善智能家居體驗(yàn)。AdaptivMIMO 一開始就準(zhǔn)備好基礎(chǔ)設(shè)施來支持6 GHz 設(shè)備，以提高頻譜效率和利用率，從而促進(jìn)了向6 GHz 世界的遷移。通過AdaptivMIMO 將支持Wi-Fi 6E 的設(shè)備遷移到6 GHz 頻段，可以為在擁擠的2.4 GHz 和5 GHz 頻段中運(yùn)行的傳統(tǒng)設(shè)備釋放頻譜，從而為用戶提供更高的體驗(yàn)質(zhì)量，同時(shí)減少服務(wù)呼叫并降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(ISP) 的運(yùn)營成本。

3   Wi-Fi的未來

Wi-Fi 6E 為消費(fèi)者帶來了重大的新功能和優(yōu)勢，這無疑并不是業(yè)界最后一次擴(kuò)展這種通用而強(qiáng)大技術(shù)的能力。802.11be 或Wi-Fi 7 是發(fā)展中的下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，通過將信道帶寬加倍和調(diào)制來提供比Wi-Fi 6E 更高的速度能力。還添加了針對低延遲網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)功能，提升高帶寬性能用于多接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中支持低延遲游戲、視頻和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

隨著社會習(xí)慣的變化，人們越來越傾向于在線上和移動中使用更多數(shù)據(jù)，對同時(shí)流向多個(gè)設(shè)備的更高帶寬的需求將繼續(xù)增加。5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)無疑將為戶外用戶帶來顯著的好處。但是，由于5G 仍是需授權(quán)的技術(shù)，因此它將始終由蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供商控制。這樣，人們普遍認(rèn)為5G 將與Wi-Fi 相輔相成，而Wi-Fi仍然是可以滿足家庭內(nèi)外對更高帶寬需求的唯一免授權(quán)無線技術(shù)。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）