高性能Wi-Fi方案讓智能家居中樞和網(wǎng)關(guān)更快更廣聯(lián)接

Wi-Fi已成為當今世界無(wú)處不在的聯(lián)接技術(shù)，是我們日常工作和生活的重要組成部分。安森美半導體自收購Quantenna后，已成為高性能Wi-Fi方案的全球領(lǐng)袖之一。

下一代標準Wi-Fi 6大大提升聯(lián)接速度和吞吐量

Wi-Fi基于IEEE 802.11標準，從1999年部署的Wi-Fi 1 (802.11b)演進(jìn)到即將于2020年部署的Wi-Fi 6，最明顯的改進(jìn)是數據傳輸速度的提升。Wi-Fi 1峰值傳輸速率11 Mbps，而Wi-Fi 6 (802.11ax)支持速率最高達9.6Gbps，是Wi-Fi 5的十倍。此外，Wi-Fi 6也大大提高吞吐量。舉例說(shuō)明，若您想發(fā)送一部3.8GB的電影，使用Wi-Fi 1將需耗約3850秒(64分鐘)，而使用Wi-Fi 6僅需約4.5秒，相當于提升了約1000倍(3個(gè)數量級)速度！Wi-Fi 6速度和吞吐量的提升都得益于多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。

什么是MIMO?

傳統的無(wú)線(xiàn)系統通過(guò)發(fā)射端單個(gè)天線(xiàn)和接收端單個(gè)天線(xiàn)來(lái)通信，稱(chēng)為單輸入單輸出(SISO)。MIMO指在發(fā)射端和接收端都有多個(gè)天線(xiàn)的通信系統，從而提升收發(fā)數據的速度和信號強固性。MIMO自2009年Wi-Fi 4標準開(kāi)始部署，支持4 x 4 (即4條發(fā)射天線(xiàn)和4條接收天線(xiàn))，到Wi-Fi 5、Wi-Fi 6支持8 x 8 MIMO。支持MIMO的Wi-Fi最初針對單個(gè)用戶(hù)，但實(shí)際生活中這些數據速率增益并不按預期比例擴展，因為大多數客戶(hù)端設備尤其是移動(dòng)設備最多只有兩個(gè)發(fā)射器和接收器，因而限制了空間復用增益最大為2。多用戶(hù)MIMO (MU-MIMO)的出現和迅速采用有望充分利用MIMO的優(yōu)勢到多個(gè)同時(shí)運行的設備。因此，在家庭網(wǎng)關(guān)中，要最大程度地利用MIMO能力，需要采用MU-MIMO。安森美半導體旗下的Quantenna是首個(gè)支持4 x 4、8 x 8 MIMO和MU-MIMO的Wi-Fi方案供應商。

在可預見(jiàn)的未來(lái)，5G將不會(huì )取代Wi-Fi

最新的5G技術(shù)和Wi-Fi 6都意味著(zhù)更快地聯(lián)接，但它們的應用場(chǎng)景、工作頻段、網(wǎng)絡(luò )延遲和頻譜認證等都有很大的不同，因此在可預見(jiàn)的未來(lái)，5G將不會(huì )取代Wi-Fi，而是互為補足，相互協(xié)同。

5G標準由第三代合作伙伴計劃(3GPP)，主要用于戶(hù)外，Wi-Fi 6標準由美國電氣電子工程協(xié)會(huì )(IEEE)制定，更適用于室內。根據3GPP標準，5G頻段分為FR1和FR2兩個(gè)范圍，其中FR1的頻段低于6GHz，FR2為24GHz至52GHz，由于高頻信號極易衰減，因此需要更復雜的工程。Wi-Fi 6則工作在2.4GHz、5GHz和6GHz。5G頻譜需申請授權，而Wi-Fi 6各頻譜免授權，更易于部署。5G數據傳輸速率1至10Gbps，Wi-Fi 6受限于網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接，傳輸速率最高達9.6Gbps。5G支持達350km每小時(shí)的高速移動(dòng)切換，Wi-Fi 6不支持高速移動(dòng)切換。5G網(wǎng)絡(luò )延遲少于1ms，Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò )延遲取決于核心網(wǎng)絡(luò )，延遲20至150ms。

如何優(yōu)化Wi-Fi性能

針對Wi-Fi速度隨距離增加而下降，安森美半導體提供8 x 8 MIMO、5 x 5 MIMO和波束成形技術(shù)擴展Wi-Fi覆蓋范圍。為解決由鄰近Wi-Fi、其它未授權網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的干擾，提供智能型自?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )（SONiQ）軟件，通過(guò)信道選擇(ChannelSelection)、接入點(diǎn)操控(APSteering)來(lái)優(yōu)化Wi-Fi性能。SONiQ框架將各種路由器、訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)、中繼器和任何系統與Wi-Fi芯片組組合中的其他設備進(jìn)行整合，使客戶(hù)只需采用一個(gè)軟件框架即可操控所有產(chǎn)品。對于家庭中許多不同設備爭用Wi-Fi的情況，采用iQStream通過(guò)QoS優(yōu)先級實(shí)現智能選擇路徑的路由機制。此外，安森美半導體的Wi-Fi 6方案還支持以下特性以實(shí)現差異化的產(chǎn)品：自適應8 x 8 MIMO、8空間流FB、ESP、背景動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)、始終在線(xiàn)DFS。

自適應8x8 MIMO

8 x 8 MIMO能夠將Wi-Fi數據速率提高60％，并在提高覆蓋范圍的同時(shí)，大幅減少家庭終端設備斷開(kāi)率。自適應8 × 8 MIMO則實(shí)時(shí)在單個(gè)8 x 8或兩個(gè)4 x 4網(wǎng)絡(luò )之間切換，以最大化客戶(hù)端吞吐量。

8空間流FB

指處理8空間流客戶(hù)端反饋以實(shí)現MIMO的最佳性能，如支持三個(gè)2 x 2 MU-MIMO客戶(hù)端。

ESP

針對少于8空間流FB的客戶(hù)端，重建完整的信道信息，提高速度和擴大覆蓋范圍。

背景DFS

多達4條鏈進(jìn)行5GHz背景掃描。

始終在線(xiàn)DFS

先進(jìn)的硬件可檢測并隔離雷達與子載波。在干凈的DFS信道停留的時(shí)間比競爭對手更長(cháng)。

安森美半導體的Wi-Fi方案

安森美半導體旗下的Quantenna當前在Wi-Fi領(lǐng)域的市場(chǎng)涵蓋企業(yè)、零售和運營(yíng)商，提供的產(chǎn)品包括接入點(diǎn)、路由器、家庭網(wǎng)關(guān)、Mesh節點(diǎn)等，即將通過(guò)Wi-Fi 6擴展至工業(yè)、汽車(chē)、消費物聯(lián)網(wǎng)(IoT)領(lǐng)域如智能家居、家庭娛樂(lè )等IoT細分市場(chǎng)。

1.    符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標準的接入點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)

安森美半導體的方案支持更快速度和覆蓋范圍，最大速度超過(guò)10Gbps，在5GHz支持達8 x 8 MIMO，在2.4GHz支持達4 x 4 MIMO，采用Qdock進(jìn)行運動(dòng)檢測，支持云分析。

2.    符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標準的Mesh節點(diǎn)

安森美半導體提供雙頻和三頻方案，速度超過(guò)6Gbps，嵌入CPU，具成本優(yōu)勢，采用Qdock進(jìn)行運動(dòng)檢測，支持云分析。

3.    符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標準的機頂盒

安森美半導體的方案支持雙頻可選和雙頻并發(fā)，速度達2Gbps，差異化特性有：無(wú)線(xiàn)直播電視質(zhì)量、更快的速度/更大覆蓋范圍、Mesh節點(diǎn)功能、使用Qdock進(jìn)行運動(dòng)檢測，也支持云分析。

Spartan交鑰匙方案

針對上述接入點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)、Mesh節點(diǎn)，安森美半導體提供幾近“交鑰匙”方案，如用于家居中樞/Mesh的Spartan，含全功能硬件和軟件設計包，為經(jīng)授權的原始設備制造商(OEM)和原始設計制造商(ODM)提供產(chǎn)品設計文檔、板制造文檔、產(chǎn)品外殼文檔，為便于OEM和ODM定制，還提供通用預測試固件和軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK)，幫助OEM和ODM降低成本，加快產(chǎn)品上市。

最新的Wi-Fi 6 Spartan路由器參考設計基于QSR10GU-AX 8 x 8 MIMO雙頻雙并發(fā)Wi-Fi 6芯片組，提供無(wú)與倫比的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò )容量，加速部署同類(lèi)最佳的Wi-Fi 6路由器到零售和運營(yíng)商市場(chǎng)，解決對更廣泛家庭覆蓋的日增需求，同時(shí)提供滿(mǎn)足嚴格要求的應用所需的性能水平，例如4K視頻串流、在線(xiàn)游戲、云同步以及聯(lián)接日趨增多的智能家居產(chǎn)品。

該方案在5GHz采用8 x 8 MIMO和2.4GHz采用4 x 4 MIMO的12空間流運行，配備2.5G以太網(wǎng)廣域網(wǎng)(WAN)和局域網(wǎng)(LAN)端口，內置一個(gè)可輕松實(shí)現Wi-Fi配對的近場(chǎng)通信（NFC）讀卡器，以及一個(gè)硬件加速器優(yōu)化低延遲和服務(wù)質(zhì)量（QoS）。關(guān)鍵特性包括真正的8 x 8空間流聲音、大規模MU-MIMO和正交頻分多址（OFDMA）、發(fā)射波束成形、1024-正交幅度調制(1024-QAM)和目標喚醒時(shí)間（TWT）等Wi-Fi特性。SmartScan功能提供零等待DFS和增強的掃描。該參考設計包括安森美半導體的Qdock，支持第三方應用如運動(dòng)檢測、信道狀態(tài)信息（CSI）和射頻（RF）傳感，以幫助簡(jiǎn)化集成到客戶(hù)應用。

使用Wi-Fi進(jìn)行運動(dòng)檢測可應用于傳統的住宅監控，以檢測我們房屋及其周?chē)那秩牖蚨ㄆ诰S護，這可很容易擴展到智能樓宇，使用運動(dòng)和占用檢測作為暖通空調(HVAC)和照明控制樓宇管理系統的一部分，也可用來(lái)監視家中的老年人和弱勢群體以安心。

總結

下一代Wi-Fi 6標準大大提升聯(lián)接速度和吞吐量，MU-MIMO技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步使制造商充分利用Wi-Fi的潛力。安森美半導體在收購了領(lǐng)先的Wi-Fi技術(shù)領(lǐng)袖Quantenna后，以MU-MIMO、OFDMA、波束成形、DFS、Qdock等關(guān)鍵技術(shù)持續創(chuàng )建從硅和系統到軟件的整體Wi-Fi方案，解決在IoT、汽車(chē)和智能家居等市場(chǎng)的聯(lián)接應用問(wèn)題，如最新的旗艦方案Spartan路由器提供卓越的吞吐量、速度、覆蓋范圍和性?xún)r(jià)比，為智能家居帶來(lái)企業(yè)級性能，全面的硬件和軟件加速上市時(shí)間。