Wi-Fi的持續演進(jìn)

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 催生了許多新的無(wú)線(xiàn)應用，Wi-Fi^?引領(lǐng)無(wú)線(xiàn)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(wú)處不在，Wi-Fi 設備賦能全球市場(chǎng)的新用例和應用。

在過(guò)去的20 年中，Wi-Fi 不斷發(fā)展，每次新迭代，其名稱(chēng)和標準中都添加后綴。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，標準的發(fā)展為半導體和軟件制造商提供了新的能力去開(kāi)發(fā)，以支持新的應用采用Wi-Fi并為現有應用帶來(lái)新功能。如表1 所示，Wi-Fi 的帶寬呈指數級增長(cháng)，從Wi-Fi 1 的11 Mbps 到Wi-Fi 6 的9.6 Gbps。

* 802.11be 修正案的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行中，目標是2021年初稿，預計2024 年定稿。

當Wi-Fi 4 采用稱(chēng)為MIMO 或多輸入多輸出的天線(xiàn)技術(shù)時(shí)，速度也顯著(zhù)提高。在表1 中MIMO 數據的第1 個(gè)數字表示用于發(fā)送的數據流/ 天線(xiàn)的數量，第2 個(gè)數字表示用于接收的數據流/ 天線(xiàn)的數量。對于Wi-Fi，系統通常是平衡的，具有相等數量的發(fā)射和接收天線(xiàn)，但是該技術(shù)還支持非對稱(chēng)架構。

使用MIMO 類(lèi)似于增加高速公路上的車(chē)道數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(hù)MIMO (MUMIMO)。MU-MIMO 同時(shí)將MIMO 性能擴展到多個(gè)客戶(hù)端。MU-MIMO 的引入支持具有多個(gè)天線(xiàn)的多個(gè)設備同時(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(lèi)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(lái)的好處隨著(zhù)天線(xiàn)數量的增加而增加，因為可以將接收客戶(hù)端劃分為子組，每個(gè)子組獲得專(zhuān)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(zhuān)家如安森美半導體^? 才能提供能夠真正實(shí)現初衷的技術(shù)方案。

圖1 MIMO與MU-MIMO比較

1   采用6 GHz和MU-MIMO

最新的Wi-Fi 標準Wi-Fi 6E 包含6 GHz 未授權頻段，僅在美國提供1 200 MHz 的免授權頻譜；幾乎比當前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(fǎng)問(wèn)、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) / 擴增實(shí)境(AR) 應用可以輕松地與家庭中的舊版Wi-Fi 設備共存。企業(yè)熱點(diǎn)和戶(hù)外應用也可以利用MU-MIMO 和Wi-Fi 6E 提供的高性能多客戶(hù)端運行的可用帶寬。

Wi-Fi 6E 為行業(yè)和市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的機遇，但是，采用新的頻段會(huì )給整個(gè)基礎設施帶來(lái)巨大挑戰。由于消費者已經(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(zhù)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(chǎng)以提供Wi-Fi 6E 能力，同時(shí)對在2.4 GHz 和5.0 GHz 下運行的傳統設備提供高性能支持。智能家居和IoT 賦能設備如溫控器、照明、安防攝像機、媒體設備、4K 和8K HDTV 等對現有的傳統Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )提出了更高的要求，因為大多數此類(lèi)設備在2.4 GHz 和5 GHz 頻段運行。IoT 設備必須提供一致的服務(wù)質(zhì)量及高聯(lián)接性，以實(shí)現不間斷和可靠的運行。

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

安森美半導體的AdaptivMIMO 技術(shù)使服務(wù)提供商能開(kāi)發(fā)并向所有用戶(hù)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(guò)軟件進(jìn)行重新配置，以分配部分Wi-Fi 流和天線(xiàn)來(lái)支持6 GHz 運行，如Wi-Fi 6E 客戶(hù)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)/ 路由器盒配置的數量，并簡(jiǎn)化支持Wi-Fi 6E 的盒子的部署時(shí)間。

2   AdaptivMIMO

安森美半導體的AdaptiveMIMO 技術(shù)在MIMO 和MU-MIMO 之上，并提供了動(dòng)態(tài)配置無(wú)線(xiàn)電和RF 前端的能力，以將8×8 5GHz 無(wú)線(xiàn)電拆分和配置為兩個(gè)4×4 無(wú)線(xiàn)電，可以同時(shí)在5 GHz 和6 GHz 運行。

對于采用2.4 GHz RF 如藍牙低功耗或Zigbee 的IoT 賦能的中樞和網(wǎng)關(guān)， 通過(guò)AdaptivMIMO 卸載家庭中支持6 GHz 的設備可減少總體擁塞， 并提高聯(lián)接性、范圍和減小延遲，從而改善智能家居體驗。AdaptivMIMO 一開(kāi)始就準備好基礎設施來(lái)支持6 GHz 設備，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(guò)AdaptivMIMO 將支持Wi-Fi 6E 的設備遷移到6 GHz 頻段，可以為在擁擠的2.4 GHz 和5 GHz 頻段中運行的傳統設備釋放頻譜，從而為用戶(hù)提供更高的體驗質(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) 的運營(yíng)成本。

3   Wi-Fi的未來(lái)

Wi-Fi 6E 為消費者帶來(lái)了重大的新功能和優(yōu)勢，這無(wú)疑并不是業(yè)界最后一次擴展這種通用而強大技術(shù)的能力。802.11be 或Wi-Fi 7 是發(fā)展中的下一個(gè)標準，通過(guò)將信道帶寬加倍和調制來(lái)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 )應用。

隨著(zhù)社會(huì )習慣的變化，人們越來(lái)越傾向于在線(xiàn)上和移動(dòng)中使用更多數據，對同時(shí)流向多個(gè)設備的更高帶寬的需求將繼續增加。5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò )的出現無(wú)疑將為戶(hù)外用戶(hù)帶來(lái)顯著(zhù)的好處。但是，由于5G 仍是需授權的技術(shù)，因此它將始終由蜂窩網(wǎng)絡(luò )提供商控制。這樣，人們普遍認為5G 將與Wi-Fi 相輔相成，而Wi-Fi仍然是可以滿(mǎn)足家庭內外對更高帶寬需求的唯一免授權無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）