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Wi-Fi的持续演进

作者:Kevin Mukai (安森美半导体产品营销总监)时间:2021-02-23来源:电子产品世界收藏

物联网 (IoT) 催生了许多新的无线应用,Wi-Fi®引领无线网络联接的发展已有20 多年。Wi-Fi 技术的发展和价格可承受性使Wi-Fi 变得无处不在,Wi-Fi 设备赋能全球市场的新用例和应用。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202102/422888.htm

在过去的20 年中,Wi-Fi 不断发展,每次新迭代,其名称和标准中都添加后缀。从1999 年的Wi-Fi 1 到2020 年的Wi-Fi 6, 涵盖IEEE 802.11b、11a、11g、11n 11ac 和11ax,标准的发展为半导体和软件制造商提供了新的能力去开发,以支持新的应用采用Wi-Fi并为现有应用带来新功能。如表1 所示,Wi-Fi 的带宽呈指数级增长,从Wi-Fi 1 的11 Mbps 到Wi-Fi 6 的9.6 Gbps。

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* 802.11be 修正案的开发正在进行中,目标是2021年初稿,预计2024 年定稿。

当Wi-Fi 4 采用称为MIMO 或多输入多输出的天线技术时,速度也显著提高。在表1 中MIMO 数据的第1 个数字表示用于发送的数据流/ 天线的数量,第2 个数字表示用于接收的数据流/ 天线的数量。对于Wi-Fi,系统通常是平衡的,具有相等数量的发射和接收天线,但是该技术还支持非对称架构。

使用MIMO 类似于增加高速公路上的车道数量以支持更多的交通流量(如图1)。Wi-Fi 5 和Wi-Fi 6也利用了下一代MIMO 技术:多用户MIMO (MUMIMO)。MU-MIMO 同时将MIMO 性能扩展到多个客户端。MU-MIMO 的引入支持具有多个天线的多个设备同时进行通信,并且为每个联接分配了特有的空间带宽。MU-MIMO 类似于多层高速公路,从而支持更多流量同时流向多个目的地。MU-MIMO 带来的好处随着天线数量的增加而增加,因为可以将接收客户端划分为子组,每个子组获得专用带宽。例如,具有8×8 MU-MIMO 的接入点可以将其分为三组2×2。

但是,实际影响是处理MU-MIMO 所需的信号处理成比例地增加。因此,只有该领域的专家如安森美半导体® 才能提供能够真正实现初衷的技术方案。

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图1 MIMO与MU-MIMO比较

1   采用6 GHz和MU-MIMO

最新的Wi-Fi 标准Wi-Fi 6E 包含6 GHz 未授权频段,仅在美国提供1 200 MHz 的免授权频谱;几乎比当前2.4 GHz 和5 GHz 频段总和的五倍还多。更多频谱和通道的可用性等于更高速度的访问、更低的延迟传输高性能网络、游戏和串流。8K HDTV 和虚拟实境 (VR) / 扩增实境(AR) 应用可以轻松地与家庭中的旧版Wi-Fi 设备共存。企业热点和户外应用也可以利用MU-MIMO 和Wi-Fi 6E 提供的高性能多客户端运行的可用带宽。

Wi-Fi 6E 为行业和市场带来了巨大的机遇,但是,采用新的频段会给整个基础设施带来巨大挑战。由于消费者已经渴望利用Wi-Fi 6E 的优势,因此OEM 和服务提供商面临着压力将新网关、路由器、IoT 中枢、网状中继器和接入点推向市场以提供Wi-Fi 6E 能力,同时对在2.4 GHz 和5.0 GHz 下运行的传统设备提供高性能支持。智能家居和IoT 赋能设备如温控器、照明、安防摄像机、媒体设备、4K 和8K HDTV 等对现有的传统Wi-Fi 网络提出了更高的要求,因为大多数此类设备在2.4 GHz 和5 GHz 频段运行。IoT 设备必须提供一致的服务质量及高联接性,以实现不间断和可靠的运行。

客户端6 GHz 的采用需要时间,主流客户端以往要采用新的Wi-Fi 标准需要两三年。在此之前,用户只需要家庭中的双频,服务提供商和用户都不愿意为不能用的高价服务付费。

安森美半导体的AdaptivMIMO 技术使服务提供商能开发并向所有用户交付一体方案,从而提供最高性能的双频工作,并且可以通过软件进行重新配置,以分配部分Wi-Fi 流和天线来支持6 GHz 运行,如Wi-Fi 6E 客户端被引入家庭。这使OEM 和服务提供商可以减少部署的网关/ 路由器盒配置的数量,并简化支持Wi-Fi 6E 的盒子的部署时间。

2   AdaptivMIMO

安森美半导体的AdaptiveMIMO 技术在MIMO 和MU-MIMO 之上,并提供了动态配置无线电和RF 前端的能力,以将8×8 5GHz 无线电拆分和配置为两个4×4 无线电,可以同时在5 GHz 和6 GHz 运行。

对于采用2.4 GHz RF 如蓝牙低功耗或Zigbee 的IoT 赋能的中枢和网关, 通过AdaptivMIMO 卸载家庭中支持6 GHz 的设备可减少总体拥塞, 并提高联接性、范围和减小延迟,从而改善智能家居体验。AdaptivMIMO 一开始就准备好基础设施来支持6 GHz 设备,以提高频谱效率和利用率,从而促进了向6 GHz 世界的迁移。通过AdaptivMIMO 将支持Wi-Fi 6E 的设备迁移到6 GHz 频段,可以为在拥挤的2.4 GHz 和5 GHz 频段中运行的传统设备释放频谱,从而为用户提供更高的体验质量,同时减少服务呼叫并降低网络服务提供商(ISP) 的运营成本。

3   Wi-Fi的未来

Wi-Fi 6E 为消费者带来了重大的新功能和优势,这无疑并不是业界最后一次扩展这种通用而强大技术的能力。802.11be 或Wi-Fi 7 是发展中的下一个标准,通过将信道带宽加倍和调制来提供比Wi-Fi 6E 更高的速度能力。还添加了针对低延迟网络的增强功能,提升高带宽性能用于多接入点网络中支持低延迟游戏、视频和网络应用。

随着社会习惯的变化,人们越来越倾向于在线上和移动中使用更多数据,对同时流向多个设备的更高带宽的需求将继续增加。5G 蜂窝网络的出现无疑将为户外用户带来显著的好处。但是,由于5G 仍是需授权的技术,因此它将始终由蜂窝网络提供商控制。这样,人们普遍认为5G 将与Wi-Fi 相辅相成,而Wi-Fi仍然是可以满足家庭内外对更高带宽需求的唯一免授权无线技术。

(本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年2月期



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