自 1999 年 Wi-Fi 聯(lián)盟成立以來，Wi-Fi 技術不斷進步，以滿足對更快速度和支持更多設備的不斷增長的需求。它的受歡迎程度已經(jīng)達到了字典中的常用術語的程度。如今，它已成為各種客戶無處不在的互聯(lián)網(wǎng)連接，從筆記本電腦、智能手機、電視和機頂盒等需要大量數(shù)據(jù)的設備，到偶爾發(fā)送更新的數(shù)據(jù)推文物聯(lián)網(wǎng)設備（例如家庭設備）和辦公用品。據(jù)ABI稱，Wi-Fi設備的年度出貨量持續(xù)增長，預計到2028年將超過50億臺，未來增長的主要驅(qū)動力預計將來自智能/互聯(lián)家居、可穿戴設備和物聯(lián)網(wǎng)細分市場。
如今，Wi-Fi 技術有多種風格和配置，支持數(shù)百種不同復雜程度的功能。對于設備制造商來說，選擇滿足功能、性能、成本和功耗限制的正確規(guī)格可能具有挑戰(zhàn)性。本文提供了有關確定最佳選擇時需要考慮的重要參數(shù)的見解。
各代技術之間的差異
什么是Wi-Fi 6？
它源自 IEEE 802.11ax 標準，是目前市場上使用最流行的一代。據(jù) ABI 稱，2023 年出貨量中近一半的 Wi-Fi 設備將是 WI-FI 6，到 2026 年這一比例將攀升至三分之二。
與WI-FI 5（IEEE 802.11ac）相比，WI-FI 6具有雙倍的最大MIMO配置、雙倍的最大信道帶寬和更高的調(diào)制方案。這相當于 PHY 級別最大數(shù)據(jù)速率的 5 倍以上。盡管這非常重要，但這并不是 WI-FI 6 如此受歡迎的原因，它的滲透率是新一代有史以來最快的。
WI-FI 6 的主要優(yōu)勢是更高的網(wǎng)絡效率，特別是在可以將更多設備連接到同一接入點的密集區(qū)域，從而以更高的吞吐量和更低的延遲提供更好的用戶體驗。這種更高的效率來自兩個主要特征，其中包括：
多用戶 MIMO (MU-MIMO)：這將接入點 (AP) 的 MIMO 操作劃分為多個用戶（或站）。例如，8×8 AP 可以同時處理多達 8 個 1×1 用戶，每個空間流一個。AP 通過空中（下行鏈路）發(fā)送單個 8×8 MIMO 數(shù)據(jù)包，其中包含每個用戶在其各自分配的空間流上的數(shù)據(jù)。每個用戶可以在其各自的空間流上同時回復（上行鏈路）。Wi-Fi 5 Wave 2 已支持 MU-MIMO 下行鏈路，但不支持 MU-MIMO 上行鏈路。
Wi-Fi 6 MU-MIMO 功能通過盡可能填充空間流和并行化數(shù)據(jù)流量，顯著提高網(wǎng)絡效率
多用戶 OFDMA (MU-OFDMA)：這允許將總可用帶寬在多個用戶之間劃分為所謂的資源單元 (RU)。這樣，可以讓更多的用戶連接到該 AP。例如，最多 37 個用戶可以同時共享一個 80MHz 信道，每個用戶僅使用 2MHz 帶寬。此外，這種窄帶允許與其他窄帶技術（例如藍牙和802.15.4（即Thread、ZigBee））更好地共存。
Wi-Fi 6 MU-OFDMA 功能通過在多個用戶之間共享通道帶寬（此處為卡車），顯著提高了網(wǎng)絡效率
MU-MIMO 和 MU-OFDMA 使 AP 能夠更好地調(diào)度用戶之間的流量，并具有適當?shù)牧６群透玫姆召|(zhì)量控制。數(shù)百甚至數(shù)千臺設備可以連接到 AP，且擁塞情況有限。此外，速度較慢的 WI-FI 6 IoT 設備可以與 WI-FI 6 高要求設備無縫共存，而不會影響其吞吐量和延遲。
WI-FI 6 的另一大功能是目標喚醒時間 (TWT)。對于低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備來說尤其有趣：連接到 AP 的每個 WI-FI 6 設備都可以進入深度睡眠狀態(tài)，并在與 AP 預先協(xié)商的各自預定時間喚醒。這可以最大限度地減少沖突并顯著降低功耗。
什么是Wi-Fi 6E？
WI-FI 6 在 2.4GHz 和 5GHz 頻段上運行。眾所周知，2.4GHz 頻段擠滿了藍牙、Zigbee 和 Thread 等其他無線技術。5GHz頻段是避免這種擁堵的高速公路。
然而，對數(shù)據(jù)帶寬的需求永遠得不到滿足?，F(xiàn)在有更多的視頻流服務提供更高分辨率的視頻。在城市世界的許多地方，光纖到戶正在推出，提供了超高速互聯(lián)網(wǎng)的潛力，然后需要在家庭/辦公室內(nèi)提供服務。最近新冠肺炎 (covid 19) 大流行期間在家工作的人數(shù)激增，也增加了對可靠、高速 Wi-Fi 的需求。就連WI-FI 6的5GHz高速公路的容量也正在捉襟見肘。因此，WI-FI 6E（仍然源自IEEE 802.11ax標準）被發(fā)布，以利用6GHz頻段（更準確地說，從5.925GHz到7.125GHz）擴展容量。這個額外的 1.2GHz 帶寬最多可增加 7 個 160MHz 帶寬通道（而 5GHz 頻段上只有 2 個這樣寬的通道），或者最多 14 個 80MHz 帶寬通道（5GHz 頻段上只有 5 個可用）。盡管 6GHz 頻譜存在地理挑戰(zhàn)（如Wi-Fi 聯(lián)盟網(wǎng)站所述，并非所有 6GHz 帶寬都在全球范圍內(nèi)可用），事實證明 WI-FI 6E 非常受歡迎，在殘酷的競爭中創(chuàng)造了一些急需的喘息空間。搜索數(shù)據(jù)帶寬。這個額外的 6GHz 頻段擁塞程度較低，因此可以提供更好的服務質(zhì)量和更低的延遲。這對于游戲和 AR/VR 耳機應用尤其重要。然而，它的射程更有限，墻壁和天花板穿透能力降低。
什么是Wi-Fi 7？
雖然 WI-FI 7 仍有待 2024 年晚些時候獲得批準，但我們已經(jīng)開始在市場上尋找“預”WI-FI 7 芯片和設備。源自 IEEE 802.11be 規(guī)范的 WI-FI 7 將擁有更大的實力：
信道帶寬高達 320MHz，而 WI-FI 6/6E (802.11ax) 的信道帶寬為 160MHz。該功能僅適用于 6GHz 頻段。
高達 16×16 MIMO 配置，而 WI-FI 6/6E (802.11ax) 中為 8×8
4K QAM 最大調(diào)制，與 WI-FI 6/6E (802.11ax) 中的 1K QAM 相比
WI-FI 7 的速度幾乎比 WI-FI 6/6E 快 5 倍。但這并不是人們對 WI-FI 7 突然產(chǎn)生興趣的唯一原因。有兩個非常重要的功能正在引起人們對下一代 Wi-Fi 的關注：
多鏈路操作 (MLO)：這提供了聚合來自相同或不同頻段的兩個通道的能力，以提高吞吐量、繞過干擾并減少延遲。例如，由于干擾因素，在 6GHz 頻段上獲得 3 個可用信道中的免費 320MHz 信道可能非常具有挑戰(zhàn)性，甚至不可能。為了克服這種情況，借助 MLO，WI-FI 7 (802.11be) 連接可以聚合 7 個可用信道中的 6GHz 頻段中的兩個不相交的 160Mz 信道，或者 6GHz 頻段上的一個信道與 5GHz 頻段上的另一個信道。理論上任何組合都是可能的，包括例如 5/6GHz 頻段上 160MHz + 80MHz 信道的聚合。
Wi-Fi 7 多鏈路操作 (MLO) 功能允許聚合兩個鏈路（或通道）以提高整體吞吐量（此處聚合了兩個 160MHz 帶寬通道）
MLO 還可以用于負載平衡，通過在通道之間快速、無縫地切換來最大程度地減少爭用/重試。這也意味著延遲的減少。
多資源單元（MRU）：當用戶的吞吐量需求驅(qū)動需要“大”資源單元時，如此大的帶寬可能在整個信道帶寬上都不是空閑的。因此，具有與 MLO 類似的概念，但在同一信道上，可以為單個用戶聚合兩個連續(xù)或不相交的資源單元，以實現(xiàn)吞吐量要求。
得益于 MLO 和 MRU，WI-FI 7 (802.11be) 非常有吸引力，特別是在具有高吞吐量、低延遲和高鏈路可靠性要求的應用中。如何、何時以及通過哪些渠道進行聚合是 WI-FI 7 基礎設施提供商的差異化優(yōu)勢。
需要考慮的其他設計配置參數(shù)
了解每一代技術帶來的好處，什么是最適合我的應用的？除了生成和相關功能集之外，還需要考慮支持的最大配置參數(shù)，例如：
支持的射頻頻段：默認為2.4GHz，所有類型均支持。由于 2.4GHz 頻譜很擁擠，許多技術都在競相爭奪媒介（Wi-Fi、藍牙、Zigbee 和其他專有技術），因此支持 5GHz 頻段甚至 6GHz 頻段（在 WI-FI 6E 上）可能會很有趣。和無線網(wǎng)絡 7)。這是一項額外成本（5/6GHz 無線電芯片上的額外芯片尺寸），但由于擁塞程度較低和重傳次數(shù)較少，因此有助于實現(xiàn)更高的吞吐量和更短的延遲。
最大信號帶寬：信號帶寬可以為20MHz、40MHz、80MHz（從Wi-Fi 5 / 802.11ac開始）、160MHz（從WI-FI 6 / 802.11ax開始）或320MHz（WI-FI 7 / 802.11be上）僅限 6GHz 頻段）。信號帶寬越大，數(shù)據(jù)吞吐量越高。如果高吞吐量不是一個重要參數(shù)，那么支持更大的帶寬仍然是有益的；對于給定的吞吐量，更大的帶寬會導致空中花費的時間更短，從而降低功耗。此外，在空中花費的時間更少，可以為其他人留下更多的空閑空間，因此更多的設備可以共存。這就是為什么許多低功耗 IoT 設備支持高達 40MHz 帶寬而不是僅 20MHz，即使這會帶來少量額外成本。
最大 MIMO 配置：Wi-Fi 系統(tǒng)可以具有單個收發(fā)器鏈（SISO，又名單輸入單輸出）或多個收發(fā)器鏈（MIMO，又名多輸入多輸出）。實際上，發(fā)射鏈和接收鏈數(shù)量的任意組合都是可能的，最高可達標準授權(quán)的最大數(shù)量（例如，WI-FI 6 最多為 8×8，WI-FI 7 最多為 16×16）。1×1 是指 SISO 配置，而 2×2 是具有 2 個發(fā)射鏈和 2 個接收鏈的 MIMO 系統(tǒng)。還存在不對稱配置，例如具有 2 個發(fā)送鏈和 3 個接收鏈的 2×3。更多的鏈意味著更高的吞吐量。這就像有幾根平行的管道。例如，2×2 比 1×1 快兩倍。但有時增加鏈的數(shù)量并不是為了增加吞吐量，而是為了通過額外的多樣性來達到更高的靈敏度。例如，2×3 配置可能僅在接收側(cè)支持 2 個（而不是 3 個）空間流，第三條鏈用于獲得額外的信號分集，從而獲得更高 dB 的靈敏度?？偠灾?，更多的鏈意味著更高的吞吐量或更高的靈敏度，但由于無線電鏈的重復而帶來了額外的芯片尺寸和成本。
最大 MCS：收發(fā)器鏈上可以實現(xiàn)的最大吞吐量還取決于支持的最高調(diào)制編碼方案 (MCS)。但更高的 MCS 會導致調(diào)制解調(diào)器中的信號處理更復雜，并且對模擬/無線電架構(gòu)的要求更嚴格，這意味著更大的芯片尺寸和更高的功耗。這就是為什么有時WI-FI 6低功耗物聯(lián)網(wǎng)解決方案為了節(jié)省成本和功耗僅支持MCS8/9（256QAM），而WI-FI 6標準最高可支持MCS10/11（1024QAM）。
多無線電/多鏈路配置：當設備支持多個頻段（2.4GHz、5GHz，有時是 6GHz）時，可以通過 Wi-Fi 系統(tǒng)的單個實例或多個實例來處理各個頻段上的鏈路：
單個實例化允許同時處理每個頻段，但需要分時處理。從用戶/應用程序的角度來看，這是透明的，只是總吞吐量在每個頻段之間共享。無論如何，單個實例化都可以支持 Wi-Fi 7 多鏈路單無線電 (MLSR) 功能，該功能允許立即從一個通道切換到另一個通道，以獲得更高的可靠性和更短的延遲。
多個實例化允許完全同時支持多個頻段，從而支持更高的聚合吞吐量。由于芯片尺寸較大，因此成本較高，但可以通過其帶來的附加價值來補償。
最適合我的應用程序的版本和配置是什么？
選擇最新最好的口味和配置并不總是合適的，因為這可能會導致昂貴的過度殺傷力。面臨的挑戰(zhàn)是選擇在性能、成本和功耗之間提供最佳折衷的風格和配置。讓我們看幾個例子。
低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備
低功耗物聯(lián)網(wǎng)中普遍存在的問題是成本，然后是功耗。這就是為什么 WI-FI 4（源自 IEEE 802.11n 規(guī)范）單頻段 2.4GHz 仍然占主導地位，因為人們可以找到遠低于 1 美元的芯片，但已經(jīng)足夠好了。但隨著產(chǎn)量的增加，WI-FI 6 芯片的成本很快非常接近 WI-FI 4 芯片。它還帶來了額外的好處：
如果需要更高的數(shù)據(jù)吞吐量：使用 MCS7（64QAM 調(diào)制）時，WI-FI 4 1×1 40MHz 帶寬可達到 150Mbps PHY 數(shù)據(jù)速率，而 WI-FI 6 1×1 40MHz 帶寬時
由于 TWT 功能，功耗更低。沖突越少，重傳就越少，因此空中花費的時間也就越少。
由于更高的數(shù)據(jù)速率，功耗更低。對于給定的數(shù)據(jù)吞吐量，更高的數(shù)據(jù)速率意味著在空中花費的時間更少，因此在更短的時間內(nèi)啟用無線電時功耗更低。
更多 WI-FI 6 設備可以連接到 WI-FI 6 接入點。
低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備通常速度很慢。與前幾代不同，WI-FI 6 慢速設備不會減慢 Wi-Fi 網(wǎng)絡速度，因此可以更好地與快速設備共存。
如果可靠性是一個關鍵參數(shù)，那么至少支持雙頻段就很重要。在某些工業(yè)應用中通常會出現(xiàn)這種情況。
如果延遲很關鍵，則必須支持具有兩個或三個頻段的 Wi-Fi 7。在某些工業(yè)和醫(yī)療應用中可能就是這種情況。
高端設備
支持 Wi-Fi 的高端設備通常處理大量數(shù)據(jù)傳輸，例如視頻流和文件共享。這些設備包括智能手機、平板電腦、PC/筆記本電腦、電視、機頂盒、相機、AR/VR 耳機等。它們主要具有 MIMO 2×2 多頻段配置。雖然我們?nèi)匀辉谑袌錾峡吹酱罅?Wi-Fi 5 芯片，但新設計至少主要是 Wi-Fi 6 (802.11ax)，以便獲得吞吐量效率的優(yōu)勢，特別是隨著連接到 Wi-Fi 5 的設備數(shù)量的增加接入點正在增長。其中一些設備（例如智能手機、游戲機和 AR/VR 耳機）將在遷移到 Wi-Fi 6E 甚至 Wi-Fi 7 (802.11be) 時獲得巨大優(yōu)勢，從而享受更高的可靠性和更低的延遲。
接入點
在設計/部署/升級基礎設施時，建議使用 Wi-Fi 7 (802.11be) 接入點，特別是在機場、體育場、購物中心和辦公室等密集環(huán)境中，其中連接的用戶多達數(shù)千個，移動且具有動態(tài) Wi-Fi 要求，定期在電子郵件、瀏覽、聊天、文件傳輸和視頻會議之間切換。這些接入點通常具有 4×4 MIMO 配置或以上。
對于家庭或小型辦公室等較小的環(huán)境，具有 2×2 MIMO 配置的接入點通常就足夠了。據(jù) ABI 稱，2×2 配置占網(wǎng)絡和接入點 Wi-Fi 芯片組總出貨量的 40% 以上。如果沒有很強的時延要求，從技術角度來看，Wi-Fi 6或6E就足夠了，但必須考慮WI-FI 7相對于競爭的營銷價值。
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