Wi-Fi的持續演進

Kevin Mukai

物聯網 （IoT） 催生了許多新的無線應用，Wi-Fi 引領無線網絡聯接的發展已有20多年。Wi-Fi技術的發展和價格可承受性使Wi-Fi變得無處不在，Wi-Fi設備賦能全球市場的新用例和應用。

在過去的20年中，Wi-Fi不斷發展，每次新迭代，其名稱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，標準的發展為半導體和軟件制造商提供了新的能力去開發，以支持新的應用采用Wi-Fi并為現有應用帶來新功能。如表1所示，Wi-Fi的帶寬呈指數級增長，從Wi-Fi 1的11 Mbps到Wi-Fi 6的9.6 Gbps。

* 802.11be修正案的開發正在進行中，目標是2021 年初稿，預計2024年定稿。

當Wi-Fi 4采用稱為MIMO或多輸入多輸出的天線技術時，速度也顯著提高。在表1中MIMO數據的第1個數字表示用于發送的數據流/天線的數量，第2個數字表示用于接收的數據流/天線的數量。對于Wi-Fi，系統通常是平衡的，具有相等數量的發射和接收天線，但是該技術還支持非對稱架構。

使用MIMO類似于增加高速公路上的車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：多用戶MIMO （MUMIMO）。MU-MIMO同時將MIMO性能擴展到多個客戶端。MU-MIMO的引入支持具有多個天線的多個設備同時進行通信，并且為每個聯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流向多個目的地。MU-MIMO帶來的好處隨著天線數量的增加而增加，因為可以將接收客戶端劃分為子組，每個子組獲得專用帶寬。例如，具有8×8 MU-MIMO的接入點可以將其分為三組2×2。但是，實際影響是處理MU-MIMO所需的信號處理成比例地增加。因此，只有該領域的專家如安森美半導體 才能提供能夠真正實現初衷的技術方案。

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問、更低的延遲傳輸高性能網絡、游戲和串流。8K HDTV和虛擬實境 （VR） / 擴增實境（AR）應用可以輕松地與家庭中的舊版Wi-Fi設備共存。企業熱點和戶外應用也可以利用MU-MIMO和Wi-Fi 6E提供的高性能多客戶端運行的可用帶寬。

Wi-Fi 6E為行業和市場帶來了巨大的機遇，但是，采用新的頻段會給整個基礎設施帶來巨大挑戰。由于消費者已經渴望利用Wi-Fi 6E的優勢，因此OEM和服務提供商面臨著壓力將新網關、路由器、IoT中樞、網狀中繼器和接入點推向市場以提供Wi-Fi 6E能力，同時對在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網絡提出了更高的要求，因為大多數此類設備在2.4 GHz和5 GHz頻段運行。IoT設備必須提供一致的服務質量及高聯接性，以實現不間斷和可靠的運行。

客戶端6 GHz的采用需要時間，主流客戶端以往要采用新的Wi-Fi標準需要兩三年。在此之前，用戶只需要家庭中的雙頻，服務提供商和用戶都不愿意為不能用的高價服務付費。

安森美半導體的AdaptivMIMO技術使服務提供商能開發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行重新配置，以分配部分Wi-Fi流和天線來支持6 GHz運行，如 Wi-Fi 6E客戶端被引入家庭。這使OEM和服務提供商可以減少部署的網關/路由器盒配置的數量，并簡化支持Wi-Fi 6E的盒子的部署時間。

2 AdaptivMIMO

安森美半導體的AdaptiveMIMO技術在MIMO和MU-MIMO之上，并提供了動態配置無線電和RF前端的能力，以將8×8 5GHz無線電拆分和配置為兩個4×4無線電，可以同時在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賦能的中樞和網關，通過AdaptivMIMO卸載家庭中支持6 GHz的設備可減少總體擁塞，并提高聯接性、范圍和減小延遲，從而改善智能家居體驗。AdaptivMIMO一開始就準備好基礎設施來支持6 GHz設備，以提高頻譜效率和利用率，從而促進了向6 GHz世界的遷移。通過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，從而為用戶提供更高的體驗質量，同時減少服務呼叫并降低網絡服務提供商（ISP）的運營成本。

3 Wi-Fi的未來

Wi-Fi 6E為消費者帶來了重大的新功能和優勢，這無疑并不是業界最后一次擴展這種通用而強大技術的能力。802.11be或Wi-Fi 7是發展中的下一個標準，通過將信道帶寬加倍和調制來提供比Wi-Fi 6E更高的速度能力。還添加了針對低延遲網絡的增強功能，提升高帶寬性能用于多接入點網絡中支持低延遲游戲、視頻和網絡應用。

隨著社會習慣的變化，人們越來越傾向于在線上和移動中使用更多數據，對同時流向多個設備的更高帶寬的需求將繼續增加。5G蜂窩網絡的出現無疑將為戶外用戶帶來顯著的好處。但是，由于5G仍是需授權的技術，因此它將始終由蜂窩網絡提供商控制。這樣，人們普遍認為5G將與Wi-Fi相輔相成，而Wi-Fi仍然是可以滿足家庭內外對更高帶寬需求的唯一免授權無線技術。