Wi-Fi的持续演进

Kevin Mukai

物联网 （IoT） 催生了许多新的无线应用，Wi-Fi 引領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。

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。

* 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。

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。