下一代Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)方案全面分析

Wi-Fi已成為當(dāng)今世界無處不在的聯(lián)接技術(shù)，是我們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹闹匾M成部分。安森美半導(dǎo)體自收購Quantenna后，已成為高性能Wi-Fi方案的全球領(lǐng)袖之一。

下一代標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi 6大大提升聯(lián)接速度和吞吐量

Wi-Fi基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，從1999年部署的Wi-Fi 1 （802.11b）演進(jìn)到即將于2020年部署的Wi-Fi 6，最明顯的改進(jìn)是數(shù)據(jù)傳輸速度的提升。Wi-Fi 1峰值傳輸速率11 Mbps，而Wi-Fi 6 （802.11ax）支持速率最高達(dá)9.6Gbps，是Wi-Fi 5的十倍。此外，Wi-Fi 6也大大提高吞吐量。舉例說明，若您想發(fā)送一部3.8GB的電影，使用Wi-Fi 1將需耗約3850秒（64分鐘），而使用Wi-Fi 6僅需約4.5秒，相當(dāng)于提升了約1000倍（3個數(shù)量級）速度！Wi-Fi 6速度和吞吐量的提升都得益于多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)。

什么是MIMO？

傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)通過發(fā)射端單個天線和接收端單個天線來通信，稱為單輸入單輸出（SISO）。MIMO指在發(fā)射端和接收端都有多個天線的通信系統(tǒng)，從而提升收發(fā)數(shù)據(jù)的速度和信號強(qiáng)固性。MIMO自2009年Wi-Fi 4標(biāo)準(zhǔn)開始部署，支持4 x 4 （即4條發(fā)射天線和4條接收天線），到Wi-Fi 5、Wi-Fi 6支持8 x 8 MIMO。支持MIMO的Wi-Fi最初針對單個用戶，但實(shí)際生活中這些數(shù)據(jù)速率增益并不按預(yù)期比例擴(kuò)展，因?yàn)榇蠖鄶?shù)客戶端設(shè)備尤其是移動設(shè)備最多只有兩個發(fā)射器和接收器，因而限制了空間復(fù)用增益最大為2。多用戶MIMO （MU-MIMO）的出現(xiàn)和迅速采用有望充分利用MIMO的優(yōu)勢到多個同時運(yùn)行的設(shè)備。因此，在家庭網(wǎng)關(guān)中，要最大程度地利用MIMO能力，需要采用MU-MIMO。安森美半導(dǎo)體旗下的Quantenna是首個支持4 x 4、8 x 8 MIMO和MU-MIMO的Wi-Fi方案供應(yīng)商。

在可預(yù)見的未來，5G將不會取代Wi-Fi

最新的5G技術(shù)和Wi-Fi 6都意味著更快地聯(lián)接，但它們的應(yīng)用場景、工作頻段、網(wǎng)絡(luò)延遲和頻譜認(rèn)證等都有很大的不同，因此在可預(yù)見的未來，5G將不會取代Wi-Fi，而是互為補(bǔ)足，相互協(xié)同。

5G標(biāo)準(zhǔn)由第三代合作伙伴計劃（3GPP），主要用于戶外，Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)由美國電氣電子工程協(xié)會（IEEE）制定，更適用于室內(nèi)。根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)，5G頻段分為FR1和FR2兩個范圍，其中FR1的頻段低于6GHz，F(xiàn)R2為24GHz至52GHz，由于高頻信號極易衰減，因此需要更復(fù)雜的工程。Wi-Fi 6則工作在2.4GHz、5GHz和6GHz。5G頻譜需申請授權(quán)，而Wi-Fi 6各頻譜免授權(quán)，更易于部署。5G數(shù)據(jù)傳輸速率1至10Gbps，Wi-Fi 6受限于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，傳輸速率最高達(dá)9.6Gbps。5G支持達(dá)350km每小時的高速移動切換，Wi-Fi 6不支持高速移動切換。5G網(wǎng)絡(luò)延遲少于1ms，Wi-Fi 6網(wǎng)絡(luò)延遲取決于核心網(wǎng)絡(luò)，延遲20至150ms。

如何優(yōu)化Wi-Fi性能

針對Wi-Fi速度隨距離增加而下降，安森美半導(dǎo)體提供8 x 8 MIMO、5 x 5 MIMO和波束成形技術(shù)擴(kuò)展Wi-Fi覆蓋范圍。為解決由鄰近Wi-Fi、其它未授權(quán)網(wǎng)絡(luò)帶來的干擾，提供智能型自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)（SONiQ）軟件，通過信道選擇（ChannelSelection）、接入點(diǎn)操控（APSteering）來優(yōu)化Wi-Fi性能。SONiQ框架將各種路由器、訪問點(diǎn)、中繼器和任何系統(tǒng)與Wi-Fi芯片組組合中的其他設(shè)備進(jìn)行整合，使客戶只需采用一個軟件框架即可操控所有產(chǎn)品。對于家庭中許多不同設(shè)備爭用Wi-Fi的情況，采用iQStream通過QoS優(yōu)先級實(shí)現(xiàn)智能選擇路徑的路由機(jī)制。此外，安森美半導(dǎo)體的Wi-Fi 6方案還支持以下特性以實(shí)現(xiàn)差異化的產(chǎn)品：自適應(yīng)8 x 8 MIMO、8空間流FB、ESP、背景動態(tài)頻率選擇（DFS）、始終在線DFS。

自適應(yīng)8x8 MIMO

8 x 8 MIMO能夠?qū)i-Fi數(shù)據(jù)速率提高60％，并在提高覆蓋范圍的同時，大幅減少家庭終端設(shè)備斷開率。自適應(yīng)8 × 8 MIMO則實(shí)時在單個8 x 8或兩個4 x 4網(wǎng)絡(luò)之間切換，以最大化客戶端吞吐量。

8空間流FB

指處理8空間流客戶端反饋以實(shí)現(xiàn)MIMO的最佳性能，如支持三個2 x 2 MU-MIMO客戶端。

ESP

針對少于8空間流FB的客戶端，重建完整的信道信息，提高速度和擴(kuò)大覆蓋范圍。

背景DFS

多達(dá)4條鏈進(jìn)行5GHz背景掃描。

始終在線DFS

先進(jìn)的硬件可檢測并隔離雷達(dá)與子載波。在干凈的DFS信道停留的時間比競爭對手更長。

安森美半導(dǎo)體的Wi-Fi方案

安森美半導(dǎo)體旗下的Quantenna當(dāng)前在Wi-Fi領(lǐng)域的市場涵蓋企業(yè)、零售和運(yùn)營商，提供的產(chǎn)品包括接入點(diǎn)、路由器、家庭網(wǎng)關(guān)、Mesh節(jié)點(diǎn)等，即將通過Wi-Fi 6擴(kuò)展至工業(yè)、汽車、消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域如智能家居、家庭娛樂等IoT細(xì)分市場。

1.符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的接入點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)

安森美半導(dǎo)體的方案支持更快速度和覆蓋范圍，最大速度超過10Gbps，在5GHz支持達(dá)8 x 8 MIMO，在2.4GHz支持達(dá)4 x 4 MIMO，采用Qdock進(jìn)行運(yùn)動檢測，支持云分析。

2.符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的Mesh節(jié)點(diǎn)

安森美半導(dǎo)體提供雙頻和三頻方案，速度超過6Gbps，嵌入CPU，具成本優(yōu)勢，采用Qdock進(jìn)行運(yùn)動檢測，支持云分析。

3.符合Wi-Fi 5、Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)頂盒

安森美半導(dǎo)體的方案支持雙頻可選和雙頻并發(fā)，速度達(dá)2Gbps，差異化特性有：無線直播電視質(zhì)量、更快的速度/更大覆蓋范圍、Mesh節(jié)點(diǎn)功能、使用Qdock進(jìn)行運(yùn)動檢測，也支持云分析。

Spartan交鑰匙方案

針對上述接入點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)、Mesh節(jié)點(diǎn)，安森美半導(dǎo)體提供幾近“交鑰匙”方案，如用于家居中樞/Mesh的Spartan，含全功能硬件和軟件設(shè)計包，為經(jīng)授權(quán)的原始設(shè)備制造商（OEM）和原始設(shè)計制造商（ODM）提供產(chǎn)品設(shè)計文檔、板制造文檔、產(chǎn)品外殼文檔，為便于OEM和ODM定制，還提供通用預(yù)測試固件和軟件開發(fā)套件（SDK），幫助OEM和ODM降低成本，加快產(chǎn)品上市。

最新的Wi-Fi 6 Spartan路由器參考設(shè)計基于QSR10GU-AX 8 x 8 MIMO雙頻雙并發(fā)Wi-Fi 6芯片組，提供無與倫比的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，加速部署同類最佳的Wi-Fi 6路由器到零售和運(yùn)營商市場，解決對更廣泛家庭覆蓋的日增需求，同時提供滿足嚴(yán)格要求的應(yīng)用所需的性能水平，例如4K視頻串流、在線游戲、云同步以及聯(lián)接日趨增多的智能家居產(chǎn)品。

該方案在5GHz采用8 x 8 MIMO和2.4GHz采用4 x 4 MIMO的12空間流運(yùn)行，配備2.5G以太網(wǎng)廣域網(wǎng)（WAN）和局域網(wǎng)（LAN）端口，內(nèi)置一個可輕松實(shí)現(xiàn)Wi-Fi配對的近場通信（NFC）讀卡器，以及一個硬件加速器優(yōu)化低延遲和服務(wù)質(zhì)量（QoS）。關(guān)鍵特性包括真正的8 x 8空間流聲音、大規(guī)模MU-MIMO和正交頻分多址（OFDMA）、發(fā)射波束成形、1024-正交幅度調(diào)制（1024-QAM）和目標(biāo)喚醒時間（TWT）等Wi-Fi特性。SmartScan功能提供零等待DFS和增強(qiáng)的掃描。該參考設(shè)計包括安森美半導(dǎo)體的Qdock，支持第三方應(yīng)用如運(yùn)動檢測、信道狀態(tài)信息（CSI）和射頻（RF）傳感，以幫助簡化集成到客戶應(yīng)用。

使用Wi-Fi進(jìn)行運(yùn)動檢測可應(yīng)用于傳統(tǒng)的住宅監(jiān)控，以檢測我們房屋及其周圍的侵入或定期維護(hù)，這可很容易擴(kuò)展到智能樓宇，使用運(yùn)動和占用檢測作為暖通空調(diào)（HVAC）和照明控制樓宇管理系統(tǒng)的一部分，也可用來監(jiān)視家中的老年人和弱勢群體以安心。

總結(jié)

下一代Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)大大提升聯(lián)接速度和吞吐量，MU-MIMO技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步使制造商充分利用Wi-Fi的潛力。安森美半導(dǎo)體在收購了領(lǐng)先的Wi-Fi技術(shù)領(lǐng)袖Quantenna后，以MU-MIMO、OFDMA、波束成形、DFS、Qdock等關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)創(chuàng)建從硅和系統(tǒng)到軟件的整體Wi-Fi方案，解決在IoT、汽車和智能家居等市場的聯(lián)接應(yīng)用問題，如最新的旗艦方案Spartan路由器提供卓越的吞吐量、速度、覆蓋范圍和性價比，為智能家居帶來企業(yè)級性能，全面的硬件和軟件加速上市時間。