探讨新一代Wi-Fi 6技术如何改变物联网发展
作者 | 智能头条2021-12-31

Wi-Fi是数字时代的命脉

如果你问任何一个人,他们认为自己每天使用的最重要的技术是什么,他们很可能会说是Wi-Fi,尤其是在这个受疫情影响的世界。事实上,联想(Lenovo)最近在全球范围内进行的一项研究发现,拥有良好、可靠的Wi-Fi是人们所说的成功实现随时随地工作的最基本能力。同样,在家里,如果Wi-Fi出现故障,即使是最狂热的个人电脑(PC)和智能家居设备爱好者也会停止使用它们,直到连接恢复。简而言之,Wi-Fi是数字时代的命脉。

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Wi-Fi 6引入多样增强特性,速度快效率佳

考虑到Wi-Fi标准的重要性,它在过去几年里的快速发展和进步就不足为奇了。最新的是Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E,由于增加了6 GHz频段,这两款产品为Wi-Fi使用提供了巨大的1.2 GHz新带宽。Wi-Fi 6中包含了许多新的增强功能,其中包括支持下行链路和上行链路的多用户、多输入、多输出(Multi-User, Multiple Input, Multiple Output, MU-MIMO)和正交频分复用多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, OFDMA)。

Wi-Fi中MU-MIMO的增强版本增加了可在Wi-Fi网络上同时发送和接收的信号数量以及这些信号的范围。Wi-Fi 6中的OFDMA支持提高了信号发送的效率。这两种技术加上其他许多技术,使得支持Wi-Fi 6的网络更快、更可靠,并且能够支持更多的设备,即使是在现有的2.4和5 GHz信道上。

人们对Wi-Fi 6的关注主要集中在新标准带来的速度提升上,毕竟,谁不想拥有更快的网络呢?然而,对于智能家居和其他没有大带宽需求的物联网设备(IoT)来说,这些速度差异其实真的无关紧要,因为单纯提高数据传输速率并不会让连接设备运行得更好。

这是否意味着Wi-Fi 6对于物联网类型的应用没有用处?绝对不是。Wi-Fi 6的主要优势在于它的频谱效率、同时支持的设备数量增加,以及大幅提高的网络可靠性和覆盖范围,而不仅只是速度。此外,Wi-Fi 6还支持一项名为目标唤醒时间(Target Wake Time, TWT)的技术,该技术允许支持该技术的设备进入超低功耗睡眠模式,从而提高能源效率。

低功耗Wi-Fi芯片和无线共存解决方案提升物联网设计

说到这,大多数物联网设备倾向于在2.4 GHz Wi-Fi范围内运行,这在很大程度上是因为在这些较低频率上发送和接收信号比在5或6 GHz等更高频率上发射所需的功率更少。能源效率对于许多物联网设备来说是绝对必要的,尤其是那些由电池供电的设备,并且使用较少电源的能力可以显著提高物联网设备的使用寿命。事实上,在智能门锁的例子中,55微安和250微安的运行速度之差,意味着单节电池的使用寿命为3年,而不是不到一年。

然而,并非所有的Wi-Fi芯片都能在这种低功耗模式下工作。大多数Wi-Fi芯片在更高的功率水平上运行,因为它们针对个人电脑、智能手机、智能电视等设备的高带宽要求进行了优化。有鉴于此,Silicon Labs一直在开发低功耗的Wi-Fi芯片,如RS9116系列SoC和模块便是专门针对物联网设备的独特需求而设计。RS9116系列产品不仅可以在上述较低的功率水平下工作,而且还集成许多功能,可以让开发人员更轻松地设置物联网设备;这些设备由于尺寸较小或特定的设计要求,几乎不提供用户界面。对于设备制造商和设计师来说,这是一个至关重要的区别。

另一个关键因素是Wi-Fi与其他无线标准和行业协议(如蓝牙、低功耗蓝牙等)同时运行。尽管Wi-Fi很棒,但它显然不是家庭、企业或工业物联网环境中唯一的无线解决方案。实际上,能够与多种无线信号和平共存是至关重要的。重要的是,这种共存不仅仅局限于物理层,还需要经过设计和优化的软件堆栈来同时运行。为此,Silicon Labs已经拥有一系列兼容支持Wi-Fi 4的芯片,它们可与蓝牙和其他协议一起工作。此外,该公司还预计推出一系列具有类似功能的Wi-Fi 6功能组件。这不仅使逻辑设计过程更容易,而且将Wi-Fi和蓝牙功能集成到单个芯片中,减少了将部件安装到设备系统中必要的物理尺寸要求。

除了支持多种物理标准外,由于Silicon Labs大量参与了新的Matter协议的开发,并且正努力提供与Matter互操作性相关的解决方案,更多信息请参见相关文章:全球芯片挑战系列-Matter突破互通性壁垒让智能家居更“智能”。Matter位于网络堆栈的应用层,因此,如果没有提前完成集成工作的话,那么设计人员则需要额外的努力在Wi-Fi解决方案的硬件和软件层中集成与其他Matter兼容设备的连接能力。

小结

Wi-Fi显然是现今一项不可或缺的技术,无论在个人和职业生活中使用的各种智能设备都需要此技术,它的持续发展将在未来很长一段时间内成为设备设计和用户体验的关键因素。虽然标准不断改良以迎合更苛刻的市场需求,但是Wi-Fi解决方案并非适合所有的应用。对于物联网设备工程师来说,专门针对他们需求的低功耗Wi-Fi芯片将是他们在考虑无线解决方案时首要考虑的重点。


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2021-12-31