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WiFi技術(shù)更迭20年
2022-01-01 21:24:26
WiFi網(wǎng)絡(luò)被廣泛認(rèn)為是與水和電同等重要的基礎(chǔ)設(shè)施。從2000年第一代WiFi產(chǎn)品面世,到現(xiàn)在,已經(jīng)21年,回顧WiFi發(fā)展的20多年,它的發(fā)展歷程如何?Wi-Fi的好處和商業(yè)價(jià)值已為企業(yè)所熟知,這幾年,WiFi芯片這個(gè)市場(chǎng)迎來(lái)了最多玩家參與的時(shí)間節(jié)點(diǎn),路由器廠商、物聯(lián)網(wǎng)芯片廠商、射頻前端模組企業(yè)等新老企業(yè)紛紛扎進(jìn)這個(gè)市場(chǎng),而在這里面,國(guó)內(nèi)企業(yè)尤其多。
WiFi技術(shù)更迭20年
首先,什么是 WiFi?在基本層面上,WiFi是一種使用無(wú)線發(fā)射器和無(wú)線電信號(hào)將寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接到設(shè)備的方式。一旦發(fā)射器接收到來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù),它就會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)線電信號(hào),該信號(hào)可由支持WiFi的設(shè)備接收和讀取。然后在發(fā)射器和設(shè)備之間交換信息。
華為發(fā)布的WiFi白皮書中指出,歷代WiFi的發(fā)展歷程,其實(shí)就是一個(gè)追求高帶寬的過(guò)程。Wi-Fi技術(shù)的演進(jìn)每4 ~ 5年進(jìn)行一次,每次改進(jìn)的主要目的是增加帶寬。
1997年,IEEE制定出了第一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)802.11,允許設(shè)備之間以每秒2Mbps的速度無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。1999年IEEE又發(fā)布了802.11b標(biāo)準(zhǔn),傳輸速率為11Mbps,工作在2.4GHz頻段,是原始標(biāo)準(zhǔn)的5倍。同年IEEE又發(fā)布了802.11a標(biāo)準(zhǔn),不過(guò)是工作在5GHz頻段,數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了54Mbps。
第一代的Wi-Fi產(chǎn)品802.11于 2000年上市,具有11Mbps的最大數(shù)據(jù)速率,并在2.4GHz頻段操作,這與當(dāng)時(shí)大多數(shù)計(jì)算機(jī)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接的速度相當(dāng)。WiFi使用電磁波在兩個(gè)主頻上傳輸數(shù)據(jù):2.4Ghz (802.11b)和5Ghz (802.11a)。多年來(lái),2.4Ghz一直是WiFi用戶的熱門選擇,因?yàn)樗梢耘c大多數(shù)主流設(shè)備兼容,而且比5Ghz更便宜。
2003年,早期WiFi版本的更快的速度和距離覆蓋結(jié)合在一起,形成了802.11g標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)傳輸速度為54Mbps。路由器也變得越來(lái)越好,比以前功率更高,覆蓋范圍更廣。WiFi開始迎頭趕上,與最快的有線連接的速度競(jìng)爭(zhēng)。
2009年出現(xiàn)了802.11n的版本,也有一種新的命名方式,被稱為WiFi 4,這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)WiFi進(jìn)行了很大的變革,引入了“多輸入多輸出”數(shù)據(jù) (MIMO),它使用多個(gè)天線來(lái)增強(qiáng)發(fā)射器和接收器的通信,它的最大連接速率為 600 Mbit/s,它比其前身更快、更可靠。
802.11n也是第一個(gè)同時(shí)工作在2.4GHz和5GHz頻段的WiFi技術(shù)。這主要是因?yàn)樵絹?lái)越多的設(shè)備都使用2.4GHz,導(dǎo)致它變得擁擠和變慢。為了解決這個(gè)問(wèn)題,雙頻路由器應(yīng)運(yùn)而生。這些路由器包含兩種類型的無(wú)線電,可以同時(shí)支持 2.4 GHz 和 5GHz 鏈路上的連接。默認(rèn)情況下,雙頻路由器范圍內(nèi)的設(shè)備會(huì)自動(dòng)連接到更快、更高效的5GHz頻率。但是,如果設(shè)備距離較遠(yuǎn)或在墻后,則可以使用2.4Ghz作為備份。
2014年發(fā)布了802.11ac,也稱為WiFi 5,速度高達(dá)3.5 Gbps,但是其只支持5GHz,削弱了2.4Ghz下的用戶體驗(yàn)。
2020年WiFi 6的發(fā)布為更快的連接和技術(shù)之間的鏈接帶來(lái)了巨大的希望,速度高達(dá)9.6 Gbps,比Wi-Fi 5的3.5 Gbps提高了近300%。Wi-Fi 6不但有Wi-Fi 5的所有先進(jìn) MIMO 特性,并新增了許多針對(duì)高密部署場(chǎng)景的新特性,例如OFDMA頻分復(fù)用技術(shù)、DLIULMU-MIMO 技術(shù)、更高階的調(diào)制技術(shù) (1024-QAM)、空分復(fù)用技術(shù)(SR) & BSS Coloring 著色機(jī)制、擴(kuò)展覆蓋范圍 (ER)。
2020年,WiFi聯(lián)盟又宣布了WiFi 6的擴(kuò)展版WiFi 6E,工作頻段除了原本的2.4GHz 、5GHz外,增加了6GHz頻段。這使WiFi 6E能夠有更多連續(xù)頻譜,更寬的頻道,以及更少的干擾。WiFi 6E的誕生主要是因?yàn)椋?020年4月23日,美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)投票通過(guò),將6GHz的1200 MHz免授權(quán)頻段分配給WiFi 6。
雖然WiFi 6主要是為了改善高密度場(chǎng)景下的用戶體驗(yàn),但是面臨著在線游戲、遠(yuǎn)程辦公、AR/VR,以及8K視頻等高需求下,WiFi 6也難以勝任。于是WiFi 7正在呼之欲出,Wi-Fi 7 有望成為連接方面的又一次巨大飛躍。
來(lái)到今年,其實(shí)WiFi 7已經(jīng)小荷露尖角了。聯(lián)發(fā)科在其最近的技術(shù)峰會(huì)上指出,WiFi 7將比Wi-Fi 6E快2.4倍,帶來(lái)更快的速度、更低的延遲和更好的抗干擾能力。預(yù)計(jì)WiFi 7標(biāo)準(zhǔn)將在 2022 年第二季度發(fā)布。華為關(guān)于WiFi 7的百科介紹中也指出:“WiFi 7也稱為IEEE 802.11be,其擁有超高吞吐量(EHT)。WiFi 7基于WiFi 6,引入了320MHz帶寬、4096正交調(diào)幅(QAM)、多資源單元(RU)、多鏈路操作(MLO)、增強(qiáng)的多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)、多接入點(diǎn)(AP)協(xié)調(diào)等技術(shù)。利用這些尖端技術(shù),WiFi 7比WiFi 6具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲。WiFi 7預(yù)計(jì)將支持高達(dá)30Gbps的吞吐量,約為WiFi 6的3倍。”WiFi 7(802.11be)還成立了專門的小組,IEEE 802.11be任務(wù)組(TGbe)于2019年5月正式成立,致力于802.11be(Wi-Fi 7)的開發(fā)。
WiFi 6和WiFi 7的比較(圖源:華為官網(wǎng))
WiFi 6 依舊火熱,WiFi 7成下一個(gè)必爭(zhēng)之地
WiFi芯片最初的研發(fā)主要集中在路由芯片上,但是這幾年物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),數(shù)量驚人的消費(fèi)電子產(chǎn)品和計(jì)算設(shè)備之間的互聯(lián)并交互信息,孕育出了強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)WiFi芯片需求。再者,自WiFi 5標(biāo)準(zhǔn)之后,WiFi射頻前端芯片逐漸外置出來(lái),因此也成為射頻前端市場(chǎng)重要的增量。所以,大體看下來(lái),WiFi芯片主要就分為這三大類。
對(duì)WiFi技術(shù)的最新代的追捧一直是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。目前在WiFi 6/6E主芯片市場(chǎng),主要是博通、高通和聯(lián)發(fā)科打頭陣。但高通和聯(lián)發(fā)科憑借其在手機(jī)上的技術(shù)實(shí)力,這幾年攻勢(shì)迅猛。再加上國(guó)內(nèi)一眾企業(yè)的涌入,WiFi芯片市場(chǎng)這個(gè)賽道越發(fā)熱鬧起來(lái)。
博通是WiFi芯片市場(chǎng)的主導(dǎo)者,擁有多項(xiàng)Wi-Fi 6E世界第一,博通一直在高端WiFi芯片領(lǐng)域保持差異化優(yōu)勢(shì)。今年早些時(shí)候?yàn)槿翘峁┌l(fā)布的全球首款 Wi-Fi 6E 智能手機(jī)提供芯片。博通還為蘋果提供WiFi芯片,不過(guò)近日,蘋果也在招聘無(wú)線芯片工程師,涉及射頻、藍(lán)牙和Wi-Fi芯片,此舉或?qū)?duì)博通產(chǎn)生一定壓力,博通和蘋果在2020年初達(dá)成的150億美元無(wú)線組件供應(yīng)協(xié)議,將在2023年到期。
我們都知道,高通在手機(jī)芯片領(lǐng)域是全球霸主之一,但是其在WiFi芯片也有很強(qiáng)的實(shí)力。去年的時(shí)候,高通就已經(jīng)出貨了超過(guò)40億顆WiFi芯片。通過(guò)不斷的買買買,再加上高通在手機(jī)芯片上的積累,例如WiFi 6標(biāo)準(zhǔn)引入的MU-MIMO和OFDMA,這在較早之前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)上就已經(jīng)在出現(xiàn),高通在路由端和移動(dòng)端都分別有產(chǎn)品。
聯(lián)發(fā)科這幾年發(fā)展急速,在5G手機(jī)芯片大獲成功,而且還在全力搶占WiFi 6芯片市場(chǎng)商機(jī),今年10月份,聯(lián)發(fā)科發(fā)布了WiFi 6無(wú)線連接平臺(tái)Filogic系列產(chǎn)品,包括Filogic 830及Filogic 630兩款芯片。并且,聯(lián)發(fā)科已開始投入下一代WiFi 7的研發(fā),在最近的聯(lián)發(fā)科技術(shù)峰會(huì)上,聯(lián)發(fā)科調(diào)侃稱將在CES2022展示下一代WiFi網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WiFi 7。
大陸一眾企業(yè)也在競(jìng)相發(fā)力WiFi領(lǐng)域,據(jù)悉國(guó)內(nèi)與WiFi 6芯片相關(guān)的企業(yè)已達(dá)數(shù)十家,紅海的局面一觸即發(fā),而紅海主要是集中在物聯(lián)網(wǎng)WiFi芯片領(lǐng)域。中國(guó)大陸WiFi芯片公司有:ASR、BK、恒玄科技、樂(lè)鑫、展銳、博通集成、中科威發(fā)、海思、新岸線、物奇、全志、南方硅谷、杰里、速通、亮牛、高拓、博流、瑞芯微、聯(lián)盛德微電子等等。
另外值得一提的是路由器終端廠商TP-Link也開始組件團(tuán)隊(duì),入局智能家居的WiFi 6芯片。TP-Link是國(guó)內(nèi)路由器市占率最大的廠商,如TP-Link這樣的終端路由器廠商的入局,或?qū)a(chǎn)生一些影響,其供應(yīng)鏈主要有高通、聯(lián)發(fā)科。當(dāng)然路由器芯片的研發(fā)難度要比物聯(lián)網(wǎng)WiFi芯片大,要研發(fā)出來(lái),也不是一朝一夕。
WiFi無(wú)線射頻前端模詛則是另一個(gè)具有前景的市場(chǎng),在這個(gè)領(lǐng)域供應(yīng)商主要是國(guó)外企業(yè)為主,如Skyworks、Qorvo等,他們2020年就已經(jīng)推出了WiFi 6/WiFi 6E FEM(前端模塊)。目前國(guó)產(chǎn)WiFi 6射頻前端芯片市占率不到1%,據(jù)悉,Wi-Fi 6 FEM的技術(shù)難度不亞于5G PA,只不過(guò)模組的難度倒不及5G PA。國(guó)內(nèi)能提供WiFi 6 FEM產(chǎn)品的公司主要有康希通訊、三伍微、卓勝微,四川和芯微電子(Cenchip)在今年10月也發(fā)布了國(guó)內(nèi)首套2.4G&5G高功率WiFi 6 FEM芯片。
此前鐘林在談國(guó)內(nèi)射頻企業(yè)的文章中寫到,國(guó)內(nèi)WiFi 6 FEM水平仍停留在中低功率,與國(guó)外差距很大。但這個(gè)賽道卻非常擁擠,國(guó)內(nèi)有近20家WiFi FEM芯片公司,WiFi FEM技術(shù)路線很清晰:WiFi 4—>WiFi 5—WiFi 6—>WiFi 6E—>WiFi 7,其中每個(gè)協(xié)議包括低功率、中功率和高功率。
國(guó)產(chǎn)Wi-Fi FEM爆發(fā)始于2020年,主要原因系:一、市場(chǎng)前景好,Yole預(yù)測(cè),2025年Wi-Fi FEM市場(chǎng)規(guī)模將超30億美金,約200億人民幣。二、所需要的設(shè)計(jì)人才少,國(guó)內(nèi)研發(fā)人才可能只有5-7個(gè)人;三是資金要求相對(duì)小,不像WiFi主芯片那般一個(gè)億砸進(jìn)去,沒(méi)有什么水花。
在WiFi 6打的“不可開交”的時(shí)候,博通、高通和聯(lián)發(fā)科這三家已經(jīng)開始提前部署研發(fā)WiFi 7了,不過(guò)產(chǎn)品預(yù)估也要2-3年時(shí)間才能問(wèn)世,足見WiFi 7將是下一個(gè)商家必爭(zhēng)之地。但如上文所述,WiFi 7的性能如此強(qiáng)大,技術(shù)難度自然也很高,開發(fā)WiFi 7芯片更不是易事。
本文參考資料:
《釋放Wi-Fi的力量,2019~2023年企業(yè)級(jí)Wi-Fi 6預(yù)測(cè)》白皮書
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