• 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是一種使用無線發(fā)射器和無線電信號(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。

  
  

  圖源：華為WiFi白皮書

   

  1997年，IEEE制定出了第一個(gè)無線局域網(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，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)樵絹碓蕉嗟脑O(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，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，因此也成為射頻前端市場(chǎng)重要的增量。所以，大體看下來，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。

   

  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，不過近日，蘋果也在招聘無線芯片工程師，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40億顆WiFi芯片。通過不斷的買買買，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，也不是一朝一夕。

   

  WiFi無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，不過產(chǎn)品預(yù)估也要2-3年時(shí)間才能問世，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

  《華為WiFi 6白皮書》

  Purple博客《WiFi的歷史》

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