公开课第61期笔记|物奇古强:差异化布局 实现WiFi6高端进阶之道

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在WiFi标准的演进和应用的促进下,WiFi6将迎来“最好时光”。据统计,到2025年,全球WiFi芯片市场规模将达到220亿美元,WiFi6市场份额将占到全部WiFi芯片的52%左右,包括WiFi 6E芯片。

而国内市场也不遑多让,预计2025年国内WiFi芯片市场规模将超过320亿元,WiFi 6/7的市场规模将超过209亿元,占全部WiFi市场的64%。

围绕这一“价值高地”,开启了新一轮的跑马圈地,竞争也格外激烈。除博通、高通等老牌厂商之外,专注于这一赛道的国内厂商如乐鑫科技、博通集成、物奇微电子等也力图“更上一层楼”,如何差异化定位、争夺更多的市场份额也成为必修课。

3月2日下午14:30,集微网举办第61期“集微公开课”活动,特邀重庆物奇微电子有限公司通信与算法技术副总裁古强,为大家分享主题为“领先的WiFi 6技术及高阶WiFi市场布局”的在线直播讲解,就WiFi的演进发展历程、WiFi市场现状和前景、物奇WiFi产品方案及差异化战略定位进行了详细阐述。

WiFi演进永无止境

追根溯源,WiFi的演进也走过了漫长的历程。

古强表示,从1997年IEEE推出了第一代运行在2.4GHz频段的802.11开始,历经了2.4G频段的802.11b、5G频段的802.11a以及支持2.4G和5g频段的802.11g协议,再发展到支持MIMO、波速成型等技术的802.11n协议,即业界所熟知的WiFi4,带宽也随之增加到40兆赫兹。

当时间来到2013年,802.11ac进一步扩展了带宽至最高160MHz,并引入更高阶的调制技术(256QAM)等,被称为WiFi5。WiFi5极大地提升了通信速率,但却只能工作在5G频段。

因而,下一代即同时支持2.4G和5G频段的WiFi6应运而生,并且引入和发展了OFDMA和MU-MIMO技术。古强提到,在WiFi6E标准中还新增对6GHz频段的支持,而在后续IEEE即将推出的WiFi7标准中,更大的带宽、更高阶的调制方式、更灵活的频谱利用方式、更高的时空复用、更多的电路操作以及多AP协作等技术也会被引入。

 


从“进阶”历程中,各个WiFi标准在一些关键技术规格方面也有对应的差异。古强介绍,在频段方面,从WiFi4到WiFi5、WiFi6、WiFi7,除WiFi5以外都可以在2.4G和5G频段工作,而且WiFi6E和WiFi7还增加了6G频段。

带宽更是一路看涨,从WiFi4的20-40兆赫兹到WiFi5的80+80 160兆赫兹,WiFi7则将高达320兆赫兹。

从调制方式来看,也从WiFi4的最高64-QAM进阶到WiFi5的最高256-QAM,WiFi6最高为1024-QAM,WiFi7则将高达4096com。

在MIMO方面,从WiFi4开始最高支持4x4 SU-MIMO单用户,到WiFi5支持最高4×4的下行DL-MU-MIMO,到了WiFi6,则最高支持8×8上行和下行的多用户。在即将发布的WiFi7协议中,还将支持最高到16×16的多用户MAC。

对此古强总结,这也表明WiFi通信技术的演进是永无止境的。

WiFi6引入多项关键技术带来设计挑战

WiFi标准在迈向主流的WiFi6过程中引入了OFDMA频分复用、MU-MIMO、BSS着色机制、TWT等关键技术。

古强介绍,OFDMA是首次在WiFi6中引入的一项技术,可显著提升频谱利用率、降低时延。MIMO在WiFi5其实已经引入,在WiFi6中则进一步扩展为支持上行和下行以及更多空间流的MIMO技术,可显著提升空间流利用率及系统容量。BSS技术通过在物理层添加BSS color字段可对来自不同BSS的数据进行“染色”,从而提升资源利用率及网络吞吐量。TWT技术则是一项可以提升效率、降低终端功耗的一项技术。 

具象来看,OFDMA技术将无线信道划为多个子信道分配给不同的用户,用户数据得以承载在不同频率资源块上,从而降低了网络堵塞,提升数据传输的效率,降低了延迟。

MU-MIMO 技术则支持多用户同时上传和下载,以往WiFi4只能一次与一个用户通信,而在WiFi6协议下最多允许8个终端共享上行、下行的数据包,适用于大数据包的并行传输,提升了空间流的利用率及系统容量。

BSS着色机制通过数据包头部6bits标签区分是否属于终端自己的信息,而无需进行完全解码封装,从而提升效率和降低同频道干扰。

作为WiFi6另一重要资源调度功能,TWT技术支持多个用户可以在同一时间醒来,可以有效降低同频干扰,提升网络效率。

相应地,这些关键技术也导致WiFi6技术研制难点大幅提升。古强指出,从OFDM到OFMDA,技术难度提升主要体现在算法,信道估计的实时性/均衡的复杂度、协议调度成倍提升;在多流MU-MIMO方面,则是算法复杂性增加,因矩阵计算维度指数增加,多用户空间流的匹配增加了信道估计和均衡检测的难度,协议复杂、波束管理、测量上报、匹配、资源调度都更复杂;支持1024QAM,EVM至少达到-35dB,对算法的性能要求更高,需要性能更好复杂性更高的解调技术。

因而,古强认为,要实现完备的高阶WiFi芯片布局,需要相匹配的底层技术,WiFi6芯片研制需要不断深耕射频、模拟、算法、协议栈以及SoC整合等短距通信技术,以形成核心能力储备。

差异化布局向高端WiFi迈进

瞄准这一赛道,物奇守正出奇,早在前几年就前瞻布局,开始进行相关技术的储备和积累,在模拟射频电路设计、低功耗数模混合SoC、系统和算法实现能力持续深耕。基于这些底层技术的积累和突破,催生物奇一代又一代产品迭代,向WiFi6E、WiFi7演进,反过来这些产品的迭代又促进了物奇的技术升级和进阶。

对此古强如数家珍地说,经过多次测试芯片的准备,目前物奇自主研发的高性能射频电路的相位噪声已经低于-50dB,在高线性度功率放大器方面也取得了比较显著的成绩。专利的低功耗CMOS PA效率超过40%,在典型的功率场景中比同类竞品可降低60%的功耗。在通信算法方面,物奇也一直坚持自研,目前已经拥有的射频算法以及SoC整合的等关键技术能力,为设计复杂的WiFi6甚至未来标准的芯片提供了有力支撑。

从物奇WiFi产品规划路线来看,也是一步一个脚印,按照既定目标稳扎稳打向前推进。

物奇WiFi4芯片WQ9001支持2.4G赫兹,支持1T1R和USB接口,主要应用于网络摄像头、行车记录仪、智能音箱等,已大规模出货。不仅首发助力TP-Link打造高性能IPC方案,还通过了Sigma Star、君正、国科微、富瀚微、安凯等主流平台的驱动适配和集成,在主流客户方面实现了量产。

作为WiFi6 combo SoC,物奇WQ9101则是国内首颗1x1 DBDC双频并发WiFi6芯片,支持2.4G和5G双频并发(1T1R+1T1R),最高物理层速率为900Mbps,支持外部FEM,支持上行MU-OFDMA TX和下行MU-OFDMA RX,实现了SDIO3/USB双接口支持,并且完全兼容蓝牙5.3协议、支持BLE audio、支持BT/BLE双模、支持物奇专利的蓝牙Turbo性能增强模式,灵敏度可以达到-100dBm,性能得到了众多国内头部客户的认可,在电视、机顶盒、平板、个人电脑、MIFI、CPE等应用领域已批量出货。

在演讲中古强还透露,物奇即将发布下一代WiFi6 STA:WQ9201,其关键规格在于支持2x2 DBAC和1x1 DBDC双频并发,最高带宽80MHz,最高速率为1.2Gbps,内置物奇专利的高效率功率放大器,支持蓝牙5.3协议,接口方面支持PCIe2.0/USB3.0/SDIO3.0,在各项指标上将比肩国际大厂水平。

这些系列产品的推出成就了物奇高端WiFi差异化战略的蓝图。古强提到,WiFi4可谓是物奇走向高端市场过渡到WiFi6的第一颗芯片,包含了全自研的射频和算法技术等, EVM/灵敏度领先且功耗要低。

随着物奇在通信算法和高性能模拟射频技术方面的积累越来越丰富,后续又推出了WQ9101这一首款1x1双频并发WiFi6量产芯片,有着领先的低功耗蓝牙及射频技术,定位于高端数传WiFi,用于图像和视频传输,可针对头部客户做差异化定制需求。

构建于上述产品开发与应用的成功基石之上,物奇在诸多关键技术领域实现了市场转化和进阶,即将推出WQ9201定位于高端数传WiFi,全面覆盖消费电子等终端市场。而且,针对下一代WiFi7芯片的研发也在推进中。

值得一提的是,除在高性能WiFi领域不断进阶之外,物奇还在蓝牙音频、PLC宽带载波以及AI等领域拥也有突破性的技术创新,并取得了显著的进展。

古强详细介绍道,物奇PLC产品线基于开源RISC-V的CPU内核,自主开发了PA驱动芯片,出货量超过千万片,并实现4合1功能(HPLC、国际/中国国密安全、AFE、RISC-V双核)。蓝牙层面,实现了蓝牙音频SoC系统工作功耗<4mA,开发了采用Hi-Fi5 DSP的蓝牙音频芯片,RISC-V+DSP的架构也引领了蓝牙音频芯片的趋势,射频接收灵敏度达到-100dbm。车规级AI语音芯片则实现了在国内头部汽车客户30万辆新能源车的产品量产;视觉识别AI芯片在智能门锁领域市场占有率超过50%。而且,在图像识别芯片方面支持所有主流3D视觉,并自主研发了CNN卷积神经网络算法。

围绕“预研一代、设计一代、量产一代、销售一代”的技术研发路径,古强最后表示,物奇将通过成熟的设计和验证平台、专利技术储备,持续着力高端WiFi芯片开发,形成覆盖WiFi 6/6E/7不同产业化节点的产品布局,在高端WiFi芯片的全球化比拼中占据一席之地。

责编: 张轶群
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