自1999年Wi-Fi联盟成立以来，Wi-Fi技术不断进步，以满足对更快速度和支持更多设备的日益增长的需求。这种技术广受欢迎，促使Wi-Fi成为了词典中的常用术语。如今，从笔记本电脑、智能手机、电视和机顶盒等对数据要求极高的设备，到偶尔发送数据更新的物联网设备（如家用电器和办公设备），Wi-Fi已成为各种客户无处不在的互联网连接。市场研究公司ABI的数据显示，Wi-Fi设备年出货量持续攀升，预计到2028年将超过50亿台，未来增长的主要驱动力预计将来自智能/互联家居、可穿戴设备及物联网细分市场。
如今，Wi-Fi技术有多种类型和配置，支持数百种不同复杂程度的功能。对于设备制造商来说，选择符合功能、性能、成本和功耗限制的正确规格可能具有挑战性。本文将深入介绍确定最佳选择时需要考虑的重要参数。
各代产品差异和喜好
什么是Wi-Fi 6？
它源自IEEE 802.11ax标准，是目前市场上最流行的一代产品。市场研究公司ABI的数据显示，2023年出货的Wi-Fi设备中将有近一半的Wi-Fi设备采用WI-FI 6，到2026年，这一比例将上升到三分之二。
与WI-FI 5(IEEE 802.11ac)相比，WI-FI 6具有双倍的最大MIMO配置、双倍的最大信道带宽和更高调制方案。这意味着PHY层级的最大数据速率提高4倍以上。尽管最大数据速率提升显著，但这并不是使WI-FI 6变得炙手可热并实现最快一代渗透率的原因。
WI-FI 6的主要优势是提高网络效率，尤其是在密集区域，可以将更多设备连接到同一接入点，吞吐量更高，延迟更低，用户体验更好。Wi-Fi 6之所以效率更高，是因为以下两个主要特性：
▶多用户MIMO(MU-MIMO)：将接入点(AP)的MIMO操作划分给多个用户（或多个站点）。例如，单个8x8 AP可以同时处理多达8个1x1用户，每个空间流一个。AP通过无线（下行链路）发送单个8x8 MIMO数据包，其中包含分配给各个用户的空间流数据。每个用户可在各自的空间流中同时回复（上行链路）。Wi-Fi 5 Wave 2已支持MU-MIMO下行链路，但不支持MU-MIMO上行链路。
▶多用户OFDMA(MU-OFDMA)：允许将总可用带宽以资源单元(RU)的形式划分给多个用户。这样，就可以有更多用户连接至AP了。举例来说，多达37个并发用户可以共享80MHz信道，每个用户仅使用约2MHz的带宽。值得一提的是，此类窄带可更好地与蓝牙和 802.15.4（即Thread、ZigBee）之类的其他窄带技术共存。
MU-MIMO和MU-OFDMA支持AP更好地安排用户之间的流量，使得粒度得当，更好的控制服务质量。数百甚至数千台设备可以连接至存在拥塞限制的AP。而且，较慢的WI-FI 6物联网设备还可以与高要求的WI-FI 6设备无缝共存，且不会影响其吞吐量和延迟。
WI-FI 6的另一个重要特色是目标唤醒时间(TWT)。这一点对于低功耗物联网设备尤为重要：每个连接到AP的WI-FI 6设备都可以在AP预先确定的相应计划时间进入深度睡眠和唤醒。如此一来，将能最大程度地减少冲突并显著降低功耗。
什么是Wi-Fi 6E？
WI-FI 6在2.4GHz和5GHz频段运行。2.4GHz频段因蓝牙、Zigbee及Thread等其他无线技术而拥挤不堪。因此，5GHz频段可谓是避免这种拥塞的“高速公路”。
尽管如此，大家对数据带宽的需求也从未得到满足。现在，有更多的视频流媒体服务可提供更高分辨率的视频。城市中的许多地方都在推行光纤入户，让在家庭/办公室内提供超快互联网成为可能。最近，在新冠肺炎疫情期间，居家办公人数激增也增加了对可靠、高速 Wi-Fi的需求。就连WI-FI 6的5GHz高速公路的容量也在不断扩展。因此，WI-FI 6E（仍然源自IEEE 802.11ax标准）被发布，以使用6GHz频段（更准确地说，从5.925GHz到7.125GHz）扩展容量。这个额外的1.2GHz带宽可增加多达7个信道，每个信道 160MHz带宽（5GHz频段仅能提供2个这样的宽信道），或增加多达14个信道，每个信道80MHz带宽（5GHz频段仅能提供5个这样的信道）。
尽管6GHz 频段在地理位置上存在挑战（如Wi-Fi联盟网站所述，并非所有6GHz带宽都可在全球范围内使用），但WI-FI 6E已被证明炙手可热，在不断增长的数据带宽需求中，创造了一些亟需的喘息空间。这个额外的6GHz频段拥塞程度较低，因此可以提供更好的服务质量和更低的延迟。这对于游戏和AR/VR耳机应用尤其重要。不过，它的范围比较有限，穿墙和穿顶能力较弱。
什么是Wi-Fi 7？
虽然WI-FI 7仍有待在2024年晚些时候获得批准，但我们已经开始在市场上寻找“预”WI-FI 7芯片和设备。WI-FI 7源自IEEE 802.11be规范，优势更强：
与WI-FI 6/6E(802.11ax)160MHz的信道带宽相比，WI-FI 7的信道带宽高达320MHz。而这只在 6GHz频段实现。
与WI-FI 6/6E(802.11ax)支持8x8 MIMO相比，WI-FI 7 7可支持高达16x16 MIMO。
与WI-FI 6/6E(802.11ax)支持1K正交调幅(QAM) 相比，WI-FI 7支持最高4K正交调幅(QAM)。
WI-FI 7的速度几乎比WI-FI 6/6E快5倍。但这并不是 WI-FI 7突然受欢迎的唯一原因。以下两个非常重要的特色才是促使大家关注这个下一代Wi-Fi的原因：
▶多链路操作(MLO)：能够从相同或不同频段聚合两个信道，提高吞吐量，绕过干扰并减少延迟。比如说，干扰导致这3个可用信道可能极难甚至不可能在6GHz频段上获取空闲的320MHz信道。为了克服这种困难，WI-FI 7(802.11be)连接借助MLO在6GHz频段的7个可用信道中聚合两个不相交的160Mz信道，或者聚合 6GHz频段上的一个信道与5GHz频段上的另一个信道。从理论上讲，任何组合都是可能的。例如，聚合 5/6GHz频段上160MHz + 80MHz带宽。
MLO还可用于平衡负载，通过在信道之间快速无缝切换，最大程度地减少争抢/重试次数。这也意味着延迟将得到减少。
▶多资源单位(MRU)：当用户的吞吐量促使需要“大”的资源单位时，这种大带宽可能无法在整个信道带宽中自由使用。可以说，MRU使用与MLO相似的概念，但区别在于MRU可以在同一信道上为单个用户聚合两个连续或不相交的资源单位，满足吞吐量要求。
WI-FI 7(802.11be)凭借MLO和MRU，非常具有吸引力，尤其是在要求高吞吐量、低延迟和高链路可靠性的应用中。信道聚合方式、时机、对象将是区分WI-FI 7基础设施提供商的重要分水岭。
需要考虑的其他设计配置参数
了解每一代技术带来的好处，什么是最适合我的应用的？除了每一代技术和相关功能集之外，还需要考虑支持的最大配置参数，例如：
▶支持的无线电频段：默认为2.4GHz，所有类型均支持。由于2.4 GHz频段非常拥挤，许多技术（Wi-Fi、蓝牙、Zigbee及其他专有技术）都在竞相争夺媒介，因此支持5 GHz频段甚至6 GHz频段（在WI-FI 6E和 WI-FI 7 上）也很有意义。这虽然会增加成本，增加 5/6 GHz无线芯片的芯片尺寸，但由于拥塞程度较低和重传次数较少，将有助于实现更高的吞吐量和更低的延迟。
▶最大信号带宽：信号带宽可以为20MHz、40MHz、80MHz（从Wi-Fi 5/802.11ac开始）、160MHz（从 WI-FI 6/802.11ax开始）或320MHz（在WI-FI 7/802.11be上，仅限6GHz频段）。信号带宽越大，数据吞吐量越高。如果高吞吐量不是一个重要参数，那么支持更大的带宽仍然是有益的。对于给定的吞吐量，更大的带宽会导致空中花费的时间更少，从而降低功耗。此外，在空中花费的时间更少，可以为其他人留下更多的空闲空间，因此更多的设备可以共存。这就是为什么许多低功耗物联网设备支持高达40 MHz的带宽，而不是仅20 MHz，即使这会带来少量额外成本。
▶最大MIMO配置：Wi-Fi系统可以具有单个收发器链（SISO，又名单输入单输出）或多个收发器链（MIMO，又名多输入多输出）。实际上，发射链和接收链的数量可以任意组合，最多可达标准授权的最大数量。例如，使用WI-FI 6时高达8x8，使用WI-FI 7时高达16x16。1x1 是指SISO配置，而2x2是具有2个发射链和2个接收链的 MIMO系统。还存在不对称配置，例如具有2个发送链和3个接收链的2x3。更多的链意味着更高的吞吐量。这就像有几根平行的管道。例如，2x2 比1x1快两倍。但有时增加链的数量并不是为了增加吞吐量，而是为了通过额外的多样性来达到更高的灵敏度。例如，2x3配置可能仅在接收侧支持2个（而不是3 个）空间流，第三条链用于获得额外的信号分集，从而获得更高dB的灵敏度。总而言之，更多的链意味着更高的吞吐量或更高的灵敏度，但由于无线电链的重复而带来了额外的芯片尺寸和成本。
▶最大调制编码方案(MCS)：收发器链上可实现的最大吞吐量还取决于支持的最高调制编码方案(MCS)。但更高的MCS会导致调制解调器中的信号处理更复杂，并对模拟/无线电架构提出更严格的要求，这意味着更大的芯片尺寸和更高的功耗。这就是为什么有时WI-FI 6 低功耗物联网解决方案为了节省成本和功耗仅支持 MCS8/9(256QAM)，而WI-FI 6标准最高可支持 MCS10/11 (1024QAM)。
▶多无线电/多链路配置：当设备支持多个频段（2.4 GHz、5 GHz，有时是6 GHz）时，可以通过Wi-Fi系统的单个实例或多个实例来处理各个频段上的链接：
单个实例化允许同时处理每个频段，但需要分时处理。从用户/应用程序的角度来看，这是透明的，只是总吞吐量在每个频段之间共享。无论如何，单个实例化都可以支持Wi-Fi 7多链路单无线电(MLSR)功能，该功能允许立即从一个通道切换到另一个通道，以获得更高的可靠性和更短的延迟。
多个实例化使其能够完全同时支持多个频段，从而支持更高的聚合吞吐量。由于芯片尺寸较大，因此成本较高，但可以通过其带来的附加价值来补偿。
那么，最适合您的应用程序的版本和配置是什么？
选择最新最好的口味和配置并不总是合适的，因为这可能会导致昂贵的过度杀伤力。面临的挑战是选择在性能、成本和功耗之间提供最佳折衷的风格和配置。让我们看几个例子。
低功耗物联网设备
低功耗物联网中普遍存在的问题是成本，然后是功耗。这就是为什么WI-FI 4（源自IEEE 802.11n规范）单频段2.4 GHz仍然占主导地位的原因，因为人们可以找到远低于1美元且足够好的芯片。但随着产量的增加，WI-FI 6芯片的成本很快非常接近WI-FI 4芯片。并且还带来了额外的好处：
如果需要更高的数据吞吐量：使用MCS7（64QAM调制）时，WI-FI 4 1x1 40 MHz 带宽可高达150 Mbps PHY数据速率，而 WI-FI 6 1x1 40 MHz带宽。
由于TWT功能，功耗更低。冲突越少，重传次数越少，空中花费的时间也就越少。
更高的数据速率使得功耗更低。对于给定的数据吞吐量，更高的数据速率意味着在空中花费的时间更少，因此在更短的时间内启用无线电时功耗更低。
更多WI-FI 6设备可以连接到WI-FI 6接入点。
低功耗物联网设备通常速度缓慢。与前几代不同，WI-FI 6慢速设备不会减慢Wi-Fi网络速度，因此可以更好地与快速设备共存。
如果可靠性是一个关键参数，那么至少支持双频段就很重要。在某些工业应用中通常会出现这种情况。
如果延迟很关键，则必须支持具有两个或三个频段的 Wi-Fi 7。在某些工业和医疗应用中可能就是这种情况。
高端设备
支持Wi-Fi的高端设备通常处理大量数据传输，例如视频流和文件共享。这些设备包括智能手机、平板电脑、PC/笔记本电脑、电视、机顶盒、相机、AR/VR耳机等。它们主要具有MIMO 2x2多频段配置。虽然我们仍然在市场上看到大量Wi-Fi 5芯片，但新设计至少主要是Wi-Fi 6(802.11ax)，以便获得吞吐量效率的优势，特别是随着连接到Wi-Fi 5的设备数量的增加接入点正在增长。其中一些产品（例如智能手机、游戏机和 AR/VR耳机）将在迁移到Wi-Fi 6E甚至Wi-Fi 7 (802.11be)时获得巨大优势，从而享受更高的可靠性和更低的延迟。
接入点
在设计/部署/升级基础设施时，建议使用Wi-Fi 7 (802.11be)接入点，特别是在机场、体育场、购物中心和办公室等密集环境中，这些地方有多达数千个用户连接、移动且具有动态Wi-Fi要求，定期在电子邮件、浏览、聊天、文件传输和视频会议之间切换。这些接入点通常具有4x4 MIMO配置或以上配置。
对于家庭或小型办公室等较小的环境，具有2x2 MIMO 配置的接入点通常就足够了。据ABI称，2x2配置占网络和接入点Wi-Fi芯片组总出货量的40%以上。如果没有很强的延迟要求，从技术角度来看，Wi-Fi 6或6E 就足够了，但必须考虑WI-FI 7相对于同类竞品的营销价值。
CEVA无线连接解决方案
CEVA是可集成到SoC的Wi-Fi平台IP解决方案的领先提供商，为数以百亿计台Wi-Fi设备提供支持。CEVA 的解决方案包括一系列经过市场验证的MAC和调制解调器，迎合各代Wi-Fi标准(Wi-Fi 4/5/6/6E/7)，支持 SISO和MIMO 2x2配置中的站/客户端(STA)和接入点 (AP)模式，带宽从20MHz到高达160MHz。
