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Wi-Fi 6普及元年到来,有哪些芯片和产品可供选择?

2020-02-14 09:16 程文智

导读:由于疫情的影响,MWC2020被取消了,但各大手机厂商的新机还是在陆续发布,今天小米发布了其2020年新的旗舰机小米10.全系支持Wi-Fi6.而且同时发布了一款支持Wi-Fi 6的路由器。加上之前三星发布的Galaxy S10和S20系列、iPhone11系列手机等等,支持Wi-Fi6的终端越来越多,相信2020年将成为Wi-Fi 6的普及元年......

由于疫情的影响,MWC2020被取消了,但各大手机厂商的新机还是在陆续发布,今天小米发布了其2020年新的旗舰机小米10.全系支持Wi-Fi6.而且同时发布了一款支持Wi-Fi 6的路由器。加上之前三星发布的Galaxy S10和S20系列、iPhone11系列手机等等,支持Wi-Fi6的终端越来越多,相信2020年将成为Wi-Fi 6的普及元年......

自从1999年IEEE发布802.11b标准后,经过20多年的发展,Wi-Fi实现了人与人的连接,改善了人们的日常生活,成为了当今世界无处不在的技术,为数十亿设备提供连接,也成为了越来越多用户上网接入的首选方式,并且有逐渐取代有线接入的趋势。

据Wi-Fi联盟介绍,自2000年以来,获得Wi-Fi联盟的Wi-Fi CERTIFIED认证产品已经超过5万多项。Wi-Fi CERTIFIED是得到国际认可的认证标识,适用范围包括路由器、电视机、智能手机、可穿戴设备和智能家电。

本来Wi-Fi的命名是在802.11后面使用不同的字母代表不同的标准版本,比如802.11b、802.11n、802.11ac、802.11ax等,但这记起来确实有点麻烦,因此,Wi-Fi联盟为了便于Wi-Fi用户和设备厂商轻松了解其设备连接或支持的Wi-Fi型号,更改了Wi-Fi标准的命名方法,将最新的802.11ax命名为了Wi-Fi 6.

表1:802.11标准于新命名。

与以往每次发布新的802.11标准一样,802.11ax也将兼容之前的802.11ac/n/g/a/b标准,老的终端一样可以无缝接入802.11ax网络。

Wi-Fi 6有哪些优势?

自从2019年9月16日,Wi-Fi联盟正式推出Wi-Fi 6的认证计划后,Wi-Fi 6受到了业界的广泛关注。这主要是因为Wi-Fi6继承了Wi-Fi 5(802.11ac)的所有先进MIMO特性,并新增了许多针对高密度部署场景的新特性。使用了OFDMA频分复用技术、DL/UL MU-MIMO技术、更高阶的调制技术(1024-QAM)、目标唤醒时间(TWT,Target Wakeup Time)等核心技术。

Wi-Fi 6所支持的高级特性可为用户的无线网络带来新的体验,即使在具有多种设备的复杂Wi-Fi环境下也能表现突出。其主要优势包括更高的数据速率、更高的网络容量,在拥挤的环境中提高性能以及提高电源效率等等。具体特性汇总如下:

正交频分多址(OFDMA):提高网络效率并降低高需求环境的延迟。

图1:雷军在小米10发布会上解释Wi-Fi6采用的OFDMA技术优势。

完整的多用户多输入多输出(MU-MIMO):802.11ax在11ac原有下行MU-MIMO基础上,加入了上行MU-MIMO特性,实现了完整意义上的多终端并行传输,即允许一次传输更多数据,并使接入点能够一次传输到更多并发客户端。

发送波束成形:在给定范围内实现更高的数据速率,从而提高网络容量。

高阶调制编码方案(1024-QAM):通过在相同数量的频谱中编码更多数据来提高Wi-Fi设备的吞吐量。

目标唤醒时间(TWT):显著改善了Wi-Fi设备(如大发快三设备)的电池寿命。

图2:雷军在小米10发布会上解释Wi-Fi 6的优势。

Wi-Fi 6设备有哪些?

Wi-Fi CERTIFIED 6是最新一代Wi-Fi,可支持多种多样的Wi-Fi设备及应用,并可部署在体育场、机场、工业园区、商业园区、设备日益密集的Wi-Fi住宅等富有挑战性的环境中,提高Wi-Fi网络性能。

目前有三星Galaxy Note10、Galaxy S10、Galaxy S20、iPhone11、iPhone 11 Pro,以及小米在今天发布的小米10等智能手机,Aruba 530 和550系列、华硕RT-AX88U AX6000、RT-AX56U、Buffalo 5950AX12系列、TP-Link的Archer AX50、思科Catalyst 9130、KAON AR1340、Ruckus R750和小米AX3600等接入点,以及微软Surface Laptop 3等其他消费电子产品,都已支持Wi-Fi CERTIFIED 6.

图3:Wi-Fi认证标识。

最新一代Wi-Fi支持先进的Wi-Fi CERTIFIED WPA3安全技术,WPA3是下一代Wi-Fi安全技术,它在成功获得广泛采用的Wi-Fi CERTIFIED WPA2的基础上,增加了新的功能,以简化Wi-Fi安全保障方法、实现更可靠的身份验证、为高度敏感的数据市场提高加密强度并保持关键任务型网络的弹性。所有WPA3网络都:

采用最新的安全保障方法; 禁止使用过时的传统协议; 要求使用“受保护的管理帧(Protected Management Frames,简称PMF)。

因为不同Wi-Fi网络的用途和安全需求有所不同,所以WPA3专门为个人网络和企业级网络提供了额外功能。WPA3-Personal针对密码猜测企图增强了对用户的保护,而WPA3-Enterprise的用户现在则能够利用更高级的安全协议,保护敏感数据网络的安全。

WPA3保留了与WPA2设备的互操作性,目前是Wi-Fi CERTIFIED设备的可选认证项目。随着时间推移和市场采用率提高,WPA3将成为必选认证项目。

目前有哪些芯片厂商推出了相关产品?

目前,参与Wi-Fi认证的企业有华硕(Asus)、美国电话电报公司(AT&T)、Boingo、博通(Broadcom)、思科(Cisco)、康卡斯特(Comcast)、英特尔(Intel)、Netgear、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、TP-Link和小米等,预计在未来的一年里,Wi-Fi 6将广泛应用于各种设备。

据了解,博通、高通、Marvell、英特尔、赛普拉斯等芯片厂商已经推出了Wi-Fi 6芯片,联发科技和瑞昱也表示将会在2020年扩产Wi-Fi 6芯片。目前,首批获得目前首批获得Wi-Fi认证的产品有:Broadcom BCM4375、Broadcom BCM43698、Broadcom BCM43684、Cypress CYW 89650 Auto-Grade Wi-Fi 6 Certified、Intel Wi-Fi 6 (Gig+) AX200 (for PCs)、Intel Home Wi-Fi Chipset WAV600 Series (for routers and gateways)、Marvell 88W9064 (4x4) Wi-Fi 6 Dual-Band STA、Marvell 88W9064 (4x4) + 88W9068 (8x8) Wi-Fi 6 Concurrent Dual-Band AP、Qualcomm Networking Pro 1200 Platform、Qualcomm FastConnect 6800 Wi-Fi 6 Mobile Connectivity Subsystem、Ruckus R750 Wi-Fi 6 Access Point等。

博通:Wi-Fi 6产品最丰富

博通在网络芯片领域的优势很明显,早在2017年,它就宣布推出业界首个完整的Wi-Fi 6解决方案,并公布了Max Wi-Fi芯片。这一系列芯片下载速率可提升4倍,上传提升6倍,覆盖范围提高了4倍,电池寿命提高了7倍。其中,BCM43684是针对家庭Wi-Fi市场的芯片、BCM43694则针对企业AP进行了优化、BCM4375是一款智能手机组合芯片。2019年2月,BCM4375芯片搭载于全球首款Wi-Fi 6手机三星Galaxy S10.博通也借此成为Wi-Fi 6芯片赛道上的领头羊。

技术层面来看,博通Max Wi-Fi使用了OFDMA(正交频分多址)技术、MU-MIMO(多用户多入多出)技术、TWT(目标唤醒时间)和空间复用。OFDMA可以实现在每个时间段内多个用户同时并行传输,MU-MIMO允许路由器同时与多个设备通信,TWT技术则能够减少电池消耗并改善电池续航表现,同时也减少唤醒后同时竞争无线资源的设备数量。空间复用则允许接入点通过智能决定何时传输数据来更有效地共享信道容量。

随着Wi-Fi联盟在2020年1月3日引入Wi-Fi 6E,将Wi-Fi 6的频段扩展到6GHz后,博通也积极跟进,在CES 2020展会期间,博通揭晓了旗下首批支持Wi-Fi 6E的芯片,企业级包括BCM43694(4x4双频、160MHz频宽)、BCM43693(3x3三频、80MHz频宽)、BCM43692和BCM47622(集成ARM处理器)。

民用级包括BCM43684(4x4、160MHz频宽)、BCM6710(3x3、80MHz频宽)、BCM6705(2x2、80MHz频宽)和BCM6755.

就在前几天,博通有推出了一款用于移动设备的Wi-Fi 6E芯片BCM4389.据博通介绍,BCM4389比上一代的Wi-Fi 6芯片BCM4375性能强了很多,它使用了16nm工艺,而BCM4375则是28nm,这意味着新芯片的功耗将会低一些。除了Wi-Fi部分有很大的提升外,它在蓝牙部分也有加强,支持MIMO特性和三信道特性让它在信号稳定性和匹配速度上都比上代要强,官方给出的数据是匹配速度快两倍,另外还有两倍的延迟缩减,五倍的能效比。

图4:BCM4389与BCM4375的性能对比。

博通透露说,这批Wi-Fi 6E芯片已经交付样品给合作伙伴使用了,具体的终端产品应该在今年年底会推出。

不过,目前6GHz频段还需要等待监管部门批准使用。Wi-Fi联盟表示,6GHz频段是非授权频谱的重要组成部分,世界各地的监管机构可能不久就会开放这段频谱。

高通:5G+Wi-Fi是未来之路

在高通看来,无线产品中WAN和WLAN是串联开发的,而不是孤立的。因此,随着5G时代的到来,5G+Wi-Fi 6将是高通无线产品组合的核心部分。

高通在其2019 Wi-Fi 6技术日上,还宣布即将推出的下一代Wi-Fi 6 Qualcomm FastConnect 6800子系统将支持上行MU-MIMO(多用户多输入多输出),这是Wi-Fi 6标准的重要创新。随着实时视频共享、在线游戏和AR/VR等新兴应用将变革数据传输格局,上行链路的数据流量传输与管理对于移动终端用户正变得日益重要。

此外,高通还将Wi-Fi 6推向了汽车市场,其Wi-Fi 6芯片QCA6696为汽车行业带来下一代Wi-Fi和蓝牙连接。该芯片旨在提供快速、安全且高效的Wi-Fi连接,以满足移动汽车内的消费者在拥堵和密集环境中对更高鲁棒性和更低时延的严苛需求。QCA6696支持双Wi-Fi 6 MIMO接入点,以实现千兆级车载热点并在车内提供高效Wi-Fi连接,同时支持多显示屏上的超高清(ultra-HD)视频流传输、兼容终端设备和无线备份摄像头的镜像投屏以及蓝牙5.1和Qualcomm aptX Adaptive音频技术以支持高保真语音和流传输音频。QCA6696目前正在出样,搭载该芯片的商用汽车预计将于2021年面市。

英特尔:专注在PC和路由器市场

英特尔的Wi-Fi 6产品组合业务主要交给其子公司Lantiq负责。资料显示,Lantiq成立于2009年,后于2015年被英特尔收购。2018年,英特尔宣布将扩展其Wi-Fi芯片组合,其中包括用于2×2和4×4家用路由器的Wi-Fi 6芯片组,以及用于电缆、DSL、光纤和其他消费电子设备的网关。

英特尔家用Wi-Fi 6芯片组WAV600系列支持千兆以上的速度,是面向双频4流(2+2)路由器和网关的Wi-Fi 6解决方案,让用户能够以可承受的价格开始享受Wi-Fi 6的优势。基于英特尔的Wi-Fi 6技术的Wi-Fi 6 (Gig+) 路由器和网关旨在运用160MHz通道带宽,在符合条件的PC上提供真正的千兆级速度,包括配备集成802.11ac千兆Wi-Fi的当前PC以及配备英特尔Wi-Fi 6 (Gig+)的新PC。

目前有Netgear推出的Nighthawk AX4路由器和TP-Link的Archer AX50路由器采用了英特尔的WAV600系列芯片。

恩智浦:收购来的Wi-Fi 6芯片产品线

恩智浦的Wi-Fi 6技术主要来源于Mavell,在2019年5月,恩智浦同意以全现金资产交易的方式,收购Marvell的无线连接产品线。通过此次收购,恩智浦能够面向其整个终端市场的客户,交付完整且可扩展的处理和连接解决方案,包括定制安全性,以及一整套跨Wi-Fi、蓝牙、低功耗蓝牙、ZigBee、Thread和近场通信 (NFC) 的无线连接产品。此次收购包括世界各地的近 600 名人员。

本次收购于2019年12月3日通过了一切必要的监管批准。并在12月上半月完成了此次交易。

因此,Marvell此前针对互连汽车市场的 802.11ax Wi-Fi 无线解决方案“88Q9098”就归于了恩智浦的旗下。解决方案集成了 2x2 加 2x2 同步双 Wi-Fi、双模蓝牙 5/ 蓝牙低功耗、802.11p。据悉,88Q9098 支持千兆级性能,创新的同步双 Wi-Fi 架构将两个完整的 Wi-Fi 子系统集成到单个 SoC 中,并支持两个独立的 2x2 数据流同时以全数据吞吐量运行。

此外,Marvell的802.11ax 无线产品组合,该产品组合包括:88W9068.88W9064 和 88W9064S也同步转移给了恩智浦。其中,88W9068 针对高端企业和零售接入点,运营商网关和固定无线服务进行了优化。88W9064 针对主流企业和零售接入点,运营商网关和固定无线服务进行了优化。88W9064S 针对服务提供商和 OTT 机顶盒市场进行了优化。

现在交易刚刚完成,新的产品估计需要等到年中,或者年底才会推出吧。

赛普拉斯:针对汽车市场的Wi-Fi 6芯片

赛普拉斯CYW89650 2x2+2x2 Wi-Fi 6和蓝牙5.0 Combo(组合)解决方案可提供1Gbp以上的吞吐量,RSDB架构可在不降低音视频质量的前提下,在高性能信息娱乐系统中实现并行操作。

赛普拉斯的汽车级无线解决方案通过了AEC-Q100 3级认证,完全符合汽车行业标准。赛普拉斯的解决方案已经被众多顶级的汽车OEM厂商和汽车系统供应商所采纳,并应用在量产车型中,以支持如智能手机投屏、流媒体以及蓝牙语音连接等信息娱乐系统和车联网应用。

不过,就在恩智浦宣布收购Marvell的Wi-Fi和蓝牙芯片组合业务之后,6月份时英飞凌就宣布了以90亿欧元的价格收购赛普拉斯。也就是说,未来赛普拉斯的Wi-Fi 6芯片及解决方案将会更换为英飞凌了。

Qorvo

未来配合主芯片厂商,射频模块厂商也推出了相应的产品,比如说Qorvo推出了集成的QPF7219前端模块(iFEM),可集成到Wi-Fi 6 (802.11ax) 系统中,以提供覆盖整个住宅的可靠网络。据Qorvo介绍,iFEM结合Qorvo先进的BAW滤波器技术和独有的edgeBoost(或平坦功率)功能,令Wi-Fi覆盖范围增大近一倍,电容增大近3倍,以支持更多设备。

QPF7219在单个设备中集成带功率检测器的2.4GHz功率放大器(PA)、FCC edgeBoost BAW 滤波器、稳压器、发射/接收开关和带旁路功能的低噪声放大器。如此无需再使用采用4x4配置的20个表贴组件,与独立解决方案相比,可将印刷电路板面积减小 40%。

图5:Qorvo edgeBoost提供独有的平坦功率能力,通过提高靠近带缘的通道的输出功率来最大化容量和范围。

此外,Skyworks认为目前Wi-Fi 6正是发展良机,他们正通过推出Wi-Fi 6平台来推动其业务增长。

结语:

在2019年时,Wi-Fi6的设备出货量还相对较小,这主要是因为Wi-Fi 6终端的价格都普遍偏高,但随着最新一代Wi-Fi的使用变得越来越多,未来的产品应该会越来越丰富,价格也会越来越平民化。新的设备认证应该有助于为2020年及以后产品的普及铺平道路。