• WiFi技術更迭20年

  2022-01-01 21:24:26
  WiFi網絡被廣泛認為是與水和電同等重要的基礎設施。從2000年第一代WiFi產品面世，到現在，已經21年，回顧WiFi發展的20多年，它的發展歷程如何？Wi-Fi的好處和商業價值已為企業所熟知，這幾年，WiFi芯片這個市場迎來了最多玩家參與的時間節點，路由器廠商、物聯網芯片廠商、射頻前端模組企業等新老企業紛紛扎進這個市場，而在這里面，國內企業尤其多。

   

  

  WiFi技術更迭20年

   

  首先，什么是 WiFi？在基本層面上，WiFi是一種使用無線發射器和無線電信號將寬帶互聯網連接到設備的方式。一旦發射器接收到來自互聯網的數據，它就會將數據轉換為無線電信號，該信號可由支持WiFi的設備接收和讀取。然后在發射器和設備之間交換信息。

   

  華為發布的WiFi白皮書中指出，歷代WiFi的發展歷程，其實就是一個追求高帶寬的過程。Wi-Fi技術的演進每4 ~ 5年進行一次，每次改進的主要目的是增加帶寬。

  
  

  圖源：華為WiFi白皮書

   

  1997年，IEEE制定出了第一個無線局域網通信標準802.11，允許設備之間以每秒2Mbps的速度無線傳輸數據。1999年IEEE又發布了802.11b標準，傳輸速率為11Mbps，工作在2.4GHz頻段，是原始標準的5倍。同年IEEE又發布了802.11a標準，不過是工作在5GHz頻段，數據傳輸率達到了54Mbps。

   

  第一代的Wi-Fi產品802.11于 2000年上市，具有11Mbps的最大數據速率，并在2.4GHz頻段操作，這與當時大多數計算機通過有線網絡連接的速度相當。WiFi使用電磁波在兩個主頻上傳輸數據：2.4Ghz (802.11b)和5Ghz (802.11a)。多年來，2.4Ghz一直是WiFi用戶的熱門選擇，因為它可以與大多數主流設備兼容，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合在一起，形成了802.11g標準，數據傳輸速度為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爭。

   

  2009年出現了802.11n的版本，也有一種新的命名方式，被稱為WiFi 4，這一標準對WiFi進行了很大的變革，引入了“多輸入多輸出”數據 (MIMO)，它使用多個天線來增強發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也是第一個同時工作在2.4GHz和5GHz頻段的WiFi技術。這主要是因為越來越多的設備都使用2.4GHz，導致它變得擁擠和變慢。為了解決這個問題，雙頻路由器應運而生。這些路由器包含兩種類型的無線電，可以同時支持 2.4 GHz 和 5GHz 鏈路上的連接。默認情況下，雙頻路由器范圍內的設備會自動連接到更快、更高效的5GHz頻率。但是，如果設備距離較遠或在墻后，則可以使用2.4Ghz作為備份。

   

  2014年發布了802.11ac，也稱為WiFi 5，速度高達3.5 Gbps，但是其只支持5GHz，削弱了2.4Ghz下的用戶體驗。

   

  2020年WiFi 6的發布為更快的連接和技術之間的鏈接帶來了巨大的希望，速度高達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 MIMO 特性，并新增了許多針對高密部署場景的新特性，例如OFDMA頻分復用技術、DLIULMU-MIMO 技術、更高階的調制技術 (1024-QAM)、空分復用技術(SR） & BSS Coloring 著色機制、擴展覆蓋范圍 (ER)。

   

  2020年，WiFi聯盟又宣布了WiFi 6的擴展版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能夠有更多連續頻譜，更寬的頻道，以及更少的干擾。WiFi 6E的誕生主要是因為，2020年4月23日，美國聯邦通信委員會投票通過，將6GHz的1200 MHz免授權頻段分配給WiFi 6。

   

  雖然WiFi 6主要是為了改善高密度場景下的用戶體驗，但是面臨著在線游戲、遠程辦公、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WiFi 7已經小荷露尖角了。聯發科在其最近的技術峰會上指出，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。預計WiFi 7標準將在 2022 年第二季度發布。華為關于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正交調幅（QAM）、多資源單元（RU）、多鏈路操作（MLO）、增強的多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)、多接入點(AP)協調等技術。利用這些尖端技術，WiFi 7比WiFi 6具有更高的數據傳輸速率和更低的延遲。WiFi 7預計將支持高達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任務組（TGbe）于2019年5月正式成立，致力于802.11be（Wi-Fi 7）的開發。

   

  

  WiFi 6和WiFi 7的比較（圖源：華為官網）

   

  WiFi 6 依舊火熱，WiFi 7成下一個必爭之地

   

  WiFi芯片最初的研發主要集中在路由芯片上，但是這幾年物聯網的出現，數量驚人的消費電子產品和計算設備之間的互聯并交互信息，孕育出了強大的物聯網WiFi芯片需求。再者，自WiFi 5標準之后，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WiFi技術的最新代的追捧一直是業界關注的重點。目前在WiFi 6/6E主芯片市場，主要是博通、高通和聯發科打頭陣。但高通和聯發科憑借其在手機上的技術實力，這幾年攻勢迅猛。再加上國內一眾企業的涌入，WiFi芯片市場這個賽道越發熱鬧起來。

   

  博通是WiFi芯片市場的主導者，擁有多項Wi-Fi 6E世界第一，博通一直在高端WiFi芯片領域保持差異化優勢。今年早些時候為三星提供發布的全球首款 Wi-Fi 6E 智能手機提供芯片。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、藍牙和Wi-Fi芯片，此舉或將對博通產生一定壓力，博通和蘋果在2020年初達成的150億美元無線組件供應協議，將在2023年到期。

   

  我們都知道，高通在手機芯片領域是全球霸主之一，但是其在WiFi芯片也有很強的實力。去年的時候，高通就已經出貨了超過40億顆WiFi芯片。通過不斷的買買買，再加上高通在手機芯片上的積累，例如WiFi 6標準引入的MU-MIMO和OFDMA，這在較早之前的蜂窩網絡上就已經在出現，高通在路由端和移動端都分別有產品。

   

  聯發科這幾年發展急速，在5G手機芯片大獲成功，而且還在全力搶占WiFi 6芯片市場商機，今年10月份，聯發科發布了WiFi 6無線連接平臺Filogic系列產品，包括Filogic 830及Filogic 630兩款芯片。并且，聯發科已開始投入下一代WiFi 7的研發，在最近的聯發科技術峰會上，聯發科調侃稱將在CES2022展示下一代WiFi網絡技術WiFi 7。

   

  大陸一眾企業也在競相發力WiFi領域，據悉國內與WiFi 6芯片相關的企業已達數十家，紅海的局面一觸即發，而紅海主要是集中在物聯網WiFi芯片領域。中國大陸WiFi芯片公司有：ASR、BK、恒玄科技、樂鑫、展銳、博通集成、中科威發、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也開始組件團隊，入局智能家居的WiFi 6芯片。TP-Link是國內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，或將產生一些影響，其供應鏈主要有高通、聯發科。當然路由器芯片的研發難度要比物聯網WiFi芯片大，要研發出來，也不是一朝一夕。

   

  WiFi無線射頻前端模詛則是另一個具有前景的市場，在這個領域供應商主要是國外企業為主，如Skyworks、Qorvo等，他們2020年就已經推出了WiFi 6/WiFi 6E FEM（前端模塊）。目前國產WiFi 6射頻前端芯片市占率不到1%，據悉，Wi-Fi 6 FEM的技術難度不亞于5G PA，只不過模組的難度倒不及5G PA。國內能提供WiFi 6 FEM產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月也發布了國內首套2.4G&5G高功率WiFi 6 FEM芯片。

   

  此前鐘林在談國內射頻企業的文章中寫到，國內WiFi 6 FEM水平仍停留在中低功率，與國外差距很大。但這個賽道卻非常擁擠，國內有近20家WiFi FEM芯片公司，WiFi FEM技術路線很清晰：WiFi 4—>WiFi 5—WiFi 6—>WiFi 6E—>WiFi 7，其中每個協議包括低功率、中功率和高功率。

   

  國產Wi-Fi FEM爆發始于2020年，主要原因系：一、市場前景好，Yole預測，2025年Wi-Fi FEM市場規模將超30億美金，約200億人民幣。二、所需要的設計人才少，國內研發人才可能只有5-7個人；三是資金要求相對小，不像WiFi主芯片那般一個億砸進去，沒有什么水花。

   

  在WiFi 6打的“不可開交”的時候，博通、高通和聯發科這三家已經開始提前部署研發WiFi 7了，不過產品預估也要2-3年時間才能問世，足見WiFi 7將是下一個商家必爭之地。但如上文所述，WiFi 7的性能如此強大，技術難度自然也很高，開發WiFi 7芯片更不是易事。
   

  本文參考資料：
  《釋放Wi-Fi的力量，2019~2023年企業級Wi-Fi 6預測》白皮書

  《華為WiFi 6白皮書》

  Purple博客《WiFi的歷史》

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