5G和Wi-Fi 6融合

無(wú)線通信解決方案

5G 和 Wi-Fi 是針對(duì)不同應(yīng)用需求所開發(fā)的通信技術(shù)，看似針對(duì)不同的市場(chǎng)與需求，但其實(shí)彼此之間具有互補(bǔ)性，若能夠?qū)?5G 和 Wi-Fi 技術(shù)相結(jié)合，將能夠發(fā)揮 5G 和 Wi-Fi 技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)，并藉此擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)。本文將為您介紹 5G 和 Wi-Fi技術(shù)的最新發(fā)展與5G CPE（Customer Premises Equipment，用戶駐地設(shè)備）的應(yīng)用模式，以及由艾睿電子、Nordic 等公司推出的相關(guān)解決方案。

5G和Wi-Fi 6無(wú)線通信的互補(bǔ)組合

Wi-Fi是一種主要在室內(nèi)使用的局域網(wǎng)（LAN），可在免授權(quán)頻段運(yùn)行形成專用網(wǎng)絡(luò)，是相當(dāng)常見的一種無(wú)線通信技術(shù)，而蜂窩網(wǎng)絡(luò)則是由主要運(yùn)營(yíng)商使用，是一種可在室內(nèi)和室外使用的廣域網(wǎng)（WAN），通常用于長(zhǎng)距離通信。

目前正在普遍推廣中的Wi-Fi 6是基于IEEE 802.11ax標(biāo)準(zhǔn)，容量比上一代提高4倍，延遲降低75%，速度幾乎是其前身Wi-Fi 5的三倍，Wi-Fi 6并具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，可實(shí)現(xiàn)本地漫游，且其低功耗特色使其適用于電池供電的設(shè)備。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是目前最簡(jiǎn)易、最普遍的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幾乎每個(gè)家庭和辦公室都有一個(gè)連接到寬帶服務(wù)的Wi-Fi設(shè)備。

不過，Wi-Fi 6設(shè)備需要采用符合Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的接入點(diǎn)，才能獲得全面的速度、延遲和容量改進(jìn)。目前市面上有Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E兩種標(biāo)準(zhǔn)，兩者都是相同的802.11ax標(biāo)準(zhǔn)，只是工作頻率不同，Wi-Fi 6采用2.4 GHz和5 GHz的頻段，Wi-Fi 6E則采用6 GHz的頻段，最新的Wi-Fi 7則為802.11be標(biāo)準(zhǔn)，將于2024年開始商用。

5G網(wǎng)絡(luò)則是目前最新的蜂窩技術(shù)，將提供比4G/LTE高50倍的速度、低10倍的延遲和高1,000倍的容量。這意味著5G將能夠比以往連接更多設(shè)備，并傳輸更多數(shù)據(jù)，從而提供快速連接并顯著增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。

Wi-Fi和5G這兩種通信技術(shù)將能夠提供互補(bǔ)的功能，在用戶體驗(yàn)方面，5G和Wi-Fi 6都可以實(shí)現(xiàn)千兆速度和低延遲。其中由于Wi-Fi的部署、維護(hù)和擴(kuò)展成本較低（尤其是在接入點(diǎn)需要為更多用戶提供服務(wù)的情況下），因此它將繼續(xù)成為家庭和企業(yè)環(huán)境的主導(dǎo)技術(shù)。這為數(shù)十種需要大量數(shù)據(jù)的設(shè)備提供了強(qiáng)大的支持，例如個(gè)人電腦、平板電腦、智能手機(jī)、流媒體設(shè)備、電視機(jī)和打印機(jī)，這些設(shè)備都必須連接到網(wǎng)絡(luò)。由于5G其覆蓋范圍更長(zhǎng)，因此將用于移動(dòng)連接，例如智能手機(jī)，它還將用于聯(lián)網(wǎng)汽車、智能城市部署，甚至大型制造業(yè)務(wù)。

為物聯(lián)網(wǎng)和邊緣設(shè)備的未來(lái)提供動(dòng)力

5G和Wi-Fi這兩種技術(shù)各自以不同的方式處理網(wǎng)絡(luò)管理。Wi-Fi使用不必經(jīng)過許可的頻譜，每個(gè)人都可以擁有自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需獲得使用許可證。然而，這可能意味著您的Wi-Fi性能，將會(huì)受到與您同時(shí)在同一頻道上使用其網(wǎng)絡(luò)的其他用戶數(shù)量的影響。當(dāng)在辦公室和其他企業(yè)環(huán)境中使用時(shí)，Wi-Fi往往會(huì)受到嚴(yán)格管理，以滿足所需的性能目標(biāo)。5G和LTE網(wǎng)絡(luò)通常由運(yùn)營(yíng)商管理，并使用需要訂閱費(fèi)才能訪問的專用許可頻譜。與LTE一樣，5G性能將取決于您與基站之間的距離和信號(hào)質(zhì)量。

由于5G提供了巨大的性能提升，服務(wù)提供商可以為消費(fèi)者提供另一種將寬帶連接帶入家庭的選擇，也就是通過5G的無(wú)線寬帶來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)。在這一領(lǐng)域，5G可能會(huì)與有線或光纖產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。然而，Wi-Fi仍將是連接家庭中越來(lái)越多的設(shè)備的最有效方式，包括個(gè)人電腦、平板電腦、智能手機(jī)、智能揚(yáng)聲器、家庭安全攝像頭、恒溫器和電器，都可以通過Wi-Fi進(jìn)行連接。

5G和Wi-Fi 6的一些最令人興奮的應(yīng)用將涉及物聯(lián)網(wǎng)（IoT），企業(yè)可以選擇最適合其需求的無(wú)線技術(shù)，并且仍然獲得所需的高容量、快速速度和低延遲，以確保設(shè)備能夠快速、更可靠地共享數(shù)據(jù)。例如，機(jī)器對(duì)機(jī)器通信在工廠自動(dòng)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。雖然Wi-Fi 6可能適用于管理制造運(yùn)營(yíng)，但5G可能會(huì)增強(qiáng)大型園區(qū)的制造環(huán)境。

5G CPE是帶有5G射頻模塊的客戶端設(shè)備，可以將5G/4G信號(hào)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)或Wi-Fi連接，它是無(wú)線設(shè)備的強(qiáng)大組合。通過5G CPE來(lái)轉(zhuǎn)換信號(hào)，將可便于將現(xiàn)有的各式各樣設(shè)備應(yīng)用和連接到更為便利的5G網(wǎng)絡(luò)，像是配置屏幕、攝像頭、可編程控制器（PLC）、工業(yè)儀表、筆記本電腦、平板電腦、機(jī)器人、傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)收集器、服務(wù)器等。

5G CPE將通過打造生態(tài)系統(tǒng)，來(lái)觸發(fā)終端節(jié)點(diǎn)的“低功耗WiFi 6”需求。像是由于采用了Wi-Fi 6低功耗終端節(jié)點(diǎn)，Wi-Fi 6帶來(lái)了一系列功能，將使Wi-Fi設(shè)備在通信時(shí)更加節(jié)能，例如名為“目標(biāo)喚醒時(shí)間”（或“TWT”）的功能，這使得Wi-Fi路由器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠提前安排通信，以減少不必要的空閑監(jiān)聽模式所花費(fèi)的時(shí)間，從而減少功耗。這還意味著Wi-Fi IoT設(shè)備無(wú)線電可以利用無(wú)線IoT最成熟的超低功耗策略之一，便是盡可能多地處于睡眠模式。如此一來(lái)，Wi-Fi 6將可結(jié)合更高的頻道帶寬、更高效的信號(hào)傳輸和多個(gè)天線，可以在擁擠的無(wú)線環(huán)境中提供更好的性能。

高度集成的5G CPE參考設(shè)計(jì)

為了加快客戶開發(fā)5G CPE產(chǎn)品，艾睿電子提供5G CPE參考設(shè)計(jì)，它是一款由艾睿電子基于高通（Qualcomm）X62 5G調(diào)解器和Wi-Fi 6芯片開發(fā)的CPE參考設(shè)計(jì)。主芯片IPQ5018包含兩個(gè)64位高達(dá)1GHz的ARM Cortex-A53內(nèi)核，集成802.11ax Wi-Fi子系統(tǒng)，該方案通過低成本的高速度AX3000路由器方案，外加采用高通X62做的5G模塊，實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 6和5G模塊的信號(hào)互轉(zhuǎn)。

5G CPE采用的核心器件包括高通IPQ5018、高通QCN6012、高通QCA8337A，并搭配高通X62適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的5G Sub 6 GHz模塊。

高通X62在5G下可提供最大3.5 Gbps的下行速率和900 Mbps的上行速率，適合需要高數(shù)據(jù)吞吐量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于家庭、辦公室、戶外旅游、賽事、工廠、園區(qū)等地方。

支持Matter協(xié)議的Wi-Fi 6解決方案

事實(shí)上，Wi-Fi也是蘋果、亞馬遜、谷歌、三星，以及其他數(shù)百家消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)公司倡導(dǎo)的智能家居Matter協(xié)議的重要組成部分，Wi-Fi 6可輕松組成智能家居／建筑生態(tài)系統(tǒng)，并通過5G CPE結(jié)合5G連接云端，來(lái)將Wi-Fi添加到其產(chǎn)品系列中。

Nordic推出支持其雙頻Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，支持在Matter協(xié)議中使用Wi-Fi 6協(xié)議，可用于各種高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和低功耗物聯(lián)網(wǎng)傳感器和設(shè)備。Nordic支持Matter中使用的所有三種無(wú)線協(xié)議。即：藍(lán)牙LE（用于調(diào)試）、Thread（用于低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）和Wi-Fi（用于高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和低功耗物聯(lián)網(wǎng)傳感器和設(shè)備）。

nRF7002是Nordic獨(dú)特Wi-Fi產(chǎn)品組合中的首款器件，將與Nordic現(xiàn)有的超低功耗技術(shù)無(wú)縫結(jié)合。Nordic將數(shù)十年的超低功耗無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)和芯片設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)引入Wi-Fi，Wi-Fi 6則將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)了更多優(yōu)勢(shì)，包括進(jìn)一步提高效率，支持長(zhǎng)壽命、電池供電的Wi-Fi操作。

nRF7002這款“配套IC”，可以在與Nordic現(xiàn)有產(chǎn)品一起使用時(shí)，提供無(wú)縫Wi-Fi連接和基于Wi-Fi的定位（本地Wi-Fi集線器的SSID探查）。其中包括nRF52、nRF53系列多協(xié)議片上系統(tǒng)（SoC），以及nRF91系列蜂窩物聯(lián)網(wǎng)封裝系統(tǒng)（SiP）。為了與主機(jī)通信，可以使用SPI或QSPI接口，并且額外的共存功能允許與藍(lán)牙、Thread或Zigbee等其他協(xié)議無(wú)縫共存，nRF7002還可以與非Nordic主機(jī)設(shè)備一起使用，以最大限度地提高應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的靈活性和易用性。

Nordic也推出nRF7002 Wi-Fi 6配套IC的開發(fā)套件nRF7002 DK，它包含在單板上開始開發(fā)所需的一切。開發(fā)套件采用nRF5340多協(xié)議SoC作為nRF7002的主機(jī)處理器，支持低功耗Wi-Fi應(yīng)用的開發(fā)，并支持OFDMA、波束成形和目標(biāo)喚醒時(shí)間等Wi-Fi 6功能。

結(jié)語(yǔ)

5G與Wi-Fi 6這兩種無(wú)線通信技術(shù)的結(jié)合，通過5G CPE來(lái)進(jìn)行信號(hào)的接收與轉(zhuǎn)換，將能夠各自發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為大范圍的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供低功耗的解決方案。本文所介紹的艾睿電子5G CPE參考設(shè)計(jì)與Nordic Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，將可加快客戶相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)速度，若想了解更多細(xì)節(jié)與信息，請(qǐng)直接與艾睿電子聯(lián)系。

審核編輯：湯梓紅