近幾年，Wi-Fi規格迭代很快。Wi-Fi 6標準于2019年發(fā)布，最高速率由Wi-Fi 5的3.5Gbps升至9.6Gbps，2020年Wi-Fi 6E標準公布，增加了對6GHz頻譜的支持。Wi-Fi 7第一版標準草案已于2021年公布，而最近又有廠(chǎng)商現場(chǎng)展示W(wǎng)i-Fi 7技術(shù)，并表示支持Wi-Fi 7的終端設備將于2023年上市。從已公布出的信息來(lái)看，Wi-Fi 7（相對應的國際標準為802.11be）將支持2.4GHz、5GHz、6GHz三個(gè)頻段，在Wi-Fi 6的基礎上，Wi-Fi 7將帶寬從160MHz拓展到320MHz，并支持4096正交幅度調制（4096-QAM）、多資源單元（Multi-RU）、多鏈路操作、多用戶(hù)多入多出增強（MU-MIMO）、多接入點(diǎn)協(xié)調（Multi-AP）等技術(shù)。Wi-Fi 7的最高速率至少是Wi-Fi 6（最高速率9.6Gbps）的三倍，有望達到46Gbps。
表1：Wi-Fi 5至Wi-Fi 7主要標準參數對比 Wi-Fi是室內無(wú)線(xiàn)通信性能之王 從參數來(lái)看，Wi-Fi 6/Wi-Fi 7已經(jīng)是當前主流無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)傳輸速率的天花板，尤其是規劃中的Wi-Fi 7，既可以應對4K/8K視頻傳輸，又能支持增強現實(shí)（AR）、虛擬現實(shí)（VR）和在線(xiàn)游戲等對數據吞吐量和延遲性能要求很高的應用。無(wú)論是藍牙、Zigbee還是LoRa，速率都比Wi-Fi至少低2個(gè)數量級，UWB速率雖然比藍牙和Zigbee高，但與Wi-Fi 6或Wi-Fi 7相比并無(wú)勝算，而且普及率低，目前還沒(méi)有大規模應用，短時(shí)間內無(wú)法對Wi-Fi技術(shù)的市場(chǎng)地位造成沖擊。在通信距離與配置難易程度上，Wi-Fi也不輸上述技術(shù)。 就目前時(shí)間節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，Wi-Fi就是室內無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的性能之王，Wi-Fi在智能家電無(wú)線(xiàn)連接市場(chǎng)競爭中的優(yōu)勢非常突出。 · 首先，如今的手機和筆記本都標配Wi-Fi，用戶(hù)隨時(shí)隨地可以用手機或電腦管理其他設備，這是Wi-Fi技術(shù)在智能家電市場(chǎng)的“群眾基礎”。Wi-Fi的“群眾基礎”好，用戶(hù)學(xué)習成本低，配置簡(jiǎn)單，組網(wǎng)容易，這是除藍牙外其他競爭技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢。 · 其次，在電視、投影、AR、VR等視頻設備中，其他競爭技術(shù)均難以有足夠速率來(lái)滿(mǎn)足4K影像等高質(zhì)量視頻數據的無(wú)線(xiàn)傳輸要求，高速率傳輸應用是Wi-Fi技術(shù)的根據地，穩固的大后方。 · 第三，傳統家電新產(chǎn)品標配Wi-Fi的越來(lái)越多，沒(méi)有配置Wi-Fi的冰箱、空調、洗衣機，很難被視作智能家電，而掃地機等新興家電產(chǎn)品在發(fā)展時(shí)就已經(jīng)進(jìn)入無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，因而這些產(chǎn)品從基因中就支持Wi-Fi技術(shù)。 實(shí)現高性能Wi-Fi要攻克這幾道難題 用戶(hù)基礎廣泛，性能指標也越來(lái)越優(yōu)異，Wi-Fi技術(shù)在智能家電市場(chǎng)隱隱透露出一統天下的趨勢。不過(guò)，性能指標越高，往往意味著(zhù)終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者需要應對的挑戰也更大。 以射頻部分實(shí)現為例，Wi-Fi 5支持256 QAM，而Wi-Fi 6則支持1024 QAM，QAM的增加對射頻部分提出更高的線(xiàn)性度要求，有的場(chǎng)景下設備商對動(dòng)態(tài)誤差矢量幅度（EVM）的要求設置達到-47dB，這時(shí)候就要使用針對EVM做過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的射頻前端模塊，才能確保其最終產(chǎn)品能夠獲得認證。例如貿澤電子在售的來(lái)自制造商Qorvo的5GHz Wi-Fi射頻前端模塊（FEM）QPF4588，就能滿(mǎn)足這樣嚴苛的要求。
圖1：QPF4588電氣參數表（圖源：Qorvo） 從Wi-Fi 5升級到Wi-Fi 6，對接收端靈敏度要求也提高了，因而必須降低接收路徑的噪聲系數，而且，Wi-Fi標準演化對功耗要求也越來(lái)越高，要求在最低功耗水平下實(shí)現高性能，這都是射頻部分設計所面臨的難題。功耗增加意味著(zhù)射頻模塊的熱量增加，熱量會(huì )降低整體系統性能，同時(shí)影響數據吞吐量、覆蓋范圍和抗干擾性。而且現在用以太網(wǎng)供電（PoE）的設備越來(lái)越多，以太網(wǎng)供電對設備功率限制較大，終端產(chǎn)品必須在PoE電源下實(shí)現射頻輸出功率最大化，射頻前端性能最優(yōu)化，因而低功耗設計非常重要。 與分立式射頻前端模塊相比，QPF4588這類(lèi)集成式射頻前端模塊針對應用場(chǎng)景做了全面優(yōu)化，可縮短線(xiàn)路長(cháng)度，并減少使用額外的調諧組件，從而有助于減少插入損耗和系統熱量。利用QPF4588，開(kāi)發(fā)者可以輕松解決上述攔路虎，設計出高性能、低功耗的Wi-Fi 6產(chǎn)品。具體來(lái)看，QPF4588集成了5GHz功率放大器（PA）、穩壓器、單刀雙擲（SP2T）開(kāi)關(guān)、可旁路低噪聲放大器（LNA）以及耦合器。該模塊還集成了射頻功率檢測器和直流功率檢測器，可實(shí)現功率檢測功能，并在5V工作電壓下優(yōu)化了PA，從而可降低功耗并保持高線(xiàn)性輸出和高吞吐量。 QPF4588還集成了用于控制二次和三次諧波的濾波器，并具備雙頻雙發(fā)（Dual Band Dual Concurrent，簡(jiǎn)稱(chēng)DBDC）時(shí)對2.4GHz的抑制能力。Wi-Fi 6同時(shí)支持2.4GHz頻段，Qorvo也有多個(gè)2.4GHz頻段射頻前端模塊產(chǎn)品可選，例如QPF4528或QPF7219，這些射頻模塊也均在貿澤電子有售。由于藍牙設備、手機和微波爐等都可能會(huì )干擾到2.4GHz頻段，所以Qorvo還提供專(zhuān)用濾波器以進(jìn)一步提升射頻部分抗干擾能力，保證通信質(zhì)量，典型代表有貿澤電子在售的帶緣濾波器885136和共存濾波器885128。
圖2：Qorvo QPF4588Wi-Fi模塊（圖源：Mouser） Qorvo QPF4588更多信息 點(diǎn)擊了解產(chǎn)品詳情 針對市場(chǎng)上Wi-Fi產(chǎn)品小型化的趨勢，Qorvo還有升級大招。貿澤電子在售的集成射頻前端模塊QPF4800同時(shí)支持2.4GHz和5GHz雙頻，在一個(gè)尺寸僅4mmx3mm的封裝中，集成了2.4GHz和5.0GHz功率放大器（PAS）、一個(gè)穩壓器、兩個(gè)SPDT開(kāi)關(guān)、一個(gè)雙工器和一個(gè)帶旁路的低噪聲放大器（LNA）。QPF4800射頻前端的發(fā)射增益超過(guò)29dB，接收增益為14dB，噪聲系數為2.6dB，工作電源電壓為5.0V。 QPF4800非常適合住宅網(wǎng)關(guān)、機頂盒、智能音箱、語(yǔ)音輔助設備等對外觀(guān)和尺寸有很高要求的設備，也可化解小尺寸路由器和接入點(diǎn)設備在于性能、尺寸與散熱設計上難找平衡的窘境。
圖3：Qorvo技術(shù)在Wi-Fi應用上的優(yōu)勢（圖源：Qorvo） Qorvo QPF4800更多信息 點(diǎn)擊了解產(chǎn)品詳情 藍牙及其他Wi-Fi競爭技術(shù)的市場(chǎng)生存空間 雖然Wi-Fi形勢一片大好，但不代表其他通信制式就沒(méi)有機會(huì )了，目前在智能家居領(lǐng)域能和Wi-Fi并駕齊驅的就是藍牙。藍牙的市場(chǎng)地位，很大一部分也得益于手機標配。當然，相比Wi-Fi或Zigbee、LoRa，藍牙也有明顯的特點(diǎn)，其最大優(yōu)勢就是功耗低。雖然數據吞吐量不如Wi-Fi，但在功耗表現上，藍牙技術(shù)明顯好于Wi-Fi，尤其是對于一些電池供電的便攜設備，例如智能音箱、體脂秤、智能手表與TWS耳機等，在這類(lèi)產(chǎn)品中，藍牙技術(shù)居于主導地位。 藍牙在4.0版本時(shí)推出了低功耗藍牙（BLE）技術(shù)，這為藍牙進(jìn)入電池供電的便攜設備奠定了基礎。而智能音箱和TWS耳機市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(cháng)，讓藍牙成為當前非專(zhuān)業(yè)應用無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)的不二之選，在藍牙5.2標準中，還制定了低功耗音頻技術(shù)標準（LE Audio），有望進(jìn)一步鞏固藍牙技術(shù)在便攜式音頻設備中的地位。 藍牙技術(shù)功耗優(yōu)勢，從貿澤電子在售的北歐廠(chǎng)商Nordic所開(kāi)發(fā)的系統級芯片nRF52811可見(jiàn)一斑。Wi-Fi芯片發(fā)射/接收時(shí)電流一般在百毫安以上，而nRF52811的發(fā)射端功率在0dBm時(shí)電流為4.6毫安，接收端在1Mbps速率時(shí)電流也是4.6毫安，在2Mbps速率時(shí)為5.2毫安，而且可以看出這顆芯片集成的MCU也很省電，在系統喚醒狀態(tài)電流也僅有1.1μA，超低功耗表現，無(wú)疑是電池供電便攜設備的首選通信制式。
圖4：Nordic Semiconductor nRF52811（圖源：Mouser） Nordic Semiconductor nRF52811更多信息 點(diǎn)擊了解產(chǎn)品詳情 傳統藍牙信標產(chǎn)品通過(guò)信號強度來(lái)定位，精度一般在數米左右，藍牙5.1標準中支持利用信號方位角來(lái)對設備位置進(jìn)行定位，通過(guò)計算接收信號到達角（AoA）與發(fā)射信號出發(fā)角（AoD），可以將藍牙設備定位精度提高到厘米級，nRF52811就支持信號方位角定位功能。
圖5：Nordic Semiconductor nRF52811定位方法示意圖（圖源：Mouser） 新藍牙標準在室內定位和組網(wǎng)（MESH）方面的突破，將為藍牙在智能家居應用上拓展更多想象空間。 其他適用于智能家居的主流無(wú)線(xiàn)連接協(xié)議標準還有Zigbee、LoRa等，也各有特色。以Zigbee為例，功耗低、覆蓋廣、容量大、自組網(wǎng)能力強、協(xié)議簡(jiǎn)單是其優(yōu)點(diǎn)，Zigbee的協(xié)議比藍牙更簡(jiǎn)單，功耗也低。不過(guò)，Zigbee等技術(shù)不被手機支持，配置相對復雜，而且需要獨立網(wǎng)關(guān)才能連入互聯(lián)網(wǎng)，因而用戶(hù)學(xué)習成本高，這些缺點(diǎn)是阻礙其普及的關(guān)鍵。雖然Zigbee在智能家居領(lǐng)域布局較早，但其原有市場(chǎng)份額，正不斷被Wi-Fi和藍牙蠶食。在工業(yè)應用等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，由于比較封閉，Zigbee的市場(chǎng)份額還比較穩固。 兼容并包 當然，不同制式之間并不是你死我活的關(guān)系，相互匹配則可能為用戶(hù)提供更好的使用體驗。比如，Wi-Fi配置還是比藍牙要復雜一點(diǎn)，有些設備就同時(shí)集成了藍牙和Wi-Fi功能，用藍牙來(lái)配網(wǎng)以及負責低速率數據傳輸，既便捷又省電，用Wi-Fi負責高速率數據傳輸，則快捷高效。 藍牙和Zigbee二合一的芯片也如此，藍牙用于快速配置，Zigbee用于規模連接。nRF52811支持藍牙協(xié)議和Zigbee，但是由于存儲限制，nRF52811僅有192KB閃存，在應用時(shí)只能支持其中一種協(xié)議，不能同時(shí)支持藍牙和Zigbee。要同時(shí)支持藍牙和Zigbee，需要選用Nordic另外一款芯片nRF52840，這款芯片也可在貿澤電子官網(wǎng)購買(mǎi)。
圖6：Nordic Semiconductor nRF52811不支持多協(xié)議同時(shí)工作（圖源：Nordic） nRF52840是一款超低功耗、高度靈活的單芯片解決方案。支持Bluetooth 5和Thread或Zigbee無(wú)線(xiàn)連接同時(shí)工作，由于這些協(xié)議都工作在2.4GHz頻段，nRF52840的動(dòng)態(tài)多協(xié)議特性實(shí)現了射頻通道在不同協(xié)議間共享，使用一種協(xié)議發(fā)送和接收數據不會(huì )干擾并發(fā)支持期間的其他鏈路。
圖7：Nordic Semiconductor nRF52840應用框圖（圖源：貿澤電子） Nordic Semiconductor nRF52840更多信息 點(diǎn)擊了解產(chǎn)品詳情 總結 無(wú)線(xiàn)連接是智能家居智能化的基礎技術(shù)之一，也是很多芯片廠(chǎng)商非常重視的市場(chǎng)方向。Wi-Fi和藍牙技術(shù)近年來(lái)迭代很快，不斷改善性能或增加功能，再加上擁有巨大的用戶(hù)基礎，因而在智能家居市場(chǎng)的優(yōu)勢越來(lái)越明顯，Zigbee等其他非運營(yíng)商專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)通信制式還有一定的市場(chǎng)空間，且不同制式之間并非完全競爭關(guān)系，多制式兼容的芯片在當前市場(chǎng)也頗受歡迎。 |
