WiFi技术更迭20年
来源:半导体行业观察发布时间:2021-12-30279浏览
询问 AIWiFi网络被广泛认为是与水和电同等重要的基础设施。从2000年第一代WiFi产品面世，到现在，已经21年，回顾WiFi发展的20多年，它的发展历程如何？Wi-Fi的好处和商业价值已为企业所熟知，这几年，WiFi芯片这个市场迎来了最多玩家参与的时间节点，路由器厂商、物联网芯片厂商、射频前端模组企业等新老企业纷纷扎进这个市场，而在这里面，国内企业尤其多。
华为发布的WiFi白皮书中指出，历代WiFi的发展历程，其实就是一个追求高带宽的过程。Wi-Fi技术的演进每4 ~ 5年进行一次，每次改进的主要目的是增加带宽。
图源：华为WiFi白皮书1997年，IEEE制定出了第一个无线局域网通信标准802.11，允许设备之间以每秒2Mbps的速度无线传输数据。1999年IEEE又发布了802.11b标准，传输速率为11Mbps，工作在2.4GHz频段，是原始标准的5倍。同年IEEE又发布了802.11a标准，不过是工作在5GHz频段，数据传输率达到了54Mbps。
第一代的Wi-Fi产品802.11于 2000年上市，具有11Mbps的最大数据速率，并在2.4GHz频段操作，这与当时大多数计算机通过有线网络连接的速度相当。WiFi使用电磁波在两个主频上传输数据：2.4Ghz (802.11b)和5Ghz (802.11a)。多年来，2.4Ghz一直是WiFi用户的热门选择，因为它可以与大多数主流设备兼容，而且比5Ghz更便宜。
2003年，早期WiFi版本的更快的速度和距离覆盖结合在一起，形成了802.11g标准，数据传输速度为54Mbps。路由器也变得越来越好，比以前功率更高，覆盖范围更广。WiFi开始迎头赶上，与最快的有线连接的速度竞争。
2009年出现了802.11n的版本，也有一种新的命名方式，被称为WiFi 4，这一标准对WiFi进行了很大的变革，引入了“多输入多输出”数据 (MIMO)，它使用多个天线来增强发射器和接收器的通信，它的最大连接速率为 600 Mbit/s，它比其前身更快、更可靠。
802.11n也是第一个同时工作在2.4GHz和5GHz频段的WiFi技术。这主要是因为越来越多的设备都使用2.4GHz，导致它变得拥挤和变慢。为了解决这个问题，双频路由器应运而生。这些路由器包含两种类型的无线电，可以同时支持 2.4 GHz 和 5GHz 链路上的连接。默认情况下，双频路由器范围内的设备会自动连接到更快、更高效的5GHz频率。但是，如果设备距离较远或在墙后，则可以使用2.4Ghz作为备份。
2014年发布了802.11ac，也称为WiFi 5，速度高达3.5 Gbps，但是其只支持5GHz，削弱了2.4Ghz下的用户体验。
2020年WiFi 6的发布为更快的连接和技术之间的链接带来了巨大的希望，速度高达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的所有先进 MIMO 特性，并新增了许多针对高密部署场景的新特性，例如OFDMA频分复用技术、DLIULMU-MIMO 技术、更高阶的调制技术 (1024-QAM)、空分复用技术(SR） & BSS Coloring 着色机制、扩展覆盖范围 (ER)。
2020年，WiFi联盟又宣布了WiFi 6的扩展版WiFi 6E，工作频段除了原本的2.4GHz 、5GHz外，增加了6GHz频段。这使WiFi 6E能够有更多连续频谱，更宽的频道，以及更少的干扰。WiFi 6E的诞生主要是因为，2020年4月23日，美国联邦通信委员会投票通过，将6GHz的1200 MHz免授权频段分配给WiFi 6。
虽然WiFi 6主要是为了改善高密度场景下的用户体验，但是面临着在线游戏、远程办公、AR/VR，以及8K视频等高需求下，WiFi 6也难以胜任。于是WiFi 7正在呼之欲出，Wi-Fi 7 有望成为连接方面的又一次巨大飞跃。
来到今年，其实WiFi 7已经小荷露尖角了。联发科在其最近的技术峰会上指出，WiFi 7将比Wi-Fi 6E快2.4倍，带来更快的速度、更低的延迟和更好的抗干扰能力。预计WiFi 7标准将在 2022 年第二季度发布。华为关于WiFi 7的百科介绍中也指出：“WiFi 7也称为IEEE 802.11be，其拥有超高吞吐量（EHT）。WiFi 7基于WiFi 6，引入了320MHz带宽、4096正交调幅（QAM）、多资源单元（RU）、多链路操作（MLO）、增强的多用户多输入多输出(MU-MIMO)、多接入点(AP)协调等技术。利用这些尖端技术，WiFi 7比WiFi 6具有更高的数据传输速率和更低的延迟。WiFi 7预计将支持高达30Gbps的吞吐量，约为WiFi 6的3倍。”WiFi 7（802.11be）还成立了专门的小组，IEEE 802.11be任务组（TGbe）于2019年5月正式成立，致力于802.11be（Wi-Fi 7）的开发。
WiFi 6和WiFi 7的比较（图源：华为官网）对WiFi技术的最新代的追捧一直是业界关注的重点。目前在WiFi 6/6E主芯片市场，主要是博通、高通和联发科打头阵。但高通和联发科凭借其在手机上的技术实力，这几年攻势迅猛。再加上国内一众企业的涌入，WiFi芯片市场这个赛道越发热闹起来。
博通是WiFi芯片市场的主导者，拥有多项Wi-Fi 6E世界第一，博通一直在高端WiFi芯片领域保持差异化优势。今年早些时候为三星提供发布的全球首款 Wi-Fi 6E 智能手机提供芯片。博通还为苹果提供WiFi芯片，不过近日，苹果也在招聘无线芯片工程师，涉及射频、蓝牙和Wi-Fi芯片，此举或将对博通产生一定压力，博通和苹果在2020年初达成的150亿美元无线组件供应协议，将在2023年到期。
我们都知道，高通在手机芯片领域是全球霸主之一，但是其在WiFi芯片也有很强的实力。去年的时候，高通就已经出货了超过40亿颗WiFi芯片。通过不断的买买买，再加上高通在手机芯片上的积累，例如WiFi 6标准引入的MU-MIMO和OFDMA，这在较早之前的蜂窝网络上就已经在出现，高通在路由端和移动端都分别有产品。
联发科这几年发展急速，在5G手机芯片大获成功，而且还在全力抢占WiFi 6芯片市场商机，今年10月份，联发科发布了WiFi 6无线连接平台Filogic系列产品，包括Filogic 830及Filogic 630两款芯片。并且，联发科已开始投入下一代WiFi 7的研发，在最近的联发科技术峰会上，联发科调侃称将在CES2022展示下一代WiFi网络技术WiFi 7。
大陆一众企业也在竞相发力WiFi领域，据悉国内与WiFi 6芯片相关的企业已达数十家，红海的局面一触即发，而红海主要是集中在物联网WiFi芯片领域。中国大陆WiFi芯片公司有：ASR、BK、恒玄科技、乐鑫、展锐、博通集成、中科威发、海思、新岸线、物奇、全志、南方硅谷、杰里、速通、亮牛、高拓、博流、瑞芯微、联盛德微电子等等。
另外值得一提的是路由器终端厂商TP-Link也开始组件团队，入局智能家居的WiFi 6芯片。TP-Link是国内路由器市占率最大的厂商，如TP-Link这样的终端路由器厂商的入局，或将产生一些影响，其供应链主要有高通、联发科。当然路由器芯片的研发难度要比物联网WiFi芯片大，要研发出来，也不是一朝一夕。
WiFi无线射频前端模诅则是另一个具有前景的市场，在这个领域供应商主要是国外企业为主，如Skyworks、Qorvo等，他们2020年就已经推出了WiFi 6/WiFi 6E FEM（前端模块）。目前国产WiFi 6射频前端芯片市占率不到1%，据悉，Wi-Fi 6 FEM的技术难度不亚于5G PA，只不过模组的难度倒不及5G PA。国内能提供WiFi 6 FEM产品的公司主要有康希通讯、三伍微、卓胜微，四川和芯微电子（Cenchip）在今年10月也发布了国内首套2.4G&5G高功率WiFi 6 FEM芯片。
此前钟林在谈国内射频企业的文章中写到，国内WiFi 6 FEM水平仍停留在中低功率，与国外差距很大。但这个赛道却非常拥挤，国内有近20家WiFi FEM芯片公司，WiFi FEM技术路线很清晰：WiFi 4—>WiFi 5—WiFi 6—>WiFi 6E—>WiFi 7，其中每个协议包括低功率、中功率和高功率。
国产Wi-Fi FEM爆发始于2020年，主要原因系：一、市场前景好，Yole预测，2025年Wi-Fi FEM市场规模将超30亿美金，约200亿人民币。二、所需要的设计人才少，国内研发人才可能只有5-7个人；三是资金要求相对小，不像WiFi主芯片那般一个亿砸进去，没有什么水花。
在WiFi 6打的“不可开交”的时候，博通、高通和联发科这三家已经开始提前部署研发WiFi 7了，不过产品预估也要2-3年时间才能问世，足见WiFi 7将是下一个商家必争之地。但如上文所述，WiFi 7的性能如此强大，技术难度自然也很高，开发WiFi 7芯片更不是易事。
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