无线路由器、网状网络、Wi－Fi 6如何相互融合

作者: 安森美半导体无线联接和信号处理业务产品高级经理Anubhava Jain

在这科技时代，家庭中的联接设备数在近几年激增。消费者比以往任何时候都更关注物联网(IoT)设备，如家庭自动化、4K /高清视频流和在线游戏，这进而使通过互联网传输的数据量增加了三倍。因此，在选择您的下一个路由器时，需要充分考量。
 
Wi- Fi®技术：IEEE 802.11是定义国际Wi-Fi标准的技术代。例如，“ 802.11 n/ac/ax”表示802.11ac的特定标准，于2013年底发布，然后于2016年更新，也称为Wi-Fi 5。随着802.11ax的出现，通常称为Wi -Fi 6，吞吐量明显更高。Wi-Fi 5（11ac – 160MHz）可以达到的理论最大速度为6.9 Gbps，而Wi-Fi 6（11ax-160MHz）可以达到9.6 Gbps。另一个不容忽视的关键方面是工作频段，因为Wi-Fi 5工作在5GHz频段，而Wi-Fi 6支持2.4 GHz、5 GHz和6 GHz频段。
 
“频段”代表什么？单频路由器已成为历史。当下是关于双/三频路由器。双频意味着路由器使用频谱的两个频带来传输数据包，即2.4 GHz和5 GHz。三频路由器使用2.4 GHz、5 GHz和6Ghz频段，支持设备使用频段控制算法选择网络，通过平衡三个频段中每个频段的负载，减轻网络的拥塞。
 
2.4 GHz频段比5 GHz和6 GHz频段更拥挤；蓝牙增加了另一个干扰瓶颈，因其在相同的2.4 GHz频段运行，但技术不同。另外，某些其他非Wi-Fi设备如无绳电话可能会影响性能。但是，使用2.4 GHz频率的优势之一是，它比5 GHz / 6 GHz穿墙的效率更高，因为较低的频率表示较高的波长并确保更好的覆盖范围。在后一种情况下，8x8 多输入多输出（MIMO）将大大有助于范围扩展。
 
天线和空间流的解释：MIMO规范在4x4、1x1等天线配置方面起着重要作用。数字表示发射（Tx）/接收（Rx）天线的数量。选择合适路由器的另一个方面是空间流（SS），通常将其表示为4x4:4，表示它们使用4 SS通过空间复用在同一信道上发送独特数据。Wi-Fi 5/6最多支持8SS，这意味着更高的吞吐量。天线越多，用于多个同时数据流的能力就越强，并且波束成形得到改善，以便利用补偿的相移来引导各个流，从而可以实现更高的吞吐量。
 
以后，请务必查看互联网服务提供商（ISP）的速度包（以Mbps为单位），以确保达到所需的覆盖范围。一些ISP提供了一个集成单元（调制解调器/路由器在一个单元中）供出租。对于更多精通技术的用户，值得研究功能可用性并购买自己的设备。选择路由器时要考虑的其他事项包括多核处理器和出于安全考虑的WPA3加密。
 
网状网络：鉴于今年我们有很多人适应远程工作和虚拟学习，并发用户和设备的数量有所增加。以前，家用路由器的原始吞吐量是一个关键值，而如今，边缘的网络弹性和覆盖范围同样重要。根据家庭拓扑的不同，可能会有一些死点。为了在可以提高速度的区域最大化Wi-Fi覆盖范围，应使用网状网络。
 
节点或商业用语称为pods的是Wi-Fi扩展器，其策略性地放置并联接到主中枢，该中枢通过以太网电缆连接到宽带网关形成网络以实现更好的覆盖范围。这种拓扑结构通过重新广播数据包使切换变得完美无缺，并使pods成为虚拟访问点，从而使死点“不死”。典型的路由器可以覆盖2500平方英尺的面积。但是，网状网络可以将覆盖面积增加一倍，最大达到5000平方英尺，这取决于pod的数量（通常为2至3个）。
 
借助人工智能的支柱，pods可以选择网络中最快的路由，并根据设备的需求优化带宽来提供帮助。例如，IoT设备将比笔记本电脑使用更少的带宽。如果节点已同步，则可以通过智能手机上的应用程序轻松管理它们。这些小pods的卖点是易于使用和即插即用安装，提供无缝的Wi-Fi覆盖。
 
过渡到Wi-Fi 6 / 6E： Wi-Fi 6利用8x8 MU-MIMO、OFDMA、扩展范围和基本服务集（BSS）着色等关键功能，以实现更好的空间复用。在Wi-Fi 6中，网络拥塞得以减少，从而提高容量、性能并降低功耗。其他一些考虑因素是目标唤醒时间（TWT），以实现更好的电源管理。WPA3增强了安全性；1024 QAM提高吞吐量。  

 

图1. 6 GHz免授权频段进一步扩展了Wi-Fi网络

接下来将是Wi-Fi 6E，它是指6 GHz频带上的Wi-Fi 6，最近获美国联邦通信委员会（FCC）批准，将开放1200 MHz的频谱供Wi-Fi使用。预计6 GHz频段的引入将为Wi-Fi 6设备带来新的性能和可用性。
 
下一个Wi-Fi标准IEEE 802.11be被设置为在基础设施设备上使用高达16x16 MIMO架构在6 GHz频带中建立320 MHz信道。这些发展的结合可以将速度提高到40 Gbps以上，提供前所未见的范围性能，并迈向先进Wi-Fi应用的新时代。 

 
图2. 采用Wi-Fi 6和6E的总体时间表

安森美半导体的Wi-Fi 6E方案旨在适应向Wi-Fi 6E的过渡，同时满足主流6 GHz应用的需求。随着Wi-Fi 6E基础设施的激增，将为6GHz生态系统注入种子。客户端设备还将得益于更高的能效、更少的干扰以及更低的延迟和抖动，从而在多个应用和环境中提供更好的用户体验。