| Czy 5G może zastąpić Wi-Fi 6?Wieczorem 9 czerwca 2021 roku w Zhangjiang Science City odbył się szósty salon branżowy „Chip Everyone Says/I Say IC”, zorganizowany przez Zhangjiang Hi-Tech i Xinmo Research. Podczas salonu Zhang Pengfei, prezes i dyrektor generalny Broadcom Integration, wygłosił znakomite przemówienie na temat „Rekonstrukcja Internetu Rzeczy: Porozmawiajmy o Wi-Fi 6”. W salonie wzięli udział przedstawiciele kadry kierowniczej średniego i wyższego szczebla z renomowanych firm, takich jak Huawei, Huahong Grace, Unisoc, Pingtouge i Intel.Podczas sesji komunikacyjnej na miejscu Zhang Pengfei przeprowadził z publicznością ożywioną dyskusję na temat najważniejszych wydarzeń w branży, szans, strategii korporacyjnych i innych kwestii. Zhang Pengfei, prezes i dyrektor generalny Broadcom IntegrationPan Zhang Pengfei jest prezesem zarządu i dyrektorem generalnym Broadcom Integration i posiada ponad 20-letnie doświadczenie w branży półprzewodników. Studiował na Wydziale Elektroniki Uniwersytetu Tsinghua, uzyskując tytuły licencjata, magistra i doktora. W 1994 roku wyjechał do Stanów Zjednoczonych, aby podjąć badania podoktoranckie na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA). Wraz z partnerami założył Resonext Communications, firmę zajmującą się projektowaniem układów scalonych w Stanach Zjednoczonych, która została później z sukcesem przejęta przez RF Micro Devices, spółkę notowaną na giełdzie w Stanach Zjednoczonych. W 2005 roku, po powrocie Zhang Pengfei do Chin, założył firmę Broadcom Integration w Szanghajskim Parku Technologicznym Zhangjiang, koncentrując się na badaniach i rozwoju oraz sprzedaży układów scalonych do komunikacji bezprzewodowej. Dostarcza energooszczędne, wydajne bezprzewodowe układy scalone SOC i mikroprocesory dla klientów krajowych i zagranicznych, w tym wielu światowych marek, a także kompletne rozwiązania dla inteligentnego transportu i Internetu Rzeczy. W kwietniu 2019 roku Broadcom Integration zadebiutował na giełdzie akcji klasy A.Poniżej przedstawiamy treść wspaniałego przemówienia pana Zhang Pengfei, opracowanego przez Xinmo Research.Zhang Pengfei:
Każdy zna Wi-Fi i każdy ma co najmniej jedno urządzenie obsługujące tę technologię. W ciągu ostatnich dwóch lat, wraz z wprowadzeniem technologii Wi-Fi 6, wiele produktów terminalowych zostało zaktualizowanych do standardu Wi-Fi 6, a Wi-Fi 6 przyciągnęło również uwagę mediów i mediów. Dzisiaj chcę porozmawiać z Wami o Wi-Fi 6 i o tym, jakie nowe ulepszenia technologiczne, nowe scenariusze zastosowań i nowe możliwości inwestycyjne oferuje.Rozwinę następujące kwestie:1. Geneza technologii Wi-Fi; 2. Pięć głównych wąskich gardeł aplikacji Wi-Fi 5; 3. Dziewięć głównych ulepszeń technologicznych Wi-Fi 6; 4. Porównanie Wi-Fi 6 i 5G; 5. Wyzwania konstrukcyjne układów Wi-Fi 6; 6. Rozwój branży Wi-Fi; 7. Prognoza wielkości rynku Wi-Fi; 8. Zintegrowane produkty Wi-Fi firmy Broadcom.
Pochodzenie technologii Wi-Fi
Przemysł informacji elektronicznej rozwija się od ponad 50 lat i stworzył wiele produktów, które zmieniły świat. Komputery i telefony komórkowe to dwa najbardziej reprezentatywne produkty. Bardzo ważną technologią wspomagającą jest transmisja i łączność.Codziennie korzystamy z więcej niż jednego protokołu transmisji bezprzewodowej, a każdy telefon komórkowy zawiera co najmniej trzy protokoły: sieć komórkową, Wi-Fi i Bluetooth. Istnieją trzy ważne wymiary pomiaru technologii transmisji bezprzewodowej: odległość, przepustowość i czas pracy baterii. Z technicznego punktu widzenia nie ma sposobu na osiągnięcie maksimum w tych trzech wymiarach, a nawet jeśli się to uda, koszty będą bardzo wysokie. Właśnie dlatego w telefonach komórkowych występują trzy protokoły transmisji bezprzewodowej. Sieci komórkowe optymalizują odległość, Wi-Fi optymalizuje przepustowość, a Bluetooth charakteryzuje się niskim zużyciem energii.Od 1999 roku sieć WLAN korzysta ze standardu protokołu komunikacji bezprzewodowej Wi-Fi. Po długim okresie rozwoju, przed Wi-Fi 6, przeszła ona pięć generacji rozwoju technologicznego, a głównym celem było zwiększenie ilości danych przesyłanych w jednostce czasu. Na przykład, protokoły Wi-Fi trzeciej generacji 802.11a i 802.11g umożliwiają przesyłanie wiadomości e-mail; protokół Wi-Fi czwartej generacji umożliwia urządzeniom swobodne surfowanie po Internecie, a protokół Wi-Fi piątej generacji 802.11ac umożliwia płynne odtwarzanie filmów. Wraz z rozwojem technologii coraz więcej użytkowników korzysta z Wi-Fi, a Wi-Fi zaczęło odnosić sukcesy w przemyśle i biznesie. Pojawiły się również wąskie gardła dla użytkowników.
Pięć głównych wąskich gardeł aplikacji Wi-Fi 5
Let’s first look at a typical Wi-Fi application scenario. In an office environment, there is an AP, which can be a router, a hotspot, or a gateway. Many devices in the office are connected to the outside Internet through APs. An AP and all devices connected to it form a BSS. The devices connected to the AP are called STA. Within a BSS, there is an AP. All STAs accessing the AP at a certain point in time need to compete for the wireless transmission medium to connect to the Internet. Two adjacent BSS are called OBSS.Po zrozumieniu tego będziemy mogli określić, jakie techniczne wąskie gardła istniały w technologii Wi-Fi przed pojawieniem się Wi-Fi 6.(1) Współistnienie wielu urządzeń prowadzi do poważnych zatorówWraz z upowszechnieniem się Wi-Fi, coraz więcej stacji bazowych (STA) łączy się z punktem dostępowym (AP) w systemie BSS, a prawdopodobieństwo uzyskania dostępu przez każdą ze stacji do punktu dostępowego maleje. W rzeczywistości, jeśli w systemie BSS wykorzystanie kanału osiągnie 75%, oznacza to, że kanał osiągnął stan nasycenia. Dodanie kolejnej stacji bazowej (STA) spowoduje poważne opóźnienia. OBSS nadal będą się wzajemnie zakłócać.(2) Udział danych w krótkich ramkach jest zbyt wysokiWhen the AP transmits STA data, it needs to package the data and send it out. This process will generate some management and control overhead in order to make effective and secure data connections. Only the more valid data, the higher the transmission media utilization. Normally, what we use Wi-Fi to send are short messages, and the amount of effective data is not large. Only when sending 4K and 8K information will there be a large amount of valid data. In this case, the utilization of the wireless medium during the packet assembly process is very, very low.(3) Poważny niedobór zasobów widmaNajczęściej korzystamy z pasma częstotliwości 2.4 GHz. Nawet przy najmniejszej szerokości pasma 20 MHz dostępne są tylko trzy kanały. Przy szerokości pasma 40 MHz, w paśmie 2.4 GHz można wybrać tylko jeden kanał. Z punktu widzenia zasobów częstotliwościowych, pasmo 2.4 GHz jest bardzo trudne w użyciu. Na przykład, jeśli protokół 802.11ap wykorzystuje pasmo 160 MHz, nawet w paśmie 5 GHz można używać tylko dwóch kanałów. Przeciążenie w wielu przypadkach jest spowodowane niewystarczającą liczbą kanałów.(4) Niskie zużycie energiiCoraz więcej jest użytkowników Internetu Rzeczy, a bardzo ważnym wymogiem dla jego zastosowania jest ograniczenie zużycia energii. W branży Wi-Fi niskie zużycie energii wciąż nie jest wystarczająco uwzględniane. Baterie w dzisiejszych urządzeniach elektronicznych można wymieniać raz w roku. Robi się to bardzo dobrze. Kiedy nadejdzie era Internetu Rzeczy, zakładając, że w domu będzie 100 takich urządzeń, co tydzień trzeba będzie wymieniać dwie baterie, co będzie stanowić duże obciążenie dla użytkowników. Dlatego wydłużenie żywotności baterii stanowi bardzo istotne wyzwanie.(5) Na świeżym powietrzu, na duże odległościWi-Fi to protokół transmisji wewnątrz budynków, dlaczego więc używać go na zewnątrz? Wraz z pojawieniem się Internetu Rzeczy (IoT) wzrosło zapotrzebowanie na sceny zewnętrzne. Na przykład, w przypadku monitoringu bezpieczeństwa oraz obiektów rekreacyjnych i rozrywkowych, potrzebujemy bardziej niezawodnych protokołów transmisji na zewnątrz.Wszystkie te trudności i wyzwania w zakresie wydajności pojawiają się w scenariuszach zastosowań Wi-Fi ze względu na szybki rozwój branży przed pojawieniem się Wi-Fi6. Stanowi to również techniczne tło dla IEEE, umożliwiające wprowadzenie Wi-Fi 6 z perspektywy formułowania standardów bezprzewodowych.
Wi-Fi 6 – dziewięć głównych ulepszeń technicznych
Co zmieniło Wi-Fi 6? Podsumowując, Wi-Fi 6 wprowadza dziewięć istotnych udoskonaleń technicznych.(1) Technologia modulacji wyższego rzędu 1024QAM.Wi-Fi 6 wykorzystuje zaawansowaną technologię modulacji 1024QAM, która zwiększa maksymalną prędkość transmisji danych o 25% w porównaniu z Wi-Fi 5.Wi-Fi 5 wykorzystuje technologię modulacji 256QAM, a gęstość danych pojedynczego symbolu wynosi 8. Wi-Fi 6 wykorzystuje modulację wektorową 1024QAM, a gęstość danych pojedynczego symbolu osiąga 10.(2) Dane podnośnej wzrosły 4-krotnieWi-Fi uses multi-carrier technology. The number of sub-carriers in Wi-Fi 5 is 256. Wi-Fi 6 has increased by 4 times, and the number of sub-carriers has reached 1024. The increase of subcarriers has two benefits, one is to improve spectrum utilization, and the other is to improve transmission time utilization.Podnośne są grupowane w grupy RU o różnych rozmiarach i przydzielane do każdej stacji bazowej (STA) w jednostkach RU. Dzięki technologii OFDMA różne dane informacyjne mogą być pakowane w jeden pakiet, co pozwala uniknąć marnowania widma spowodowanego krótkimi pakietami. Zmniejsza to również konkurencję między stacjami bazowymi (STA) i opóźnienia.Standard Wi-Fi 5 obsługuje już współbieżność wielu użytkowników w łączu w dół; Wi-Fi 6 dodaje współbieżność wielu użytkowników w łączu w górę. Istnieje wiele wymagań: pomiary macierzy kanałów, zarządzanie zegarem, kontrola mocy. Zarówno technologia MU-MIMO, jak i OFDMA rozwiązują problem transmisji między wieloma urządzeniami. Technologia OFDMA rozwiązuje go poprzez ponowne wykorzystanie częstotliwości, a technologia MU-MIMO poprzez multipleksowanie przestrzenne.Technologia kolorowania BSS opiera się na protokole 802.11ah. Na przykład transmisja danych przypomina jedzenie w sali. Każdy stół to BSS. W Wi-Fi 5 nie można rozmawiać, dopóki w sali jest jedna osoba, ale w Wi-Fi 6 można rozmawiać, dopóki osoba przy stole nie mówi. Dzięki tej metodzie 64 różne BSS mogą współistnieć.（6）TWT（docelowy czas oczekiwania）Najskuteczniejszym sposobem na zmniejszenie zużycia energii jest przełączenie nieaktywnych urządzeń w tryb uśpienia. Ponieważ Wi-Fi 6 obsługuje aplikacje Internetu Rzeczy, jest skonfigurowane tak, aby umożliwić urządzeniom STA bezpieczne przejście w tryb uśpienia, ale pozostawanie w trybie offline. Punkt dostępowy i STA negocjują czas wybudzania i regularnie wymieniają się informacjami, aby wydłużyć czas transmisji punktu dostępowego i poprawić możliwości sterowania. Innymi słowy, Wi-Fi 6 zmniejsza liczbę konkurujących urządzeń i zmniejsza zużycie energii poprzez usprawnienie możliwości zarządzania i sterowania urządzeniami.(7) Obsługuje pasma częstotliwości 2.4 GHz i 6 GHzAby rozwiązać problem braku zasobów widma, Wi-Fi 6 obsługuje pasma częstotliwości 2.4 GHz i 6 GHz. Pasmo 2.4 GHz dodano ze względu na niskie straty transmisji i niezawodne połączenie. Pasmo częstotliwości 6G jest wyłącznym pasmem Wi-Fi 6, które zwiększa zasoby widma trzykrotnie (w tym kanały 59/29/14/7). Nie ma innych urządzeń z historycznymi wersjami w paśmie częstotliwości 6G, więc kompatybilność nie jest wymagana, a wydajność systemu ulega dalszej poprawie.Wi-Fi 6 to specjalnie dostosowane produkty 20 MHz, które spełniają szczególne wymagania dotyczące niskiego zużycia energii, niskich kosztów i niskiej prędkości w aplikacjach Internetu Rzeczy. Terminale Wi-Fi 6 Internetu Rzeczy (IoT) muszą obsługiwać jedynie pasmo 20 MHz, system jest prosty i nadaje się do zastosowań w oświetleniu, systemach rozrywki, zdalnym sterowaniu, urządzeniach noszonych, opiece zdrowotnej, medycynie i innych.(9) Poziom bezpieczeństwa WPA 3Poziom bezpieczeństwa szyfrowania Wi-Fi 6 został podniesiony z WPA 2 do WPA 3, ze słowem szyfrującym 192b, które jest odporne na ataki słownikowe. Aby chronić bezpieczeństwo danych przed ich złamaniem, poziom bezpieczeństwa w firmach, domach i przedsiębiorstwach jest wyższy niż w sieciach komórkowych.
Za każdym razem, gdy sieć komórkowa jest modernizowana, ktoś nagle powie, że Wi-Fi nie jest już potrzebne. To stwierdzenie było bardzo popularne w przypadku 4G-LTE. Teraz, gdy sieci komórkowe rozwinęły się do 5G, czy zastąpią one Wi-Fi? Myślę, że to mało prawdopodobne. Przyjrzyjmy się najpierw technicznemu porównaniu Wi-Fi 6 i 5G.W porównaniu z 5G, Wi-Fi 6 oferuje lepszą przepustowość i opóźnienia; koszt zasięgu na jednostkę powierzchni jest również niższy niż w przypadku 5G; warstwowanie sieci 5G ułatwia dostęp do Wi-Fi; ulepszenia zabezpieczeń ułatwiają zarządzanie i kontrolowanie danych, a bezpieczeństwo danych jest bardziej niezawodne; sprzęt kompatybilny z nowszymi wersjami umożliwia modernizację sieci. Realizuj krok po kroku; globalnie ujednolicone pasma częstotliwości i protokoły ułatwiają popularyzację Wi-Fi 6 niż 5G; nowo dodane pasmo częstotliwości 6 GHz zwiększa konkurencyjność fal milimetrowych 5G; nawyki użytkowników związane z korzystaniem z Wi-Fi mogą nadal sprzyjać współistnieniu; dynamika statyczna wewnątrz i na zewnątrz wzajemnie się uzupełnia i napędza. Dlatego 5G i Wi-Fi będą nadal współistnieć.
Wyzwania projektowe układów Wi-Fi 6
Liczne ulepszenia techniczne Wi-Fi 6 stawiają wysokie wymagania projektowe i stanowią poważne wyzwanie. Obejmuje on głównie kilka elementów: odbiornik, nadajnik, obwód pasma podstawowego i synchronizację zegara. W dziedzinie obwodów pasma podstawowego przemysł zaczął stosować bardziej zaawansowane procesy technologiczne 12 nm i 14 nm. Kontrola mocy transmisji zegara nie była w przeszłości dostępna w zegarach systemowych Wi-Fi, a ich projektowanie jest bardzo trudne.Wiele firm zaprojektowało już układy Wi-Fi 6, z których większość to firmy amerykańskie. Pierwszą, która je stworzyła, była Quantenna. Wyprodukowała układy Wi-Fi 6 w 2016 roku. Teraz firma ta została przejęta przez ON Semiconductor. Warto zauważyć, że standard Wi-Fi 6 został opracowany w 2019 roku i zostanie wprowadzony do branży dopiero w 2020 roku. Dlaczego ich układy pojawiają się wcześniej niż standard? Najważniejszym powodem jest to, że te firmy są producentami uczestniczącymi w opracowywaniu standardów, a zatem są one bardzo ważne dla rozwoju naszej branży. Zbyt mocno tkwimy w procesie standaryzacji.
Rozwój branży Wi-Fi nie jest łatwy. Obecnie jej wartość sięga 3.3 biliona dolarów amerykańskich, a liczba chipów Wi-Fi wynosi 37.5 miliarda. Przeciętnie na osobę przypada dwa urządzenia z technologią Wi-Fi.Na rynku aplikacji, rynek routerów i bram sieciowych zbliża się obecnie do 500 milionów sztuk i nadal utrzymuje silny wzrost. Produkty, których roczna sprzedaż przekracza 200 milionów, to telewizory, inteligentne głośniki, sprzęt AGD, oświetlenie i kamery monitoringu. Produkty, których roczna sprzedaż przekracza 100 milionów, to zegarki i inteligentne przełączniki. Od 2017 roku rynek chipów Wi-Fi rośnie o 1 miliard sztuk rocznie.
Prognoza wielkości rynku Wi-Fi
Patrząc tylko na rynek Wi-Fi 6, trend wzrostowy jest oczywisty. Po pierwsze, szybki rozwój sieci 5G doprowadził do gwałtownej konwersji urządzeń Wi-Fi na Wi-Fi 6. Po drugie, krajowa polityka „podwójnego zwiększenia prędkości gigabitowej” jest korzystna dla rynku Wi-Fi 6. Po trzecie, szybki wzrost gęstości urządzeń IoT wymaga Wi-Fi 6, aby poprawić komfort użytkowania. Wreszcie, oczekuje się, że w 2025 roku ponad połowa urządzeń Wi-Fi będzie korzystać z Wi-Fi 6.Wi-Fi 6 to wyjątkowa szansa dla chińskiego przemysłu półprzewodnikowego. Patrząc z perspektywy historii, każdy etap modernizacji technologicznej to dobry moment na wejście do branży. Pojawienie się nowych aplikacji to również dobry moment na innowacje. AIOT i Przemysł 4.0 otworzyły nowe rynki aplikacji. W Chinach mamy kompletny łańcuch przemysłowy. Jednocześnie polityka krajowa aktywnie promuje bezpieczeństwo łańcucha przemysłowego. Wiąże się to z wieloma korzyściami inwestycyjnymi i politycznymi. To dobry moment na rozwój przemysłu półprzewodnikowego.
Zintegrowane produkty Wi-Fi firmy Broadcom
Na koniec przyjrzyjmy się sytuacji integracji naszej firmy z Broadcom.Firma Broadcom Integration, założona w 2005 roku, koncentruje się na branży transmisji bezprzewodowej. W 2019 roku została notowana na głównym parkiecie giełdowym z udziałem akcji klasy A. Oferta produktowa Broadcom Integrated koncentruje się głównie na dwóch obszarach: po pierwsze, na inteligentnych rozwiązaniach dla całego domu, głównie układach Bluetooth i Wi-Fi IoT; po drugie, na inteligentnych układach serii high-speed, które są głównym dostawcą międzynarodowych układów ETC oraz pełnej gamy produktów klasy samochodowej.Jeśli chodzi o produkty, Broadcom Integration ma obecnie dwa sztandarowe produkty: dwurdzeniowy, inteligentny procesor audio Wi-Fi/BT/FM BK7271 z wieloma trybami pracy, który dysponuje bogatymi zasobami przetwarzania dźwięku i obrazu, w tym tablicą mikrofonów, aktywną redukcją szumów, sztuczną inteligencją wspomagającą wybudzanie za pomocą słów kluczowych i innymi wyjątkowymi technologiami; układ MCU Wi-Fi 6 IoT BK7236, który obsługuje protokół Wi-Fi 6, nadaje się do większości zastosowań IoT i uzyskał certyfikat Wi-Fi 6 Alliance.Salon branżowy „I Say IC” to regularna i innowacyjna platforma wymiany koncepcji, stworzona wspólnie przez Zhangjiang Hi-Tech i Xinmo Research. W przyszłości platforma będzie organizować regularne salony, koncentrując się na aktualnych problemach rozwoju przemysłu i dążąc do stworzenia najbardziej wpływowej platformy wiedzy, innowacji i komunikacji w branży układów scalonych.
Ta treść pochodzi z Internetu/Badania podstawoweTa strona internetowa umożliwia jedynie przedruk. Poglądy, stanowisko, technologia itp. zawarte w tym artykule nie mają nic wspólnego z tą stroną internetową. W przypadku jakichkolwiek naruszeń prosimy o kontakt w celu ich usunięcia!
