| Может ли 5G заменить Wi-Fi 6?Вечером 9 июня 2021 года в Научном городе Чжанцзян состоялся шестой отраслевой салон «Чипы, о которых все говорят/Я говорю, ИС», организованный компаниями Zhangjiang Hi-Tech и Xinmo Research. В ходе салона председатель и генеральный директор Broadcom Integration Чжан Пэнфэй выступил с замечательной речью на тему «Перестройка Интернета вещей: разговор о Wi-Fi 6». Салон привлек внимание руководителей среднего и высшего звена из таких известных компаний, как Huawei, Huahong Grace, Unisoc, Pingtouge и Intel.В ходе очной коммуникационной сессии Чжан Пэнфэй провел оживленную дискуссию с аудиторией о ключевых моментах в отрасли, возможностях отрасли, корпоративных стратегиях и других вопросах. Чжан Пэнфэй, председатель совета директоров и генеральный директор Broadcom Integration.Г-н Чжан Пэнфэй является председателем и генеральным директором компании Broadcom Integration и имеет более чем 20-летний опыт работы в полупроводниковой промышленности. Г-н Чжан Пэнфэй получил степень бакалавра, магистра и доктора в области электронной инженерии в Университете Цинхуа. В 1994 году он отправился в США для проведения постдокторских исследований в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Вместе со своими партнерами он основал компанию Resonext Communications, занимающуюся проектированием интегральных схем в США, которая впоследствии была успешно приобретена компанией RF Micro Devices, зарегистрированной на бирже в США. В 2005 году, после возвращения в Китай, Чжан Пэнфэй основал компанию Broadcom Integration в Шанхайском высокотехнологичном парке Чжанцзян, сосредоточившись на исследованиях и разработках и продажах интегральных микросхем для беспроводной связи. Компания поставляет энергоэффективные высокопроизводительные беспроводные радиочастотные и микропроцессорные чипы SOC отечественным и зарубежным клиентам, включая многие всемирно известные бренды, а также предлагает комплексные решения для интеллектуального транспорта и Интернета вещей. В апреле 2019 года Broadcom Integration вышла на основную площадку A-share.Ниже приводится текст замечательной речи г-на Чжан Пэнфэя, составленный компанией Xinmo Research.Чжан Пэнфэй:
Все знакомы с Wi-Fi, и у каждого есть хотя бы одно устройство, использующее Wi-Fi. За последние два года, с появлением технологии Wi-Fi 6, многие терминальные устройства были модернизированы до Wi-Fi 6, и Wi-Fi 6 также привлек внимание СМИ и новостных изданий. Сегодня я хочу рассказать вам о Wi-Fi 6, о новых технологических усовершенствованиях, новых сценариях применения и новых инвестиционных возможностях, которые он открывает.Я подробнее остановлюсь на следующих моментах:1. Происхождение технологии Wi-Fi; 2. Пять основных узких мест в применении Wi-Fi 5; 3. Девять основных технологических усовершенствований Wi-Fi 6; 4. Сравнение Wi-Fi 6 и 5G; 5. Проблемы проектирования чипов Wi-Fi 6; 6. Развитие индустрии Wi-Fi; 7. Прогноз размера рынка Wi-Fi; 8. Интегрированные продукты Wi-Fi от Broadcom.
Происхождение технологии Wi-Fi
Электронная информационная индустрия развивается уже более 50 лет и создала множество продуктов, изменивших мир. Компьютеры и мобильные телефоны — два наиболее представительных примера таких продуктов. Ключевыми вспомогательными технологиями являются передача данных и связь.Ежедневно мы используем более одного протокола беспроводной передачи данных, и каждый мобильный телефон содержит как минимум три протокола: сотовую сеть, Wi-Fi и Bluetooth. Для оценки технологии беспроводной передачи данных важны три параметра: дальность, пропускная способность и время работы от батареи. С технической точки зрения, достичь максимальных результатов по этим трем параметрам невозможно, и даже если это удастся, затраты будут очень высокими. Именно поэтому в мобильных телефонах используются три протокола беспроводной передачи данных. Сотовые сети выбирают оптимальный радиус действия, Wi-Fi — пропускную способность, а Bluetooth — низкое энергопотребление.С 1999 года существует стандарт беспроводной связи Wi-Fi (WLAN). После длительного периода развития, до появления Wi-Fi 6, он пережил пять поколений технологического развития, главной темой которых было увеличение объема передаваемых данных в единицу времени. Например, протоколы Wi-Fi третьего поколения 802.11a и 802.11g позволяют передавать электронную почту; протокол Wi-Fi четвертого поколения позволяет устройствам свободно пользоваться интернетом, а протокол Wi-Fi пятого поколения 802.11ac позволяет устройствам плавно воспроизводить видео. С модернизацией технологий все больше пользователей используют Wi-Fi, и Wi-Fi начал набирать популярность в промышленности и бизнесе. Однако также возникли и проблемы, связанные с ограничением пропускной способности сети.
Пять основных узких мест в работе приложений Wi-Fi 5
Рассмотрим сначала типичный сценарий использования Wi-Fi. В офисе есть точка доступа (AP), которая может быть маршрутизатором, точкой доступа или шлюзом. Многие устройства в офисе подключены к внешнему интернету через точки доступа. Точка доступа и все подключенные к ней устройства образуют базовую сеть (BSS). Устройства, подключенные к точке доступа, называются станциями (STA). Внутри BSS находится точка доступа. Все станции, обращающиеся к точке доступа в определенный момент времени, должны конкурировать за беспроводную среду передачи для подключения к интернету. Две смежные BSS называются внешними базовыми сетями (OBSS).Поняв это, мы сможем определить, какие технические узкие места существовали в технологии Wi-Fi до появления Wi-Fi 6.(1) Сосуществование нескольких устройств приводит к серьезной перегрузкеС повсеместным распространением Wi-Fi всё больше станций подключаются к точкам доступа в базовой станции (BSS), и вероятность того, что каждая станция получит доступ к точке доступа, снижается. В действительности, если загрузка канала в BSS достигает 75%, это означает насыщение. Добавление ещё одной станции приводит к серьёзным задержкам. При этом точки доступа продолжают создавать помехи друг другу.(2) Доля коротких кадров слишком высока.Когда точка доступа передает данные STA, ей необходимо упаковать данные и отправить их. Этот процесс создает определенные накладные расходы на управление и контроль для обеспечения эффективного и безопасного соединения передачи данных. Чем больше достоверных данных, тем выше коэффициент использования среды передачи. Обычно мы используем Wi-Fi для передачи коротких сообщений, и объем достоверных данных невелик. Только при передаче информации размером 4K и 8K возникает большой объем достоверных данных. В этом случае коэффициент использования беспроводной среды в процессе сборки пакетов очень и очень низок.(3) Серьезная нехватка ресурсов спектра.Чаще всего мы используем частотный диапазон 2.4 ГГц. Даже при минимальной полосе пропускания в 20 МГц доступно всего три канала. При использовании полосы пропускания в 40 МГц в диапазоне 2.4 ГГц можно выбрать только один канал. С точки зрения частотных ресурсов, использование 2.4 ГГц очень затруднительно. Например, если протокол 802.11ap использует полосу пропускания в 160 МГц, то даже в диапазоне 5 ГГц можно использовать только два канала. Во многих случаях перегрузка вызвана нехваткой каналов.(4) Низкое энергопотреблениеПользователи Интернета вещей становятся все больше, и очень важным требованием для его применения является снижение энергопотребления. В индустрии Wi-Fi низкому энергопотреблению до сих пор уделяется недостаточно внимания. Сегодня электронные устройства могут менять батарейки раз в год, и это уже хорошо. Когда наступит эра Интернета вещей, предположим, что дома будет 100 таких устройств, каждую неделю придется менять две батарейки, что создаст большую нагрузку на пользователей. Поэтому отсрочка срока службы батарей станет очень важной задачей.(5) На открытом воздухе на большие расстоянияWi-Fi — это протокол передачи данных внутри помещений, зачем же его использовать на открытом воздухе? С появлением Интернета вещей возросла потребность в использовании на открытом воздухе. Например, для систем видеонаблюдения и развлекательных заведений нам необходимы более надежные протоколы передачи данных на открытом воздухе.Все это — трудности и проблемы, возникающие в сценариях применения Wi-Fi из-за стремительного развития отрасли до появления Wi-Fi 6. Это также стало технической основой для запуска Wi-Fi 6 со стороны IEEE с точки зрения разработки беспроводного стандарта.
Wi-Fi 6: девять основных технических обновлений
Что же привнесла технология Wi-Fi 6? Вкратце, Wi-Fi 6 получила девять основных технических улучшений.(1) Технология модуляции более высокого порядка 1024QAM.В Wi-Fi 6 используется более совершенная технология модуляции 1024QAM, которая увеличивает максимальную скорость передачи данных на 25% по сравнению с Wi-Fi 5.В Wi-Fi 5 используется технология модуляции 256QAM, плотность передачи данных в одном символе составляет 8. В Wi-Fi 6 используется векторная модуляция 1024QAM, плотность передачи данных в одном символе достигает 10.(2) Данные поднесущей увеличились в 4 разаWi-Fi использует многонесущую технологию. В Wi-Fi 5 количество поднесущих составляет 256. В Wi-Fi 6 их количество увеличилось в 4 раза, достигнув 1024. Увеличение количества поднесущих имеет два преимущества: во-первых, повышается эффективность использования спектра, а во-вторых, улучшается использование времени передачи.Поднесущие группируются в группы RU различного размера и распределяются между каждой станцией STA в единицах RU. Использование технологии OFDMA позволяет упаковывать различные информационные данные в один пакет, избегая неэффективного использования спектра, вызванного короткими пакетами. Это также снижает конкуренцию между станциями STA и уменьшает задержку.Стандарт Wi-Fi 5 уже поддерживает многопользовательскую одновременную передачу данных в нисходящем канале; Wi-Fi 6 добавляет многопользовательскую одновременную передачу данных в восходящем канале. Существует множество требований: измерение матрицы каналов, управление тактовой частотой, управление питанием. Как технология MU-MIMO, так и технология OFDMA решают проблему передачи данных между несколькими устройствами. Технология OFDMA решает её за счёт повторного использования частот, а технология MU-MIMO — за счёт пространственного мультиплексирования.Технология цветовой маркировки BSS основана на протоколе 802.11ah. Например, передача данных похожа на обед в зале. Каждый стол — это BSS. В сети Wi-Fi 5 нельзя говорить, пока в зале разговаривает хотя бы один человек, а в сети Wi-Fi 6 можно говорить, пока человек за столом молчит. Используя этот метод, можно одновременно использовать 64 различных BSS.（6）TWT（ целевое время ожидания）Наиболее эффективный способ снижения энергопотребления — перевод неактивных устройств в спящий режим. Поскольку Wi-Fi 6 используется в приложениях Интернета вещей, он настроен таким образом, чтобы станция могла безопасно переходить в спящий режим, оставаясь при этом в автономном режиме. Точка доступа и станция согласовывают период пробуждения и регулярно обмениваются информацией, что помогает увеличить период широковещательной передачи точки доступа и улучшить возможности управления ею. Другими словами, Wi-Fi 6 уменьшает количество конкурирующих устройств и снижает энергопотребление за счет улучшения возможностей управления и контроля устройств.(7) Поддерживает частотные диапазоны 2.4 ГГц и 6 ГГцДля решения проблемы нехватки частотного спектра Wi-Fi 6 поддерживает диапазоны частот 2.4 ГГц и 6 ГГц. Диапазон 2.4 ГГц был добавлен из-за низких потерь при передаче и надежного соединения. Диапазон частот 6 ГГц является эксклюзивным для Wi-Fi 6, что увеличивает частотный спектр в 3 раза (включая каналы 59/29/14/7). Поскольку в этом диапазоне частот отсутствуют другие устройства с предыдущими версиями, совместимость не требуется, и эффективность системы дополнительно повышается.(8) Терминал Интернета вещейWi-Fi 6 предлагает специализированные продукты с полосой пропускания 20 МГц, разработанные с учетом особых требований к низкому энергопотреблению, низкой стоимости и низкой скорости для приложений Интернета вещей. Терминалам IoT Wi-Fi 6 достаточно поддерживать полосу пропускания 20 МГц, система проста и подходит для освещения, развлечений, дистанционного управления, носимых устройств, здравоохранения, медицины и других сценариев применения.(9) Уровень безопасности WPA 3Уровень безопасности шифрования Wi-Fi 6 был улучшен с WPA 2 до WPA 3, с использованием 192-битного шифрования, что позволяет противостоять атакам с использованием «словаря». Для защиты данных от взлома уровень безопасности в корпоративных, домашних и корпоративных условиях выше, чем в сотовых сетях.
Каждый раз, когда обновляется сотовая сеть, кто-то обязательно заявляет, что Wi-Fi больше не нужен. Это утверждение было очень популярно в случае с 4G-LTE. Теперь, когда сотовые сети развились до 5G, заменят ли они Wi-Fi? Думаю, это маловероятно. Давайте сначала рассмотрим техническое сравнение Wi-Fi 6 и 5G.По сравнению с 5G, Wi-Fi 6 обладает лучшей пропускной способностью и меньшей задержкой; стоимость покрытия на единицу площади также ниже, чем у 5G; многоуровневая архитектура сети 5G упрощает доступ к Wi-Fi; улучшения в области безопасности упрощают управление и контроль данных, а также повышают надежность защиты данных; перспективная совместимость оборудования позволяет поэтапно проводить модернизацию сети; глобальные унифицированные частотные диапазоны и протоколы облегчают распространение Wi-Fi 6 по сравнению с 5G; добавление нового частотного диапазона 6 ГГц повышает конкурентоспособность миллиметровых волн 5G; привычки пользователей в использовании Wi-Fi способствуют дальнейшему сосуществованию; динамика внутри помещений и на открытом воздухе дополняют и стимулируют друг друга. Поэтому 5G и Wi-Fi будут продолжать сосуществовать.
Проблемы проектирования чипов Wi-Fi 6
Многочисленные технические усовершенствования Wi-Fi 6 предъявляют высокие требования к проектированию микросхем и создают серьезные проблемы. В основном это касается нескольких элементов: приемника, передатчика, схемы базовой полосы и синхронизации тактовой частоты. В области схем базовой полосы в отрасли начали использовать более совершенные техпроцессы — 12 нм и 14 нм. Ранее в системах Wi-Fi отсутствовала возможность управления мощностью передачи тактовой частоты, что значительно усложняло их проектирование.Многие компании уже разработали чипы Wi-Fi 6, большинство из них — американские. Первой это сделала компания Quantenna. Они выпустили чипы Wi-Fi 6 в 2016 году. Сейчас эта компания приобретена ON Semiconductor. Стоит отметить, что стандарт Wi-Fi 6 был разработан в 2019 году и будет внедрен в отрасль только в 2020 году. Почему их чипы выходят раньше стандарта? Самая важная причина заключается в том, что эти компании участвуют в разработке стандартов, поэтому стандарты очень важны для развития нашей отрасли. Мы слишком застряли в процессе стандартизации.
Развитие индустрии Wi-Fi — непростая задача. Сегодня масштабы индустрии Wi-Fi достигли 3.3 триллиона долларов США, а количество Wi-Fi-чипов составляет 37.5 миллиарда. В среднем у каждого человека есть два устройства, использующих технологию Wi-Fi.На рынке приложений объем рынка маршрутизаторов и шлюзов в настоящее время приближается к 500 миллионам единиц и продолжает демонстрировать уверенный рост. К продуктам с годовым объемом поставок более 200 миллионов относятся телевизоры, умные колонки, бытовая техника, осветительные приборы и камеры видеонаблюдения. К продуктам с годовым объемом поставок более 100 миллионов относятся часы и умные выключатели. С 2017 года рынок Wi-Fi-чипов растет на 1 миллиард единиц в год.
Прогноз размера рынка Wi-Fi
Если рассматривать только рынок Wi-Fi 6, то тенденция его роста очевидна. Во-первых, стремительное развитие 5G привело к быстрому переходу устройств Wi-Fi на Wi-Fi 6. Во-вторых, национальная политика «Удвоения скорости гигабитного интернета» благоприятно влияет на рынок Wi-Fi 6. В-третьих, быстрое увеличение плотности устройств IoT требует от Wi-Fi 6 улучшения пользовательского опыта. Наконец, ожидается, что к 2025 году более половины устройств Wi-Fi будут использовать Wi-Fi 6.Wi-Fi 6 открывает особые возможности для китайской полупроводниковой промышленности. Оглядываясь на историю, можно сказать, что каждый этап технологического прогресса — это благоприятное время для выхода на рынок. Появление новых приложений также является хорошим временем для инноваций. AIOT и Индустрия 4.0 открыли новые рынки сбыта. В Китае сложилась полная производственная цепочка. В то же время национальная политика активно способствует обеспечению безопасности производственной цепочки. Это приносит множество преимуществ с точки зрения инвестиций и политики. Сейчас благоприятное время для развития полупроводниковой промышленности.
Интегрированные продукты Wi-Fi от Broadcom
В заключение, давайте расскажем о ситуации с интеграцией Broadcom в нашей компании.Компания Broadcom Integration, основанная в 2005 году, специализируется на индустрии беспроводной передачи данных. В 2019 году она вышла на основную площадку A-share. Основная линейка продукции Broadcom Integration сосредоточена в двух направлениях: во-первых, решения для интеллектуальных систем «всего дома», в основном чипы Bluetooth и IoT Wi-Fi; во-вторых, высокоскоростные интеллектуальные чипы, компания является основным поставщиком чипов ETC для международного рынка, а также предлагает полный спектр чипов автомобильного класса.Что касается продукции, то в настоящее время у Broadcom Integration есть два флагманских продукта: многорежимный двухъядерный интеллектуальный аудиопроцессор BK7271 с поддержкой Wi-Fi/Bluetooth/FM, обладающий богатыми ресурсами для обработки аудио и видео, включая микрофонный массив, активное шумоподавление, пробуждение по ключевым словам с использованием искусственного интеллекта и другие уникальные технологии; микроконтроллер Wi-Fi 6 IoT BK7236, поддерживающий протокол Wi-Fi 6, подходящий для большинства приложений IoT и сертифицированный альянсом Wi-Fi 6.Индустрия интегральных схем "I Say IC" — это регулярно проводимая и инновационная платформа для обмена концепциями, созданная совместно компаниями Zhangjiang Hi-Tech и Xinmo Research. В будущем платформа будет проводить регулярные встречи, посвященные актуальным вопросам развития отрасли, и стремиться к созданию самой влиятельной платформы для обмена опытом, инновациями и информацией в индустрии интегральных схем.
Этот контент взят из интернета./Основные исследованияДанный сайт предоставляет возможность только перепечатки. Мнения, позиция, используемые технологии и т.д. в этой статье не имеют никакого отношения к данному сайту. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации!
