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5G来了,WiFi就要退出吗?

2019-12-26 顾正书 阅读:
2019年接近尾声,我们已经感受到5G时代真正到来了。2020年将是中国乃至全球5G真正爆发的一年,据权威市调机构预测,2020年中国5G手机销量将达1.5亿部,而到2022年全球5G手机累计出货量将超过14亿部。对消费者来说,5G的最大亮点就是速度快,千兆级速度只需几秒就可以下载一部高清电影,在线游戏和视频都会十分流畅。只要一直连接5G网络,似乎WiFi就没必要了,那么5G真的要取代WiFi吗?
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2019年接近尾声,我们已经感受到5G时代真正到来了。2020年将是中国乃至全球5G真正爆发的一年,据权威市调机构预测,2020年中国5G手机销量将达1.5亿部,而到2022年全球5G手机累计出货量将超过14亿部。对消费者来说,5G的最大亮点就是速度快,千兆级速度只需几秒就可以下载一部高清电影,在线游戏和视频都会十分流畅。只要一直连接5G网络,似乎WiFi就没必要了,那么5G真的要取代WiFi吗?AkmEETC-电子工程专辑

在近日举行的紫光展锐WiFi AIoT新品发布会上,我带着这个疑问请教了紫光展锐负责泛连接事业部的执行副总裁王泷先生。他对WiFi技术的历史发展回顾和未来展望打消了我的疑虑,也让我对WiFi有了更为全面而深刻的认识。AkmEETC-电子工程专辑

WiFi与5G发展方向相像,但速度更快一步

5G有三大技术发展方向及应用场景,即:增强的移动宽带(eMBB),主要针对3D/超高清视频,VR/AR等应用;海量机器通信(mMTC),主要面向智能可穿戴、智能家居、智慧城市、车联网和行业物联网等物联网应用;高可靠低时延(uRLLC),主要针对自动驾驶、工业自动化和移动医疗等高可靠性关键应用。AkmEETC-电子工程专辑

图1:5G的三大发展方向及相应的应用场景(来源:ASPENCORE)AkmEETC-电子工程专辑

WiFi标准和技术的发展有三条主线,即高吞吐量、低功耗和低延迟,也是往MBB、MTC和RLLC方向发展。然而,在WiFi与移动通信相伴相随的发展过程中,WiFi速度总是比移动通信更快一步。即便5G速率可以达到20Gpbs,今年发布的WiFi 6(802.11ax)协议速率可以达到10Gpbs,而802.11ay在60GHz带宽上就可以支持20Gpbs。酝酿中的802.11be就是WiFi 7,将可以支持更高的吞吐量,比5G更快。AkmEETC-电子工程专辑

图2:WiFi的三大技术方向及相应的协议标准(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

在继续保持领先于移动通信传输速度的同时,WiFi还在往低功耗机器通信领域发展。802.11az协议具有第二代定位功能,而802.11ba标准就是针对低功耗IoT应用。此外,802.11bb面向光通信应用,而802.11bd则针对增强的新一代车联网v2x。AkmEETC-电子工程专辑

WiFi 20年发展简史

  • 1971年美国夏威夷大学研发出第一个WiFi雏形
  • 1980年代NCR公司为解决电子收银机和POS系统的无线连接而开发出WaveLAN,被公认为是WiFi的先驱
  • 1990年基于未授权频谱的无线通信IEEE 802.11工作组成立
  • 1991年澳大利亚悉尼大学John O'Sullivan博士开发出无线网技术,并于1996年成功获得美国专利(WiFi标准的基础技术)
  • 1997年WiFi标准第一版802.11无线标准发布,采用未授权的2.4GHz ISM频段,传输速率仅为2Mbps
  • 1999年802.11b协议发布,速率达到11Mbps,与以太网速率相当,称为无线以太网。乔布斯率先将WiFi功能引入苹果电脑,随后微软Windows和PC厂商也开始在笔记本电脑中配置WiFi。
  • 大约在2000年,基于5.8GHz频段的802.11a标准发布,速率虽然可以达到54Mbps,但因为不兼容802.11b而没有成为主流标准
  • 2003年802.11g发布,速率达到54Mbps,且采用跟802.11b同样的频段
  • 2007年苹果发布iPhone,率先将WiFi功能引入智能手机
  • 2009年802.11n发布,该协议可以工作在2.4GHz或5.8GHz频段(但不同时运行),还引入了可选的MIMO和40Hz频宽,使802.11n的频宽达到了802.11 g的两倍。若采用相同的20Hz频道宽度配置,802.11n网络可以达到72Mbps的速度。如果使用双倍宽度的40Hz频道,以及多个天线,数据速度甚至能够高达600Mbps。
  • 2013年802.11ac发布,由于支持5.8GHz频段而实现160Hz的频宽。通过波束成形(beamforming)和支持多达8个MIMO数据流,所实现的数据速率可以从最低的433Mbps到6.8Gbps。
  • 2019年802.11ax(WiFi 6)发布,传输速率达到10Gbps。等802.11ay正式发布就可以达到20Gpbs。

图3:WiFi与移动通信的发展同步(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

WiFi的增长空间在于非手机应用

自从乔布斯于2007年第一次将WiFi功能引入苹果iPhone以来,WiFi已经成为智能手机的标配功能。现在全球每年的WiFi设备出货量大约有30多亿部,其中智能手机约14亿部。而未来几年智能手机基本不会有什么增长,WiFi的增长空间在于手机之外的其它领域,比如智能家居和传统家电的智能化应用。AkmEETC-电子工程专辑

图4:WiFi的应用场景(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

据IDC数据统计预测,到2023年全球WiFi设备存量将达到200亿部,而每一代WiFi标准的设备出货量都很大,预计WiFi 6设备到2023年出货量将达到50亿部。那么这些WiFi芯片和功能模块都用到哪些场景呢?除了手机外,WiFi普遍应用于智能家居、智能语音、智慧城市、3D/超高清视频、娱乐和游戏、VR/AR,以及工业自动化和自动驾驶等高可靠性应用。AkmEETC-电子工程专辑

图5:内置WiFi功能模块的电子设备增长预测(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

内置WiFi的电子设备和终端包括:智能手机、笔记本电脑、平板电脑、AP/无线路由器、智能手表、无线打印机、智能音箱、家用电器、IP摄像头,以及TV/STB/OTT等。AkmEETC-电子工程专辑

即便我们都更换为5G手机了,是否数据流量都将通过移动网络传输呢?根据思科的一项调查,在目前的4G网络时代,已经有59%的数据流量是通过WiFi网络传输的,而到5G时代将有71%的数据流量经过WiFi,经5G网络处理的流量反而下降到低于30%。AkmEETC-电子工程专辑

图6:数据流量通过移动通信网络和WiFi网络传输的比例(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

其实这一趋势也不难理解,人机交互和机器-机器通信的数据流量会成倍增长,虽然5G网络能够处理的数据流量也会增长,但因为WiFi传输速率的不断提高,流经WiFi的流量增长更快。此外,WiFi接近于免费,而5G流量是需要付费的,经济因素也会影响消费者和商业用户选择无线移动运营商网络还是更为广泛而低廉的WiFi网络。AkmEETC-电子工程专辑

WiFi芯片领域的投资和并购仍然活跃

在WiFi技术和标准的发展历程中,有几起影响比较大的企业并购,比如2011年高通以32亿美元收购无线通信开发商Atheros,并于2015年收购CSR。联发科也于2011年以6亿美元收购Ralink。2019年已经是5G将要进入商用而爆发的时期,仍然发生了及其重大的无线连接业务并购案,包括NXP以17.6亿美元从Marvell手中买下起无线业务。Cypress在2016年以5亿美元从博通买下其IoT业务,但今年又以100亿美元的高价整体卖给了英飞凌。专注于功率器件和模拟技术的安森美今年也出资10亿美元买下Quantenna。AkmEETC-电子工程专辑

图7:WiFi技术及业务相关的企业并购(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

这些半导体厂商仍然在投入WiFi及其它无线连接技术和产品,这说明5G时代的到来并不会取代WiFi。相反,WiFi仍然是5G手机不可或缺的重要功能和卖点,比如苹果iPhone 11虽然不能支持5G,但可以支持WiFi 6,这也是苹果应对三星和华为等安卓阵营5G手机领先的一个竞争对抗手段。AkmEETC-电子工程专辑

此外,虽然5G也包括非授权局域网技术协议,但还不成熟,其前景仍不确定。全球两个最大的市场也都会继续支持WiFi的发展,北美给WiFi 6分配了更多频谱资源。按照紫光展锐王泷先生的说法,无论WiFi还是5G网络,其实都是在铺路,而频谱资源相当于土地,你要能够拿到地才能修路。AkmEETC-电子工程专辑

图8:WiFi将获得更多的频谱资源支持(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

中国拥有全世界最为成熟的固网光纤资源,这是其它无线通信方案短期内无法超越或替代的。现在很多家庭都已经光纤到户,只要安装一个无线路由器就可以全家享受免费WiFi的高速上网了。而且运营商为了竞争抢客户,甚至无线路由器都是免费送的。AkmEETC-电子工程专辑

国内芯片厂商的WiFi布局和战略

紫光展锐这次发布的WiFi产品V5663可同时支持WiFi 5和BT 5,且内置双核Armv8架构的Cortex-M33处理器,是一种针对智能音箱、视觉识别、联网智能家电等新兴AIoT应用的无线连接方案。在安全性方面,该芯片方案支持Arm TrustZone,而且已经获得PSA安全认证。AkmEETC-电子工程专辑

图9:紫光展锐基于WiFi/BT V5663方案的开发板(来源:紫光展锐)AkmEETC-电子工程专辑

王泷还在发布会上公布了紫光展锐的WiFi技术规划,凭借公司在手机领域多年积累的WiFi和蓝牙技术,展锐将持续投入WiFi技术的研发。在高性能WiFi的技术路线上,目前主要集中在Wave1,到2022年将升级到Wave2,速率将达到16-38Gbps。在AIoT WiFi技术路线上,将从目前的802.11ac升级到802.11ax/WUR超低功耗和安全IoT领域。刚刚发布的V5663目前在国内市场还没有同类产品,可以说还没有竞品出现。AkmEETC-电子工程专辑

图10:紫光展锐执行副总裁王泷发布WiFi技术规划(来源:ASPENCORE)AkmEETC-电子工程专辑

今年开始从自研自用到对外销售的上海海思也很看好Wi-Fi IoT的市场,其针对智能家居、白电和小家电应用的Wi-Fi IoT SoC芯片正在开发中,而面向低功耗应用场景的WiFi芯片3861L100已经发布。WiFi领域初创公司矽昌通信已经开发出国内首款无线WiFi路由器芯片SF16A18,目前仅支持WiFi 5,但后续型号也会支持WiFi 6标准。AkmEETC-电子工程专辑

国内两家最大的芯片设计公司及一些中小和初创公司也都相信WiFi的未来增长空间,都在手机之外的新兴领域探索新的技术和应用创新。在5G时代,WiFi将与5G网络优势互补,为手机、物联网以及更多的新兴应用提供高速而顺畅的数据传输通道。AkmEETC-电子工程专辑

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顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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