Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告由八部分组成:无线通信中射频和基带芯片开发及制造工艺;Wi-Fi和Wi-Fi 6/6E技术沿革、应用及市场;Wi-Fi 6路由器及主控芯片构成、主要厂商和市场增长;手机Wi-Fi 6芯片技术、开发和市场增长;Wi-Fi 6物联网应用场景、终端Wi-Fi芯片关键技术及市场增长;手机Wi-Fi 6芯片主要厂商及产品对比;Wi-Fi 物联网芯片主要厂商及产品对比;Wi-Fi技术和芯片开发人才/团队。

手机Wi-Fi 芯片的功能模块构成

我们以德州仪器(TI)的CC3200 SimpleLink Wi-Fi 芯片和模块为例,说明移动通信和物联网设备的Wi-Fi芯片主要功能模块构成。

CC3200芯片是一种经过 FCC、IC、CE 和 Wi-Fi CERTIFIED 认证的可编程无线 MCU,基于 Arm Cortex-M4处理器内核。CC3200MOD 在 QFM 封装中集成了所有必需的系统级硬件组件,包括时钟、SPI 闪存、射频开关和无源组件,便于实现低成本 PCB 设计。

该芯片的应用MCU 子系统采用业界通用的 Arm Cortex-M4 内核,运行频率为 80MHz,还包含多种外设,如快速并行摄像头接口、I2S、SD/MMC、UART、SPI、I2C 和四通道 ADC。此外,CC3200 系列还包含用于处理代码和数据的嵌入式 RAM、带外部串行闪存引导加载程序和外设驱动程序的 ROM,以及用于 Wi-Fi 网络处理器服务包、Wi-Fi 证书和凭据的 SPI 闪存。

该芯片的Wi-Fi 网络处理器子系统具有一个 Wi-Fi Internet-on-a chip,以及一个额外的专用 Arm内核用于减轻应用 MCU 的负载。该子系统包含 802.11 b/g/n 无线电、基带和具有强大加密引擎的 MAC,采用 256 位加密,可实现快速安全的互联网连接。

CC3200MOD 模块可支持基站、接入点和 Wi-Fi Direct 模式,以及 WPA2 个人和企业安全性和WPS 2.0。Wi-Fi Internet-on-a-chip 包含嵌入式 TCP/IP 和 TLS/SSL 堆栈、HTTP 服务器和多个互联网协议。该模块的电源管理子系统包括支持范围广泛的电源电压的集成式直流/直流转换器,可工作于低功耗模式,例如,所需电流低于 7μA 的 RTC 休眠模式。

下图是TI CC3200 Wi-Fi芯片及模块硬件和软件协议方框图。

 手机Wi-Fi 6芯片的技术和开发难点

我们以iPhone12的主板拆机图为例来看手机Wi-Fi 6芯片的技术和开发难点。图中红色框中最大的是苹果A14芯片,可以说是目前手机最强应用处理器。而下面绿色框中就是高通的X55基带。右上角浅蓝色的是Wi-Fi芯片,一般来说Wi-Fi和蓝牙是共用一套芯片的。所以,手机中一般合起来称作Wi-Fi/蓝牙射频芯片,iPhone 12的Wi-Fi芯片可以支持Wi-Fi 6和Bluetooth 5.0。

iPhone 12 无线局域网技术规格如下表所示,可以支持Wi-Fi 6的2.4GHz和5GHz频段。

iPhone 12采用高通的5G基带芯片,Wi-Fi 6芯片极有可能也是高通提供的,一般手机的Wi-Fi芯片跟基带芯片都是配套的,来自同一个芯片供应商(比如高通或联发科)。跟路由器和物联网设备中采用的Wi-Fi 6芯片不同,手机中的Wi-Fi 6芯片除满足Wi-Fi协议规范和处理器性能要求外,还需要与5G和蓝牙通信兼容以确保无线连接的稳定性。此外,手机Wi-Fi 6芯片组或模块必须满足手机厂商对尺寸和功耗的严格要求。同样地,射频收发器和射频模块永远都是Wi-Fi芯片开发的技术难点。我们将在第七部分详细介绍手机Wi-Fi 6芯片供应商及其产品。

5G+Wi-Fi 6手机的Wi-Fi芯片市场增长预测

据称苹果今年将在新款iPhone中加入Wi-Fi 6E技术,预计Wi-Fi 6将在2022年成为苹果和安卓智能手机的标准功能。

5G通信在室外空间具有优势,能对高速移动终端提供通信支持,而Wi-Fi 6则可以在室内为移动设备和物联网提供较为经济的网络服务。高质量网络连接与物联网发展驱动着Wi-Fi 6的需求。从相关业务发生场景来看,超高清视频、VR等应用更多的是在室内场景中发生。而Wi-Fi作为室内传输的主要载体,在相关业务需求上升后将增大网络负载。

据东莞证券分析报告预测,Wi-Fi 6市场前景广阔。到2023年,全球将有近6.28亿个公共Wi-Fi热点,高于2018年的1.69亿个热点,增长了4倍。终端方面,目前手机旗舰机型已经支持5G+Wi-Fi 6。当前手机仍然以Wi-Fi 为主,Wi-Fi 6产品有望在2021年进入快速渗透期。根据Dell’Oro公司预测,2019年支持Wi-Fi 6的芯片出货量占总出货量10%;到2023年将达到90%左右,成为真正的主流产品。

华为、苹果等龙头手机厂商带头发起了5G手机的换机潮,全球手机销量在疫情的影响下逆势增长。2020年秋季苹果发布了第一台5G手机,有望带动全球10亿的手机存量换机。中国新机销售中,5G手机市占率超过60%,预计2026年全球手机销量将达到11.38亿,销售新机将全部为5G手机。

据中国信息通信研究院发布的数据,2021年3月份,国内5G手机出货量达2749.8万台,占总销量的76.2%,短短不到两年时间,5G新机占比几乎接近100%。随着5G手机的普及,Wi-Fi 6也逐渐成为主流和手机标配。可以这么说,手机Wi-Fi芯片的市场增长和规模跟手机是同步的。

Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之一:无线通信中射频和基带芯片开发及制造工艺

Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之二:Wi-Fi和Wi-Fi 6/6E技术发展、应用及市场

Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之三:Wi-Fi 6路由器及主控芯片构成、主要厂商和市场增长

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