在當(dāng)今的數(shù)字化時代，無線網(wǎng)絡(luò)已成為連接世界的橋梁，而Wi-Fi技術(shù)則是這座橋梁中最為關(guān)鍵的基石之一。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）以及智能家居的迅猛發(fā)展，Wi-Fi不僅肩負(fù)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹厝?，更成為了現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于企業(yè)辦公、家庭娛樂以及城市智能化管理等多個領(lǐng)域。在前文《Wi-Fi市場探析：今日應(yīng)用與未來趨勢》中可以看到，Wi-Fi的年出貨數(shù)量已達(dá)到36億，并且仍在持續(xù)增長。
然而，隨著應(yīng)用場景的日益多樣化，Wi-Fi系統(tǒng)也在不斷變化以適應(yīng)新的需求。在Wi-Fi的應(yīng)用領(lǐng)域，并沒有一種一統(tǒng)天下的方案，而是根據(jù)具體的應(yīng)用場景來定制。本文將從應(yīng)用場景的角度出發(fā)，對Wi-Fi系統(tǒng)方案進(jìn)行梳理，以期對Wi-Fi方案有更深入的理解。 本來從以下幾個方面，對Wi-Fi系統(tǒng)的技術(shù)方案與實現(xiàn)路徑進(jìn)行探討：Wi-Fi市場劃分：AP和StationAP側(cè)的通信能力劃分Station側(cè)的數(shù)傳與MCU Wi-FiWi-Fi中的外置FEM
Wi-Fi 市場劃分：AP和Station
在深入探討Wi-Fi系統(tǒng)方案之前，首先需要了解Wi-Fi市場中的兩個核心概念：AP和Station。AP（Access Point，接入點）的功能是提供無線連接的接入點，在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中起到終端和以太網(wǎng)的橋梁作用。而Station（有時簡稱為STA）通常指終端設(shè)備，如智能手機、智能家居設(shè)備等。
圖：Wi-Fi中的AP設(shè)備和STA設(shè)備
Access Point（AP）
Access Point，簡稱AP，是提供無線連接服務(wù)的設(shè)備，通常指無線路由器或無線接入點。AP在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中起到橋梁作用，它連接有線網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）和STA設(shè)備通，從而實現(xiàn)無線設(shè)備與有線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。
AP的核心功能包括信號覆蓋、用戶接入管理和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，通過無線信號覆蓋一定范圍內(nèi)的區(qū)域。AP一般允許多個STA設(shè)備同時連接，AP還需要對這些設(shè)備進(jìn)行管理，確保每個設(shè)備的連接穩(wěn)定性。此外，AP負(fù)責(zé)將來自STA的無線數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到有線網(wǎng)絡(luò)，并將來自有線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的STA。
在實際應(yīng)用中，AP設(shè)備不僅存在于家庭和辦公室中，還被廣泛應(yīng)用于大型場館、公共場所和智慧城市建設(shè)中。它們提供了廣泛的無線覆蓋，支持大量用戶設(shè)備的同時接入，并通過智能化的管理功能提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能和用戶體驗。
Station（STA）
Station，簡稱STA，通常指的是終端設(shè)備，如智能手機、筆記本電腦、平板電腦、智能家居設(shè)備等。STA是連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備，它通過無線信號與AP進(jìn)行通信。STA的主要職責(zé)是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，從而實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、數(shù)據(jù)傳輸、流媒體播放等功能。
在現(xiàn)實生活中，STA設(shè)備無處不在。無論是在家中使用的智能電視、智能音箱，還是在辦公場所中使用的筆記本電腦和智能手機，都是STA設(shè)備。STA設(shè)備通過Wi-Fi連接到AP，實現(xiàn)了無縫的無線通信。這些設(shè)備的性能和體驗直接影響用戶對Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的滿意度。
與AP形態(tài)相對較為統(tǒng)一不同，STA的形態(tài)展現(xiàn)出多種多樣的特點。STA作為網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備，其形態(tài)可以根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行靈活設(shè)計和調(diào)整。無論是智能手機、平板電腦、筆記本電腦等便攜式設(shè)備，還是智能電視、智能家居設(shè)備等固定終端，都可以作為STA存在于網(wǎng)絡(luò)中，并且隨著未來萬物互聯(lián)的到來，STA設(shè)備也將越來越豐富。這種多樣性使得Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)能夠支持廣泛的應(yīng)用場景，從家庭娛樂到工業(yè)控制，從辦公自動化到智能城市。
AP側(cè)：按通信能力劃分
在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，AP設(shè)備的能力差異顯著，不同的AP設(shè)備能夠提供不同的通信能力和性能。這些能力通常以速率（如AX1800、AX3000、BE6400）來表示。這種分類方式主要基于AP設(shè)備支持的最高速率標(biāo)準(zhǔn)，以幫助用戶快速了解設(shè)備性能并選擇適合的AP設(shè)備。
在這種命名中，前面兩個字母如AX表示AP設(shè)備支持的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)。比如AC指Wi-Fi5設(shè)備，AX指Wi-Fi6設(shè)備，BE指Wi-Fi7設(shè)備。后面的數(shù)字表示設(shè)備的理論最大速率，單位為Mb/s。
比如AX1800，表示支持Wi-Fi6的AP設(shè)備，這個設(shè)備可支持的最大通信速率是1,800Mb/s。BE6400表示支持Wi-Fi7的AP設(shè)備，這個設(shè)備可支持的最大通信速率是6,400Mb/s。
在AP的系統(tǒng)設(shè)計中，不同的通信能力對于不同的方案實現(xiàn)方式。越大的速率對應(yīng)于越大的通信帶寬，以及更多的發(fā)射、接收空間流。以Wi-Fi6為例，理論速率可用以下公式計算：
圖：不同通信協(xié)議覆蓋范圍及應(yīng)用場景
Wi-Fi6的參數(shù)如下：
基于以上參數(shù)，可以計算出Wi-Fi6不同配置在下最大速率。
根據(jù)以上速率，可以對應(yīng)算出不同能力的AP路由器的設(shè)計方案。
使用這種命名方式，可以直觀地了解AP設(shè)備的具體方案，例如天線數(shù)量和帶寬等。以下是幾種常見通信能力的AP設(shè)備示例及其特點：
1. AX1800
Wi-Fi6
頻段：2.4GHz和5GHz
4天線（每個頻段2x2 MIMO）
最大帶寬：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 80MHz
總速率：約1800Mb/s（1201Mb/s在5GHz + 573.6Mb/s在2.4GHz）
適用場景：家庭或小型辦公室，滿足普通上網(wǎng)和流媒體需求。
2. AX3000
Wi-Fi6
頻段：2.4GHz和5GHz
4天線（每個頻段2x2 MIMO）
最大帶寬：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 160MHz
總速率：約3000Mb/s（2402Mb/s在5GHz + 573.6Mb/s在2.4GHz）
適用場景：中型辦公室或家庭，支持更多設(shè)備和高帶寬應(yīng)用。
3. BE3600
Wi-Fi7
頻段：2.4GHz和5GHz
4天線（每個頻段2x2 MIMO）
最大帶寬：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 160MHz
總速率：約3600Mb/s（2882Mb/s在5GHz + 688Mb/s在2.4GHz）
適用場景：大型辦公室、公共場所或高密度環(huán)境，支持大量設(shè)備和超高帶寬需求。
由于上述命名方式能夠清晰地展現(xiàn)出Wi-Fi AP路由器的性能特點，因此它已成為路由器行業(yè)廣泛采用的命名慣例。以TP-Link的Wi-Fi 7路由器命名為例，我們可以明顯看到，“字母”+“數(shù)字”的組合已成為標(biāo)識不同路由器能力的主要命名方式。
圖：TP-Link的Wi-Fi7無線路由器命名
STA側(cè)：數(shù)傳Wi-Fi與MCU Wi-Fi
在STA側(cè)（Station側(cè)），我們通常將其應(yīng)用分為兩大場景：數(shù)傳Wi-Fi和MCU Wi-Fi。數(shù)傳Wi-Fi主要用來傳數(shù)據(jù)，MCU Wi-Fi主要用來傳指令。
圖：數(shù)傳Wi-Fi與MCU Wi-Fi應(yīng)用場景
數(shù)傳Wi-Fi
數(shù)傳Wi-Fi，顧名思義，其核心任務(wù)是傳輸數(shù)據(jù)。作為Wi-Fi的基礎(chǔ)應(yīng)用和基本功能，數(shù)傳Wi-Fi在無線通信領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。 數(shù)傳Wi-Fi是Wi-Fi的基礎(chǔ)應(yīng)用和基本功能，其主要功能是完成數(shù)據(jù)傳輸。衡量數(shù)傳Wi-Fi性能的標(biāo)準(zhǔn)包括帶寬、延遲、吞吐量和穩(wěn)定性。數(shù)傳Wi-Fi的典型應(yīng)用場景包括視頻流、文件傳輸、在線游戲、虛擬現(xiàn)實等。它對帶寬和延遲有較高要求，因此在技術(shù)方案上注重以下幾個方面：高帶寬、低延遲、安全性、覆蓋范圍。
由于數(shù)傳Wi-Fi主要的功能是完成數(shù)據(jù)傳輸，所以通常對傳輸速率有要求，比如Wi-Fi數(shù)傳設(shè)備甚至可能會使用AX3000標(biāo)準(zhǔn)，采用160MHz的最大帶寬，每個頻段2x2的MIMO，提供高達(dá)3000Mb/s的速率，從而滿足大數(shù)據(jù)量的傳輸需求。
在方案設(shè)計上，數(shù)傳Wi-Fi也通常會根據(jù)傳輸速率的不同而選擇不同的方案設(shè)計。比如AP通信能力、信號帶寬、天線架構(gòu)等。另外，為了達(dá)到安全的數(shù)據(jù)傳輸，通常也會在加密設(shè)計、認(rèn)證機制方面做更多的設(shè)計。
MCU Wi-Fi
隨著萬物互聯(lián)的到來，Wi-Fi不僅用于高速數(shù)據(jù)傳輸，還應(yīng)用于還需要滿足物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用中一些控制指令的傳輸，這些應(yīng)用不需要很高的傳輸速率，也不需要非常強大的CPU來處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸問題。于是就出現(xiàn)了MCU Wi-Fi產(chǎn)品。
不同于數(shù)傳Wi-Fi用于傳輸數(shù)據(jù)，MCU Wi-Fi則更多地被用于傳輸指令。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，Wi-Fi技術(shù)不僅需要完成基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，還需要與更多的控制功能及應(yīng)用場景相結(jié)合。MCU Wi-Fi產(chǎn)品應(yīng)運而生，它將微控制單元（MCU）與Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合，不僅具備Wi-Fi通信功能，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和控制操作。這種產(chǎn)品在設(shè)計上更加注重成本控制、低功耗以及易于集成和使用，特別適用于工業(yè)自動化、智能農(nóng)業(yè)、智能安防等應(yīng)用場景，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集與分析。
圖：樂鑫公司的Wi-Fi SoC產(chǎn)品
MCU Wi-Fi芯片的設(shè)計思路主要是為了在保證低功耗和高集成度的同時，提供足夠的計算能力和通信能力，以滿足智能家居、可穿戴設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求。通過優(yōu)化芯片內(nèi)部的各個模塊，并采用先進(jìn)的電源管理技術(shù)，MCU Wi-Fi芯片能夠?qū)崿F(xiàn)高效的無線通信和穩(wěn)定的設(shè)備控制。
在MCU WiFi領(lǐng)域，中國廠商展現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢與擅長之處。憑借著在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的深厚積累與不斷創(chuàng)新，中國廠商在MCU WiFi產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)上取得了顯著成就。他們不僅注重產(chǎn)品的性能與穩(wěn)定性，還致力于優(yōu)化成本控制，使得MCU WiFi產(chǎn)品更加符合市場需求。此外，中國廠商在供應(yīng)鏈管理與生產(chǎn)效率方面也具備顯著優(yōu)勢，能夠快速響應(yīng)市場變化，為客戶提供定制化的解決方案。這些優(yōu)勢使得中國廠商在MCU WiFi領(lǐng)域脫穎而出，為全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)了中國智慧與力量。
Wi-Fi中的外置FEM
隨著Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，從Wi-Fi 5到Wi-Fi 6，再到新興的Wi-Fi 7，傳輸速度、覆蓋范圍以及信號穩(wěn)定性都得到了顯著提升。這一系列的進(jìn)步背后，不僅離不開Wi-Fi處理器的提供，也離不開一個關(guān)鍵組件的默默支撐——外置射頻前端模組（FEM）。
圖：Wi-Fi系統(tǒng)中的外置FEM
外置FEM作為Wi-Fi系統(tǒng)中的核心部件，對信號的發(fā)送與接收起著至關(guān)重要的作用。它不僅能夠增強信號的傳輸功率，擴大覆蓋范圍，還能有效降低噪聲，提高接收靈敏度。隨著在Wi-Fi6、Wi-Fi7中，高頻段、多通路、高功率Wi-Fi應(yīng)用的普及，信號衰減和傳輸距離問題日益凸顯，外置FEM的重要性也愈發(fā)顯著。
外置FEM的介紹及功能
外置FEM（前端模塊，F(xiàn)ront-End Module）在Wi-Fi技術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色。外置Wi-Fi FEM主要由功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、天線開關(guān)構(gòu)成，部分Wi-Fi FEM還會集成濾波器等組件。其主要功能包括：
1. 信號放大：功率放大器增強發(fā)射信號的強度，確保信號在長距離傳輸時仍能保持足夠的強度，從而擴大Wi-Fi的覆蓋范圍。
2. 噪聲抑制：低噪聲放大器在接收信號時有效降低噪聲，提高信號接收的靈敏度，進(jìn)而提升通信質(zhì)量。
3. 頻段選擇：天線開關(guān)和濾波器用于在不同頻段之間切換和過濾干擾信號，確保Wi-Fi設(shè)備在不同頻段下的正常工作，并減少相互干擾。
外置FEM的綜合運用可以顯著提升Wi-Fi設(shè)備的性能，包括更大的覆蓋范圍、更高的傳輸速率和更好的信號穩(wěn)定性。
內(nèi)置Wi-Fi FEM
雖然外部FEM可以明顯提高射頻性能，但考慮到功耗、成本、設(shè)計復(fù)雜度，在一些應(yīng)用場景中，外置FEM并不是必須。在方案應(yīng)用中，一般有外置FEM與內(nèi)置FEM兩種方案。
和外置FEM不同，內(nèi)置FEM通常集成在Wi-Fi芯片內(nèi)部，相較于外置FEM，它具有更高的集成度和緊湊的設(shè)計。內(nèi)置FEM也由功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）和部分濾波器等組件組成，只不過采用與AP、Transceiver共同的半導(dǎo)體工藝，在一個半導(dǎo)體晶圓上實現(xiàn)。
下圖為MTK的Wi-Fi6 Transceiver產(chǎn)品框圖及設(shè)計指標(biāo)，以及版圖設(shè)計。Transceiver包含內(nèi)部的PA、LNA以及開關(guān)?？梢钥吹?，MTK的Wi-Fi6產(chǎn)品輸出功率達(dá)到20dBm，已經(jīng)可以達(dá)到一些場景的應(yīng)用需求。
圖：MTK Wi-Fi6 Transceiver設(shè)計框圖
圖：MTK Wi-Fi6 Transceiver設(shè)計版圖
外置FEM的選擇和使用
在決定是否在Wi-Fi系統(tǒng)中采用外置FEM時，需要綜合考慮多個因素進(jìn)行考量。
首先是應(yīng)用場景的需求，比如企業(yè)級Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)或智能家居系統(tǒng)通常需要更大覆蓋范圍和更高數(shù)據(jù)傳輸速率，這種情況下外置FEM的引入顯得尤為重要。
其次是設(shè)備功耗的問題，外置FEM會增加設(shè)備的功耗，因此對于便攜式設(shè)備或依賴電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，需要在性能提升和功耗之間找到平衡。這時就會考慮選用功耗較低的外置FEM，甚至選擇不加外置FEM襪。成本也是一個重要的考量因素，外置FEM會增加硬件成本，因此在一些成本敏感的市場或產(chǎn)品中，可能會選擇不采用外置FEM以降低整體成本。
所以在外置FEM的選擇中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求、功耗預(yù)算、成本控制和技術(shù)能力等方面進(jìn)行全面評估，決定是否在Wi-Fi系統(tǒng)中使用外置FEM。目前看來，在高性能Wi-Fi系統(tǒng)中，外置FEM成為必須的選擇。另外在更為先進(jìn)的Wi-Fi系統(tǒng)，如Wi-Fi7中，由于Transceiver及SoC采用更為先進(jìn)的工藝進(jìn)行設(shè)計，此時集成內(nèi)置高性能射頻前端成為挑戰(zhàn)，也需要采用外置FEM來設(shè)計實現(xiàn)射頻前端方案。
作為專注于高性能射頻前端產(chǎn)品設(shè)計的公司，慧智微深知外置FEM在Wi-Fi系統(tǒng)中的重要性。針對路由器、手機、物聯(lián)網(wǎng)等市場，慧智微開發(fā)了系列高性能、低功耗Wi-Fi FEM產(chǎn)品，涵蓋Wi-Fi 5/6/7通信標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于高通、MTK、Realtek等系列Wi-Fi系統(tǒng)平臺。
圖：慧智微產(chǎn)品開拓之路
慧智微Wi-Fi FEM產(chǎn)品采用先進(jìn)的射頻技術(shù)和優(yōu)化的電路設(shè)計，實現(xiàn)了產(chǎn)品的高性能。無論是路由器要求的大范圍信號覆蓋，還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，或是手機等便攜設(shè)備追求的無縫連接體驗，慧智微的Wi-Fi FEM產(chǎn)品都能提供出色的性能表現(xiàn)。
通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，慧智微Wi-Fi FEM產(chǎn)品已經(jīng)在市場上贏得了良好的聲譽。慧智微期待不斷提升Wi-Fi FEM的射頻性能，為客戶帶來更了的用戶體驗。歡迎與慧智微銷售聯(lián)系，了解慧智微Wi-Fi FEM的更多信息。
總結(jié)
在數(shù)字化時代的大潮中，Wi-Fi技術(shù)作為連接世界的橋梁，其重要性與日俱增。在Wi-Fi過去30年的發(fā)展中，我們不僅見證了其在企業(yè)辦公、家庭娛樂、城市智能化管理等多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，還深刻理解了其隨應(yīng)用場景變化而不斷演進(jìn)的靈活性與創(chuàng)新性。
從AP與Station的基本概念出發(fā)，我們認(rèn)識到Wi-Fi技術(shù)在構(gòu)建穩(wěn)定、高效的無線網(wǎng)絡(luò)中的不可或缺作用。AP作為接入點，其通信能力的多樣化（如AX1800、AX3000、BE6400等標(biāo)準(zhǔn)）為不同場景下的網(wǎng)絡(luò)需求提供了精準(zhǔn)匹配。而STA側(cè)，數(shù)傳Wi-Fi與MCU Wi-Fi的細(xì)分，則進(jìn)一步展現(xiàn)了Wi-Fi技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸與控制指令傳輸中的雙重優(yōu)勢。
尤為關(guān)鍵的是，外置FEM作為提升Wi-Fi系統(tǒng)性能的關(guān)鍵組件，其在增強信號傳輸、降低噪聲、提高接收靈敏度方面的顯著作用，為我們在設(shè)計實現(xiàn)路徑時提供了重要射頻技術(shù)支撐。通過合理選擇與應(yīng)用外置FEM，可以在確保性能的同時，有效控制設(shè)備功耗與成本。
在此背景下，作為高性能射頻前端產(chǎn)品設(shè)計的佼佼者，慧智微始終致力于通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)射頻前端產(chǎn)品的優(yōu)勢迭代。在Wi-Fi產(chǎn)品線，慧智微產(chǎn)品涵蓋Wi-Fi 5/6/7全系列標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于路由器、手機、物聯(lián)網(wǎng)等市場?；壑俏⒊掷m(xù)關(guān)注市場需求變化，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，為全球客戶提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的解決方案。期待通過慧智微的不懈努力與卓越追求，為Wi-Fi技術(shù)的未來發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。
