张鹏飞：物联网重构 说说Wi-Fi 6
| 5g能取代wi-fi 6吗？
2021年6月9日晚，由张江高科和芯谋研究举办的第六期“芯片大家说/i say ic”产业沙龙在张江科学城举行。沙龙期间，博通集成董事长兼首席执行官张鹏飞带来了主题为《物联网重构 说说wi-fi 6》的精彩演讲。沙龙吸引了华为、华虹宏力、紫光展锐、平头哥、英特尔等知名企业的中高层参与。 在现场交流环节，张鹏飞与现场观众就行业热点、产业机遇、企业策略等问题进行了激烈的探讨。
以下是芯谋研究整理的张鹏飞先生精彩演讲内容。
张鹏飞：大家都很熟悉wi-fi，每个人手上至少有一个设备就是使用wi-fi的。最近两年，随着wi-fi 6技术的推出，众多终端产品纷纷升级到wi-fi 6，wi-fi 6也备受媒体和新闻关注。今天，我想和大家聊一聊wi-fi 6，聊聊它有哪些新技术升级、新的应用场景和新的投资机会。 我将分以下几点进行展开：1.wi-fi技术的起源；2.wi-fi 5的五大应用瓶颈；3.wi-fi 6九大技术升级；4.比较wi-fi 6和5g；5.wi-fi 6芯片的设计挑战；6.wi-fi产业的兴起；7.wi-fi市场的规模预测；8.博通集成的wi-fi产品。
wi-fi技术的起源
电子信息产业发展了50多年，创造了很多改变世界的产品，电脑和手机就是两个最具代表性的产品。这背后很重要的支撑技术就是传输和连接。 我们每天使用的无线传输协议不止一个，每个手机就至少包含三个协议：蜂窝网络、wi-fi以及蓝牙。衡量无线传输技术有三个重要维度：距离、带宽以及电池寿命。从技术的角度来说，没有办法把这三个维度都做到极致，即便做到成本也会很高。
这也是为什么手机中会有三个无线传输协议。蜂窝网络选择了优化距离，wi-fi选择了优化带宽，蓝牙则选择了低功耗。 从1999年开始，wlan有了wi-fi无线通信协议标准。并经过了很长时间的发展，在wi-fi 6之前，经历了5代技术发展，主旋律都是提升单位时间传输的数据量。比如，wi-fi第三代的802.11a和802.11g协议，可以传输邮件；第四代wi-fi协议可以让设备自如上网，第五代wi-fi协议802.11ac协议可以让设备流畅地播放视频。随着技术的升级，越来越多的用户使用wi-fi，wi-fi在产业和商业上也开始成功。用户的使用瓶颈也出现了。
wi-fi 5 的五大应用瓶颈
我们先来看一个典型的wi-fi应用场景。在一个办公室环境中，有一个ap，它可以是一个路由器、一个热点或一个网关。办公室中的很多设备通过ap接入到外面的互联网。一个ap与所有连入它的设备组成了一个bss，接入ap的设备被叫做sta。在一个bss内，有一个ap，所有的sta在某个时间点接入ap，是需要通过竞争手段抢到无线传输介质，以此联入互联网。两个相邻的bss叫做obss。 了解了这些之后，我们就能弄清楚，在wi-fi 6到来之前，wi-fi技术存在着哪些技术瓶颈。
（1）多设备共存导致严重拥堵
随着wi-fi广泛应用，在一个bss内，与一个ap连接的sta越来越多，每个sta接入ap的几率就降低了。实际情况是，在一个bss内，如果一个频道利用率达到75%，就已经达到饱和。再增加一个sta，严重的卡顿就要发生了。obss相互之间还存在着干扰。
（2）短帧数据占比过高
ap在传输sta数据的时候，需要打包把数据发出去。这个过程会产生一部分做管理和控制的开销，以便进行有效和安全的数据连接。只有有效的数据越多，传输的介质利用率越高。通常情况下，我们使用wi-fi发送的都是短消息，这种有效数据量并不多。只有在发送4k、8k信息时才会有大量有效数据。在这种情况下，组包过程中对无线介质的利用率非常非常低。
（3）频谱资源严重不足
我们用2.4ghz这个频段是最多的。即使用最小的带宽20mhz也只有三个可用的频道。如果用的是40mhz带宽，在2.4ghz频段只有一个频道可以选用。从频率资源上来看，2.4ghz是非常不好用的。比如802.11ap协议，如果用160mhz带宽，即使在5ghz频段，也只有两个频道可以用。很多情况下的拥堵是频道不够造成的。
（4）低功耗
物联网的用户越来越多，物联网的应用很重要的一个诉求就是降低功耗。在wi-fi行业，对低功耗的重视还是高度不够。现在的电子设备能一年换一次电池的。已经做得非常好了。当物联网时代到来，假设家里有100个这样的设备，那每星期就要换两个电池，这对用户的压力是非常大的。所以说延迟电池使用寿命，是非常重要的一个挑战。
（5）室外长距离
wi-fi是一个室内传输协议，为什么要做室外呢？现在物联网到来后，室外场景需求增加。比如安防监控、休闲娱乐场所设施，我们需要更可靠的室外传输协议。 这些都是wi-fi6到来之前，由于产业快速发展，wi-fi应用场景在效率上出现的困难和挑战。这也是ieee从无线标准制定角度上推出wi-fi 6的产业技术背景。
wi-fi 6九大技术升级
wi-fi 6做了哪些工作呢？总结来看，wi-fi 6一共有九大技术升级。
（1）更高阶的调制技术1024qam。
wi-fi 6采用更高阶的1024qam调制技术，与wi-fi 5相比最高数据传输速率增加了25%。wi-fi 5采用256qam调制技术，单符号数据密度是8，wi-fi 6采用1024qam矢量调制方式，单个符号数据密度达到10。
（2）子载波数据增加4倍
wi-fi采用多载波技术，wi-fi 5子载波数量是256，wi-fi 6增加了4倍，子载波数量达到了1024。子载波的增加有两个好处，一个是提高频谱利用率，另一个则是提升传输时间利用率。
（3）ofdma技术
子载波分组形成不同大小的ru组，并以ru为单位分配给各sta。使用ofdma技术，可以把不同的信息数据打在同一个包内，避免短包造成频谱浪费，同时也减少了sta之间的竞争，降低了时延。
（4）mu-mimo技术
wi-fi 5标准中已经支持了下行多用户并发；wi-fi 6新增了上行多用户并发。这其中包含很多要求：信道矩阵测量，时钟管理，功率控制。mu-mimo技术与ofdma技术都是解决多设备传输问题的，ofdma技术通过频率复用方式解决，mu-mimo技术则通过空间复用来解决。
（5）bss着色
bss着色技术借鉴了802.11ah协议。举个例子，数据传递就像在大厅吃饭一样，每个桌子就是一个bss，wi-fi 5时，只要大厅有一个人讲话你就不能讲话，但在wi-fi 6下，只要你这个桌子人不讲话，你就可以讲话。借鉴这种方法，可以让64个不同bss共存。
（6）twt（ target wait time）
降低功耗最有效办法就是让不工作的设备进入睡眠状态。由于wi-fi 6服务于物联网应用，所以设定了可以让sta安全睡眠但却不断线。通过ap和sta协商唤醒周期，定时交换信息，辅助增加ap广播周期，提升ap的控制能力。也就是说wi-fi 6通过提升对设备的管理和控制能力，降低了参与竞争的设备数，降低了功耗。
（7）支持2.4ghz和6ghz频段
为了解决频谱资源贫乏问题，wi-fi 6支持了2.4ghz和6ghz频段。增加了2.4ghz频段是因为其传输损耗低而连接可靠。6g频段是wi-fi 6专属频段，增加了3倍的频谱资源（包含59/29/14/7频道）。6g频段没有历史版本的其他设备，无需兼容，系统效率进一步提升。
（8）iot终端
wi-fi 6针对物联网应用对低功耗、低成本、低速率的特殊要求定制了20mhz的专属产品。iot wi-fi 6终端仅需支持20mhz带宽，系统简单，适合于照明、夹带呢、遥控、穿戴、保健、医疗等应用场景。
（9）wpa 3安全等级
wi-fi 6的加密安全等级从wpa 2升级到wpa 3，加密字192b，可抵抗“字典式”攻击。保护数据破解前的安全，在公司、家庭、企业场景下的安全等级比蜂窝网还要高。
比较wi-fi6和5g
蜂窝网络每升级一次，都会有人出来说，wi-fi不需要了，在4g-lte时这种说法就很流行。现在蜂窝网络发展到了5g，会取代wi-fi吗？我觉得不太可能。我们先来看一下wi-fi 6和5g的技术对比。 与5g相比，wi-fi 6有更好的容量和时延；单位面积覆盖成本也比5g低；5g网络分层让wi-fi更容易接入；安全升级更容易管理和控制数据，数据安全更可靠；前向兼容的设备使得网络升级可以分步进行；全球统一频段和协议使得wi-fi 6比5g更容易推广普及；新增的6ghz频段提升对5g毫末波的竞争力；用户使用wi-fi的习惯可以继续推动共存；室内静态和室外动态互补，互为驱动。所以，5g和wi-fi会持续共存下去。
wi-fi 6芯片的设计挑战
wi-fi 6的众多技术升级，对芯片设计提出了很高的要求，挑战很大。主要包括几项目：接收机、发射机、基带电路以及时钟同步。在基带电路领域，行业已经开始用更高制程的12nm、14nm。时钟发射功率控制是过去wi-fi系统钟没有的，这些的设计难度非常高。 现在已有不少公司设计出wi-fi 6芯片，大部分都是美国公司。
最早做出来的是quantenna，他们在2016年做出wi-fi 6芯片，现在这家公司已被安森美收购。值得注意的是，wi-fi 6的标准是在2019年制定的，2020年才推向行业。为什么他们的芯片比标准出来的还早？最重要的原因是，这些公司是参与标准制定的制定者，所以标准对我们的产业发展很重要，我们在标准环节被卡的太多了。
wi-fi产业的兴起
wi-fi产业的发展并不是轻而易举的。今天wi-fi产业规模达到了33000亿美金，有375亿颗wi-fi芯片，平均每个人手上就有两台使用wi-fi技术的设备。 在应用市场上，路由器和网关市场现在近5亿台，还在保持强劲的增长。年出货量过2亿的产品包括电视、智能音箱、家电、照明和监控摄像头。年出货量过1亿的产品包括腕表和智能开关。从2017年开始，wi-fi芯片市场就以每年10亿颗的数量增长。
wi-fi市场的规模预测
单看wi-fi 6市场，市场的增长趋势明显。首先，5g的快速发展带动了wi-fi 设备向着wi-fi 6的快速转换。其次，“双千兆提速”的国家政策利好wi-fi 6市场。第三，物联网设备密度快速增加要求wi-fi 6提升用户体验。最后，预计2025年有过半数wi-fi设备采用wi-fi 6。 wi-fi 6是中国半导体产业的特殊机会。回顾历史，每一个技术升级的时间节点都是进入产业好时机。新应用的出现也是创新的好时机，aiot、工业4.0，带来了新应用市场。对于中国来说，我们拥有完整的产业链，同时国家政策在大力推动产业链安全，从投资、政策上很多相关利好，是半导体产业发展的好时机。
博通集成的wi-fi产品
最后，介绍下我们公司博通集成的情况。 博通集成，成立于2005年，专注无线传输产业，2019年a股主板上市。博通集成的产品积累主要在两个方向：一是全屋智能解决方法，主要是蓝牙芯片与物联网wi-fi芯片；二是智慧高速系列芯片，是国际etc套片主要供应商，并全系列车规级芯片产品。
产品方面，博通集成目前有两款主打产品：wi-fi/bt/fm多模双核智能音频处理器芯片bk7271，有丰富音视频处理资源，包含麦克风阵列，有源降噪，人工智能关键词唤醒等特色技术；wi-fi 6 物联网mcu芯片bk7236，支持wi-fi 6协议，适合大多数物联网应用，已获wi-fi 6联盟认证。
原文标题：张鹏飞聊物联网重构与wi-fi 6 | “芯片大家说 i say ic”第六期精彩实录
文章出处：【微信公众号：芯谋研究】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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张鹏飞：大家都很熟悉wi-fi，每个人手上至少有一个设备就是使用wi-fi的。最近两年，随着wi-fi 6技术的推出，众多终端产品纷纷升级到wi-fi 6，wi-fi 6也备受媒体和新闻关注。今天，我想和大家聊一聊wi-fi 6，聊聊它有哪些新技术升级、新的应用场景和新的投资机会。 我将分以下几点进行展开：1.wi-fi技术的起源；2.wi-fi 5的五大应用瓶颈；3.wi-fi 6九大技术升级；4.比较wi-fi 6和5g；5.wi-fi 6芯片的设计挑战；6.wi-fi产业的兴起；7.wi-fi市场的规模预测；8.博通集成的wi-fi产品。
wi-fi技术的起源
电子信息产业发展了50多年，创造了很多改变世界的产品，电脑和手机就是两个最具代表性的产品。这背后很重要的支撑技术就是传输和连接。 我们每天使用的无线传输协议不止一个，每个手机就至少包含三个协议：蜂窝网络、wi-fi以及蓝牙。衡量无线传输技术有三个重要维度：距离、带宽以及电池寿命。从技术的角度来说，没有办法把这三个维度都做到极致，即便做到成本也会很高。
这也是为什么手机中会有三个无线传输协议。蜂窝网络选择了优化距离，wi-fi选择了优化带宽，蓝牙则选择了低功耗。 从1999年开始，wlan有了wi-fi无线通信协议标准。并经过了很长时间的发展，在wi-fi 6之前，经历了5代技术发展，主旋律都是提升单位时间传输的数据量。比如，wi-fi第三代的802.11a和802.11g协议，可以传输邮件；第四代wi-fi协议可以让设备自如上网，第五代wi-fi协议802.11ac协议可以让设备流畅地播放视频。随着技术的升级，越来越多的用户使用wi-fi，wi-fi在产业和商业上也开始成功。用户的使用瓶颈也出现了。
wi-fi 5 的五大应用瓶颈
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（1）多设备共存导致严重拥堵
随着wi-fi广泛应用，在一个bss内，与一个ap连接的sta越来越多，每个sta接入ap的几率就降低了。实际情况是，在一个bss内，如果一个频道利用率达到75%，就已经达到饱和。再增加一个sta，严重的卡顿就要发生了。obss相互之间还存在着干扰。
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ap在传输sta数据的时候，需要打包把数据发出去。这个过程会产生一部分做管理和控制的开销，以便进行有效和安全的数据连接。只有有效的数据越多，传输的介质利用率越高。通常情况下，我们使用wi-fi发送的都是短消息，这种有效数据量并不多。只有在发送4k、8k信息时才会有大量有效数据。在这种情况下，组包过程中对无线介质的利用率非常非常低。
（3）频谱资源严重不足
我们用2.4ghz这个频段是最多的。即使用最小的带宽20mhz也只有三个可用的频道。如果用的是40mhz带宽，在2.4ghz频段只有一个频道可以选用。从频率资源上来看，2.4ghz是非常不好用的。比如802.11ap协议，如果用160mhz带宽，即使在5ghz频段，也只有两个频道可以用。很多情况下的拥堵是频道不够造成的。
（4）低功耗
物联网的用户越来越多，物联网的应用很重要的一个诉求就是降低功耗。在wi-fi行业，对低功耗的重视还是高度不够。现在的电子设备能一年换一次电池的。已经做得非常好了。当物联网时代到来，假设家里有100个这样的设备，那每星期就要换两个电池，这对用户的压力是非常大的。所以说延迟电池使用寿命，是非常重要的一个挑战。
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wi-fi是一个室内传输协议，为什么要做室外呢？现在物联网到来后，室外场景需求增加。比如安防监控、休闲娱乐场所设施，我们需要更可靠的室外传输协议。 这些都是wi-fi6到来之前，由于产业快速发展，wi-fi应用场景在效率上出现的困难和挑战。这也是ieee从无线标准制定角度上推出wi-fi 6的产业技术背景。
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wi-fi采用多载波技术，wi-fi 5子载波数量是256，wi-fi 6增加了4倍，子载波数量达到了1024。子载波的增加有两个好处，一个是提高频谱利用率，另一个则是提升传输时间利用率。
（3）ofdma技术
子载波分组形成不同大小的ru组，并以ru为单位分配给各sta。使用ofdma技术，可以把不同的信息数据打在同一个包内，避免短包造成频谱浪费，同时也减少了sta之间的竞争，降低了时延。
（4）mu-mimo技术
wi-fi 5标准中已经支持了下行多用户并发；wi-fi 6新增了上行多用户并发。这其中包含很多要求：信道矩阵测量，时钟管理，功率控制。mu-mimo技术与ofdma技术都是解决多设备传输问题的，ofdma技术通过频率复用方式解决，mu-mimo技术则通过空间复用来解决。
（5）bss着色
bss着色技术借鉴了802.11ah协议。举个例子，数据传递就像在大厅吃饭一样，每个桌子就是一个bss，wi-fi 5时，只要大厅有一个人讲话你就不能讲话，但在wi-fi 6下，只要你这个桌子人不讲话，你就可以讲话。借鉴这种方法，可以让64个不同bss共存。
（6）twt（ target wait time）
降低功耗最有效办法就是让不工作的设备进入睡眠状态。由于wi-fi 6服务于物联网应用，所以设定了可以让sta安全睡眠但却不断线。通过ap和sta协商唤醒周期，定时交换信息，辅助增加ap广播周期，提升ap的控制能力。也就是说wi-fi 6通过提升对设备的管理和控制能力，降低了参与竞争的设备数，降低了功耗。
（7）支持2.4ghz和6ghz频段
为了解决频谱资源贫乏问题，wi-fi 6支持了2.4ghz和6ghz频段。增加了2.4ghz频段是因为其传输损耗低而连接可靠。6g频段是wi-fi 6专属频段，增加了3倍的频谱资源（包含59/29/14/7频道）。6g频段没有历史版本的其他设备，无需兼容，系统效率进一步提升。
（8）iot终端
wi-fi 6针对物联网应用对低功耗、低成本、低速率的特殊要求定制了20mhz的专属产品。iot wi-fi 6终端仅需支持20mhz带宽，系统简单，适合于照明、夹带呢、遥控、穿戴、保健、医疗等应用场景。
（9）wpa 3安全等级
wi-fi 6的加密安全等级从wpa 2升级到wpa 3，加密字192b，可抵抗“字典式”攻击。保护数据破解前的安全，在公司、家庭、企业场景下的安全等级比蜂窝网还要高。
比较wi-fi6和5g
蜂窝网络每升级一次，都会有人出来说，wi-fi不需要了，在4g-lte时这种说法就很流行。现在蜂窝网络发展到了5g，会取代wi-fi吗？我觉得不太可能。我们先来看一下wi-fi 6和5g的技术对比。 与5g相比，wi-fi 6有更好的容量和时延；单位面积覆盖成本也比5g低；5g网络分层让wi-fi更容易接入；安全升级更容易管理和控制数据，数据安全更可靠；前向兼容的设备使得网络升级可以分步进行；全球统一频段和协议使得wi-fi 6比5g更容易推广普及；新增的6ghz频段提升对5g毫末波的竞争力；用户使用wi-fi的习惯可以继续推动共存；室内静态和室外动态互补，互为驱动。所以，5g和wi-fi会持续共存下去。
wi-fi 6芯片的设计挑战
wi-fi 6的众多技术升级，对芯片设计提出了很高的要求，挑战很大。主要包括几项目：接收机、发射机、基带电路以及时钟同步。在基带电路领域，行业已经开始用更高制程的12nm、14nm。时钟发射功率控制是过去wi-fi系统钟没有的，这些的设计难度非常高。 现在已有不少公司设计出wi-fi 6芯片，大部分都是美国公司。
最早做出来的是quantenna，他们在2016年做出wi-fi 6芯片，现在这家公司已被安森美收购。值得注意的是，wi-fi 6的标准是在2019年制定的，2020年才推向行业。为什么他们的芯片比标准出来的还早？最重要的原因是，这些公司是参与标准制定的制定者，所以标准对我们的产业发展很重要，我们在标准环节被卡的太多了。
wi-fi产业的兴起
wi-fi产业的发展并不是轻而易举的。今天wi-fi产业规模达到了33000亿美金，有375亿颗wi-fi芯片，平均每个人手上就有两台使用wi-fi技术的设备。 在应用市场上，路由器和网关市场现在近5亿台，还在保持强劲的增长。年出货量过2亿的产品包括电视、智能音箱、家电、照明和监控摄像头。年出货量过1亿的产品包括腕表和智能开关。从2017年开始，wi-fi芯片市场就以每年10亿颗的数量增长。
wi-fi市场的规模预测
单看wi-fi 6市场，市场的增长趋势明显。首先，5g的快速发展带动了wi-fi 设备向着wi-fi 6的快速转换。其次，“双千兆提速”的国家政策利好wi-fi 6市场。第三，物联网设备密度快速增加要求wi-fi 6提升用户体验。最后，预计2025年有过半数wi-fi设备采用wi-fi 6。 wi-fi 6是中国半导体产业的特殊机会。回顾历史，每一个技术升级的时间节点都是进入产业好时机。新应用的出现也是创新的好时机，aiot、工业4.0，带来了新应用市场。对于中国来说，我们拥有完整的产业链，同时国家政策在大力推动产业链安全，从投资、政策上很多相关利好，是半导体产业发展的好时机。
博通集成的wi-fi产品
最后，介绍下我们公司博通集成的情况。 博通集成，成立于2005年，专注无线传输产业，2019年a股主板上市。博通集成的产品积累主要在两个方向：一是全屋智能解决方法，主要是蓝牙芯片与物联网wi-fi芯片；二是智慧高速系列芯片，是国际etc套片主要供应商，并全系列车规级芯片产品。
产品方面，博通集成目前有两款主打产品：wi-fi/bt/fm多模双核智能音频处理器芯片bk7271，有丰富音视频处理资源，包含麦克风阵列，有源降噪，人工智能关键词唤醒等特色技术；wi-fi 6 物联网mcu芯片bk7236，支持wi-fi 6协议，适合大多数物联网应用，已获wi-fi 6联盟认证。
原文标题：张鹏飞聊物联网重构与wi-fi 6 | “芯片大家说 i say ic”第六期精彩实录
文章出处：【微信公众号：芯谋研究】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
三星骁龙710首次搭载屏下摄像头技术，新机型号和部分规格已被曝光
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MBSE与锂电池设计
浪潮与科大讯飞联合发布AI Booster_AI计算加速比提升18%
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