2019年接近尾聲，我們已經感受到5G時代真正到來了。2020年將是中國乃至全球5G真正爆發的一年，據權威市調機構預測，2020年中國5G手機銷量將達1.5億部，而到2022年全球5G手機累計出貨量將超過14億部。對消費者來說，5G的最大亮點就是速度快，千兆級速度只需幾秒就可以下載一部高清電影，在線遊戲和視頻都會十分流暢。只要一直連接5G網絡，似乎WiFi就沒必要了，那麼5G真的要取代WiFi嗎?
在近日舉行的紫光展銳WiFi AIoT新品發布會上，我帶著這個疑問請教了紫光展銳負責泛連接事業部的執行副總裁王瀧先生。他對WiFi技術的歷史發展回顧和未來展望打消了我的疑慮，也讓我對WiFi有了更為全面而深刻的認識。
WiFi與5G發展方向相像，但速度更快一步
5G有三大技術發展方向及應用場景，即：增強的移動寬頻(eMBB)，主要針對3D/超高清視頻，VR/AR等應用;海量機器通信(mMTC)，主要面向智能可穿戴、智能家居、智慧城市、車聯網和行業物聯網等物聯網應用;高可靠低時延(uRLLC)，主要針對自動駕駛、工業自動化和移動醫療等高可靠性關鍵應用。
圖1：5G的三大發展方向及相應的應用場景(來源：ASPENCORE)
WiFi標準和技術的發展有三條主線，即高吞吐量、低功耗和低延遲，也是往MBB、MTC和RLLC方向發展。然而，在WiFi與移動通信相伴相隨的發展過程中，WiFi速度總是比移動通信更快一步。即便5G速率可以達到20Gpbs，今年發布的WiFi 6(802.11ax)協議速率可以達到10Gpbs，而802.11ay在60GHz帶寬上就可以支持20Gpbs。醞釀中的802.11be就是WiFi 7，將可以支持更高的吞吐量，比5G更快。
圖2：WiFi的三大技術方向及相應的協議標準(來源：紫光展銳)
在繼續保持領先於移動通信傳輸速度的同時，WiFi還在往低功耗機器通信領域發展。802.11az協議具有第二代定位功能，而802.11ba標準就是針對低功耗IoT應用。此外，802.11bb面向光通信應用，而802.11bd則針對增強的新一代車聯網v2x。
WiFi 20年發展簡史
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1971年美國夏威夷大學研發出第一個WiFi雛形
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1980年代NCR公司為解決電子收銀機和POS系統的無線連接而開發出WaveLAN，被公認為是WiFi的先驅
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1990年基於未授權頻譜的無線通信IEEE 802.11工作組成立
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1991年澳大利亞雪梨大學John O'Sullivan博士開發出無線網技術，並於1996年成功獲得美國專利(WiFi標準的基礎技術)
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1997年WiFi標準第一版802.11無線標準發布，採用未授權的2.4GHz ISM頻段，傳輸速率僅為2Mbps
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1999年802.11b協議發布，速率達到11Mbps，與乙太網速率相當，稱為無線乙太網。賈伯斯率先將WiFi功能引入蘋果電腦，隨後微軟Windows和PC廠商也開始在筆記本電腦中配置WiFi。
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大約在2000年，基於5.8GHz頻段的802.11a標準發布，速率雖然可以達到54Mbps，但因為不兼容802.11b而沒有成為主流標準
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2003年802.11g發布，速率達到54Mbps，且採用跟802.11b同樣的頻段
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2007年蘋果發布iPhone，率先將WiFi功能引入智慧型手機
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2009年802.11n發布，該協議可以工作在2.4GHz或5.8GHz頻段(但不同時運行)，還引入了可選的MIMO和40Hz頻寬，使802.11n的頻寬達到了802.11 g的兩倍。若採用相同的20Hz頻道寬度配置，802.11n網絡可以達到72Mbps的速度。如果使用雙倍寬度的40Hz頻道，以及多個天線，數據速度甚至能夠高達600Mbps。
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2013年802.11ac發布，由於支持5.8GHz頻段而實現160Hz的頻寬。通過波束成形(beamforming)和支持多達8個MIMO數據流，所實現的數據速率可以從最低的433Mbps到6.8Gbps。
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2019年802.11ax(WiFi 6)發布，傳輸速率達到10Gbps。等802.11ay正式發布就可以達到20Gpbs。
圖3：WiFi與移動通信的發展同步(來源：紫光展銳)
WiFi的增長空間在於非手機應用
自從賈伯斯於2007年第一次將WiFi功能引入蘋果iPhone以來，WiFi已經成為智慧型手機的標配功能。現在全球每年的WiFi設備出貨量大約有30多億部，其中智慧型手機約14億部。而未來幾年智慧型手機基本不會有什麼增長，WiFi的增長空間在於手機之外的其它領域，比如智能家居和傳統家電的智能化應用。
圖4：WiFi的應用場景(來源：紫光展銳)
據IDC數據統計預測，到2023年全球WiFi設備存量將達到200億部，而每一代WiFi標準的設備出貨量都很大，預計WiFi 6設備到2023年出貨量將達到50億部。那麼這些WiFi晶片和功能模塊都用到哪些場景呢?除了手機外，WiFi普遍應用於智能家居、智能語音、智慧城市、3D/超高清視頻、娛樂和遊戲、VR/AR，以及工業自動化和自動駕駛等高可靠性應用。
圖5：內置WiFi功能模塊的電子設備增長預測(來源：紫光展銳)
內置WiFi的電子設備和終端包括：智慧型手機、筆記本電腦、平板電腦、AP/無線路由器、智能手錶、無線印表機、智能音箱、家用電器、IP攝像頭，以及TV/STB/OTT等。
即便我們都更換為5G手機了，是否數據流量都將通過行動網路傳輸呢?根據思科的一項調查，在目前的4G網絡時代，已經有59%的數據流量是通過WiFi網絡傳輸的，而到5G時代將有71%的數據流量經過WiFi，經5G網絡處理的流量反而下降到低於30%。
圖6：數據流量通過移動通信網絡和WiFi網絡傳輸的比例(來源：紫光展銳)
其實這一趨勢也不難理解，人機互動和機器-機器通信的數據流量會成倍增長，雖然5G網絡能夠處理的數據流量也會增長，但因為WiFi傳輸速率的不斷提高，流經WiFi的流量增長更快。此外，WiFi接近於免費，而5G流量是需要付費的，經濟因素也會影響消費者和商業用戶選擇無線移動運營商網絡還是更為廣泛而低廉的WiFi網絡。
WiFi晶片領域的投資和併購仍然活躍
在WiFi技術和標準的發展歷程中，有幾起影響比較大的企業併購，比如2011年高通以32億美元收購無線通信開發商Atheros，並於2015年收購CSR。聯發科也於2011年以6億美元收購Ralink。2019年已經是5G將要進入商用而爆發的時期，仍然發生了及其重大的無線連接業務併購案，包括NXP以17.6億美元從Marvell手中買下起無線業務。Cypress在2016年以5億美元從博通買下其IoT業務，但今年又以100億美元的高價整體賣給了英飛凌。專注於功率器件和模擬技術的安森美今年也出資10億美元買下Quantenna。
圖7：WiFi技術及業務相關的企業併購(來源：紫光展銳)
這些半導體廠商仍然在投入WiFi及其它無線連接技術和產品，這說明5G時代的到來並不會取代WiFi。相反，WiFi仍然是5G手機不可或缺的重要功能和賣點，比如蘋果iPhone 11雖然不能支持5G，但可以支持WiFi 6，這也是蘋果應對三星和華為等安卓陣營5G手機領先的一個競爭對抗手段。
此外，雖然5G也包括非授權區域網技術協議，但還不成熟，其前景仍不確定。全球兩個最大的市場也都會繼續支持WiFi的發展，北美給WiFi 6分配了更多頻譜資源。按照紫光展銳王瀧先生的說法，無論WiFi還是5G網絡，其實都是在鋪路，而頻譜資源相當於土地，你要能夠拿到地才能修路。
圖8：WiFi將獲得更多的頻譜資源支持(來源：紫光展銳)
中國擁有全世界最為成熟的固網光纖資源，這是其它無線通信方案短期內無法超越或替代的。現在很多家庭都已經光纖到戶，只要安裝一個無線路由器就可以全家享受免費WiFi的高速上網了。而且運營商為了競爭搶客戶，甚至無線路由器都是免費送的。
國內晶片廠商的WiFi布局和戰略
紫光展銳這次發布的WiFi產品V5663可同時支持WiFi 5和BT 5，且內置雙核Armv8架構的Cortex-M33處理器，是一種針對智能音箱、視覺識別、聯網智能家電等新興AIoT應用的無線連接方案。在安全性方面，該晶片方案支持Arm TrustZone，而且已經獲得PSA安全認證。
圖9：紫光展銳基於WiFi/BT V5663方案的開發板(來源：紫光展銳)
王瀧還在發布會上公布了紫光展銳的WiFi技術規劃，憑藉公司在手機領域多年積累的WiFi和藍牙技術，展銳將持續投入WiFi技術的研發。在高性能WiFi的技術路線上，目前主要集中在Wave1，到2022年將升級到Wave2，速率將達到16-38Gbps。在AIoT WiFi技術路線上，將從目前的802.11ac升級到802.11ax/WUR超低功耗和安全IoT領域。剛剛發布的V5663目前在國內市場還沒有同類產品，可以說還沒有競品出現。
圖10：紫光展銳執行副總裁王瀧發布WiFi技術規劃(來源：ASPENCORE)
今年開始從自研自用到對外銷售的上海海思也很看好Wi-Fi IoT的市場，其針對智能家居、白電和小家電應用的Wi-Fi IoT SoC晶片正在開發中，而面向低功耗應用場景的WiFi晶片3861L100已經發布。WiFi領域初創公司矽昌通信已經開發出國內首款無線WiFi路由器晶片SF16A18，目前僅支持WiFi 5，但後續型號也會支持WiFi 6標準。
國內兩家最大的晶片設計公司及一些中小和初創公司也都相信WiFi的未來增長空間，都在手機之外的新興領域探索新的技術和應用創新。在5G時代，WiFi將與5G網絡優勢互補，為手機、物聯網以及更多的新興應用提供高速而順暢的數據傳輸通道。
作者：顧正書
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