使用嵌入式802.11ax将Wi-Fi扩展到物联网

人们急于“聪明”以前愚蠢的电器。在智能家居中，我们已经看到了智能音箱、电视、暖气和空调、安全系统、可视门铃和健身器。它会在哪里结束？如果我们继续依赖经典 Wi-Fi，通常是 802.11n 或 802.11ac，可能比我们想象的要快得多。你可能有过这样的经历：当你的配偶骑着智能自行车时，你在电视上播放电影，孩子们正在浏览他们的手机或播放另一部电影，而你想关掉空调。响应速度变慢了——这与我们想象中的理想智能家居不完全一样。下一代 Wi-Fi 802.11ax 将使我们重回正轨，至少对于那些准备好支持该标准的设备而言。

Wi-Fi 在带宽不断增加的情况下，通过一系列的改进一直在稳步推进，那么问题是什么？问题在于，正如最初设想的那样，该标准从未预期接入点 （AP） 需要同时与我们现在想要连接的设备数量进行通信。我们常用的标准假设一次有一条有效的通信线路；其他所有人都必须等待轮到他们。802.11n 通过支持多输入多输出 （MIMO） 天线提高了每个站点的带宽和数据速率，但一次仍然只有一个站点可以与 AP 通信。当您添加到家庭网络的设备数量增长速度快于带宽时，这些设备将比您预期的更频繁地等待/缓冲。

问题是拥堵。即使在任何给定的传输中都有可用的带宽，但一次只能为一个站/AP 链路提供服务。多用户 MIMO （MU-MIMO） 通过在多个用户之间划分 MIMO 操作来改进这一点，首次允许多个站点和 AP 之间的同时传输。第一代此功能出现在 802.11ac （Wave2） 标准中，支持多个用户进行下行链路（但不支持上行链路），最多允许同时传输四个数据流。这非常好——您可以支持四个设备同时通话而不会降级，但大多数智能家居已经拥有四个以上的设备。上行链路仍然是一个问题。

进入 802.11ax，向前迈出了一大步，甚至超过了 11ac。首先，11ax 支持多达 8 个同步数据流，容量翻倍。然后它借鉴了 LTE（称为 OFDMA）的技巧，将每个流内的带宽划分为多个子通道，每个子通道可用于支持不同的站点。并且11ax是对称的；上行性能和效率与下行一样好。仅就吞吐量而言，11ax 的启动速度比 11ac 快，并且在具有许多活动端点的环境中拥塞的情况会明显减少。

电池供电设备的另一个优点是运行功耗低于 11n。11ax 提供了一项称为目标唤醒时间 （TWT） 的功能，允许端点进入深度睡眠并在预定时间唤醒，而不是在不必要的收听时消耗电量。由于使用了更窄的子通道，该标准还可以更好地与蓝牙和 802.15.4 共存。对于那些考虑围绕 11ah （HaLow） 标准进行设计的人来说，市场趋势表明 11ah 的采用率一直很低，并且正在下降，因为大多数有该级别需求的用户正在转向 11ax 以获得更大的灵活性。

现在，您正在规划您的热门新家庭自动化设备，您需要 Wi-Fi 连接，但您真的不希望用户体验因您无法控制的其他设备造成的拥塞而受到影响。您应该构建 11ax 支持（顺便说一下向后兼容）。但是您受到成本和功耗的限制，因此您确实需要单芯片解决方案。您的设计团队是您的应用方面的专家，而不是无线标准和设计方面的专家。您需要一个交钥匙 11ax 解决方案。

根据Linley 的报告，CEVA 通过其 RivieraWaves 系列支持 Wi-Fi，在可授权 Wi-Fi 方面具有相当大的领先优势。解决方案涵盖从低功耗和成本到多千兆速率的各种解决方案，所有解决方案都是在 CEVA 的 XC DSP 平台上作为硬连线实现构建的，现在还在整个范围内提供 11ax 支持。

该紧凑型解决方案可针对单芯片交钥匙 Wi-Fi 接口，如果您需要这种灵活性，您可以在本地或主机处理器上调整软件协议栈。对于成本敏感的应用，RISC-V CPU 可以管理完整的协议栈和微控制器级应用软件，无需添加第三方 MCU。对于更复杂的应用，RivieraWaves 解决方案与交钥匙 Wi-Fi 解决方案同样出色，嵌入了更高性能的应用处理器、存储器和其他 IP。

审核编辑：郭婷