Wi-Fi的发展历程和Wi-Fi 7的电源解决方案

我家现在有三台 Wi-Fi 路由器，其中有两台是与光猫直接连接的，另外的一台则以无线桥接的方式对剩余的空间进行了覆盖，这样便能走到哪里都有 Wi-Fi 信号了，确保了网络连接的无处不在。我的与光猫连接的路由器里有一台是属于 Wi-Fi 6 规格的，但我并不属于需要高速连接的那一类人，几乎从不玩游戏，手机好像也不支持 Wi-Fi 6 规格，所以 Wi-Fi 6 的好处我其实是感受不到的，但这东西对那些骨灰级的游戏玩家或是超高清晰度的电视用户来说可能就是必要的了，因为他们有庞大的数据交流的需要，而且还需要有及时性的需求，稍有延时可能就意味着卡顿或是一次行动的失败，这对有的人来说可能就是要命的事情。

虽然 Wi-Fi 在 1999 年就出现了，但 Wi-Fi 6 是 2018 年才诞生的一个名词，在此之前并无 Wi-Fi 5 之类的更早的东西，那时的我这样的普通人只能看着 Wi-Fi 设备上写的符合 IEEE 802.11/a/b/g 之类的字符串，完全不知道在说什么，直到 Wi-Fi 联盟觉得应该用一个简单的数字来让我们有一个清晰的代际划分，这才有了 Wi-Fi 4-6 的出现，它们其实就是 IEEE 802.11 无线互联网技术的一个实现，所以我觉得这个东西就是先有了儿子才有了父亲，然后现在孙子又出来了，那就是 Wi-Fi 7。

要了解 Wi-Fi 7，需要先对前面的几代 Wi-Fi 技术有一个基本的了解，所以我把自己收集来的相关资料放在下面的表格里做个参考：

作为普通消费者，上述信息中我们最容易感知到的可能是最大速率的变化，从最早的 2Mbps 到 Wi-Fi 6 的 9608Mbps 即 9.6Gbps，这个提升可不是一点点，下一代的 Wi-Fi 7 还要再提升几倍到 46Gbps，传输上的延时往往有十几倍的降低，我的感觉就是啥需求都能满足了，当然这只是针对我个人来说的，当有众多的消费者汇聚在一起玩 AR/VR 相关的活动时，这样的速度可能还是会有出现不足的可能，必须将每个 AP 的覆盖空间进一步缩小，以便所有的需求都能满足，而 6GHz 频段的使用可能就是为满足这样的需求而生的，因为高频段的信号传输距离很短，而频带又很宽，能够承载的信道数就很多，可以同时收发很多数据，而相邻小区之间的信号干扰却比较小，再加上从 Wi-Fi 6 开始使用的基站服务的染色机制的使用，信道的使用效率就提高了，避免了不必要的浪费。

为了进一步认识 Wi-Fi 的全新特性，下面尝试着对表中的关键字做些解释。

无线信息的传播并非有多宽的频带就要用多宽，它需要将一个频带分为很多个信道，每个信道里都可以有多个载波被用来传递信息，信息通过调频、调相、调幅或是它们的结合的方式被调制到载波上，接收端收到以后再解调就可以获得原始信息了。一定的数码率加上调制的方式决定了调制后的载波信号需要占用的带宽，通过计算就可以知道一个确定的信道可以容纳的载波数。载波上所传输信号的调制方式为 QAM，这是一种调相加调幅的调制方式。常见 Wi-Fi 6 厂商用下图来表示 Wi-Fi6 的好：

这个图到底在说什么呢?它其实是对信号调制方式的一种空间分布的表达，本来应该是圆形的(它的计算公式大概是这样的：a*cos(wt+φ) + i*b*sin(wt+φ)，改变 a、b 和 φ，它的矢量位置就发生了改变)，可能是为了方便就借用矩阵的表达形式而变成了正方形。其中的每一个点都对应一个角度，它说的是这个信号的相位;每个点也有一个相距于坐标轴中心点的距离，它对应的是这个信号的幅度。你只要能在得到这个信号以后判断出它的幅度和相位，它所对应的原始数据也就被解读出来了，实现这个的过程就是解调，而制造出这个信号的过程就是调制。调制是发送端的任务，解调是接收端的任务，这个分工是非常明确的，Wi-Fi 通讯的双方都需进行调制和解调的工作，因为它们的角色是随时变换的。

Wi-Fi 5 用 256 个点占用了一个空间，其中可以容纳 8 位二进制数据;Wi-Fi 6 用1024 个点占用了同一个空间，其中可以容纳 10 位数据;Wi-Fi7 对应的数据是 4096，其中可以容纳的就是 12 位，所以有更高的数据携带能力。随着 QAM 数据的提高，不同的点与点之间的间距也越来越小，分辨起来也更难，所以要求的信噪比会更高，作为电源解决方案的提供者，我能想到的就是需要提供更高精度和稳定度的电源供应，否者对系统的设计者来说新的应用也就是个灾难，因为他要解决的问题实在是太多了。

由数据的调制方式可见 Wi-Fi 在传递数据的时候是不用 bit 位的概念的，它一出手就是一个字节以上的数据，所以有极高的数据传递效率，但这个仅是在一个载波上发生的事，实际的动作还可以在多个载波上同时发生，那就是并发的了，进一步将数据传递效率推升。

但这个时候就有一个疑问出现了，不是每一个应用都有那么多的数据需要长时间占用那么多的空间传输啊，这样占用载波不是很浪费吗?确实是的，早期的 Wi-Fi 就是这么做的，它将某个信道分配给某个设备使用以后的一个时间段里就只能这样了，即使它的数据已经传完了也还在继续占用该信道，直至这个时间段结束，而 Wi-Fi 6 的做法是在传输的数据中加入收发端的用户信息，只有指定的用户才能发送和接收，完全是根据应用的需要来处理的，相关的宣传资料是这样来表达它的工作方式的：

Wi-Fi 6 开始使用的 OFDMA 是一种单点对多点进行通讯的技术，它将一定宽度的信道划分为不同的资源单元 RU，每种 RU 含有前面说过的子载波的数量也不同，最少的有 26 个子载波(26-tone RU)，最多的有2x996 个子载波(2x996-tone RU)，分配给不同用户的 RU 数量是根据应用的需求来决定的，但绝不会如旧的 Wi-Fi 那样把整个信道都交给某个用户使用(那就是原来使用的 OFDM)，用户当前的任务完成以后其掌握的 RU 就会被重新分配，因而不会有资源浪费的问题，与我们常见的公共交通运输系统非常相像。如果将 OFDMA 和 OFDM 进行比较，下图是比较形象的：

Wi-Fi 6 的最大信道带宽为 160MHz，如果将其全部划分为最小的 26-toneRU，每个 tone 即子载波的带宽为 78.125kHz，整个信道里可以容纳 74 个用户同时通信。不同信道宽度的 RU 划分如下表所示：

到这里，我们可以对 OFDMA 所提供的服务做一个总结，它是一种将信道空间划分为多个 RU，每个 RU 里含有多个载波的多通道数据并发传输技术，是对频域空间、相位空间和幅度空间的一种综合利用，再结合多地址编码实现了多用户的同时服务技术。

除此以外，Wi-Fi 还利用了另外一种基于物理空间的并发技术，这便是 MU-MIMO。这是因为单根天线的数据传输容量是有限的，当拥有多根天线的无线路由器与我们常用的单天线或双天线设备如手机连接时，多余的天线就被浪费了，这时就要使用不同的天线来与不同的手机连接以提高物理空间的利用率。MU 的意思就是多用户，MIMO 的意思就是多输入多输出，输出端可以用多根天线输出多个不同的数据流，接收端也可以用多根天线接收一个或多个数据流，可以带来空间分集、空分复用等新的特性，极大地提高数据传输的效率和可靠性。

何为TMT?

作为电源管理方案的提供者，我们会非常关心数据收发系统的功率消耗，这个问题在以电池作为供电来源的移动设备中尤为重要。Wi-Fi 6 通过 OFDMA 和 MU-MIMO 技术以极高的速度完成数据传输，传输完成以后的设备处于什么状态?它怎么知道对方会在什么样的下一个时刻呼叫自己?它在这么等待的时候需要消耗多少功率?如果功率消耗不能降到最低去度过等待的过程，那些通讯需求极少的设备要如何设计自己的供电系统?TMT 就是用来解决这个问题的。

随便举个例子，一台 IoT 设备也想通过使用 Wi-Fi 协议来完成自己的联网过程，实际上我最近购买的很多家用电器都已经这么做了，我觉得即使它们每一分钟只需要通过网络与我的手机 APP 通讯一次也已足够满足我的及时性需求了，这时候它就可以把自己的这个需求的时间特性通知家里的Wi-Fi 路由器，路由器就会每间隔一分钟与之交流一次，由于需要沟通的信息非常少，这个时间会非常短，每次完成交流以后就都不会再打扰对方，然后又都在一分钟以后进入与对方沟通的时段，其他时候它就可以处于最大程度的待机状态，从而将本机的耗电降到最少，而这个特性便是TMT 所提供的。

Wi-Fi 7 提供的新机会

写到这里，我觉得我对 Wi-Fi 6 的描述已经基本可以结束了，虽然我并没有把可以说的东西都说完，但我觉得基本的理解应该是够的，而最新的 Wi-Fi 7 将为我们带来更多更好的特性，这个从前文所提供的数据和说明里已经可以看出来。虽然正式的 Wi-Fi 7 标准还没有发布，这要等到 2024 年才能成为现实，但是 Wi-Fi 市场从 2003 年 802.11g 发布之前就被 Broadcom 根据标准草案供应方案而形成了产品提前进入市场的惯例，所以我们已经可以看到这个市场的玩家们已经开始行动了，而立錡为之准备的电源解决方案也已就绪，下面我就把两个方案所需要的东西放在下面供大家参考：

图：MTK Wi-Fi 7 解决方案的电源解决方案

图：另一个 Wi-Fi 7 平台的电源解决方案

部分可用产品清单：

‍RT6242B	4.5V~18V 输入，0.7V~8V输出，12A 最大输出的 ACOT Buck 转换器，具有可调限流和软启动。
RT5789B	2.5V~6V 输入，0.6V~6V 输出，6A 最大输出的 ACOT Buck 转换器，以 TSOT-23-8 和小尺寸 UDFN-8L 2.5x2 两种封装供货。
RT6274C/D	4.5V~18V 输入，0.765V~7V 输出， 3.5A 最大输出的 ACOT Buck 转换器，具有上下桥过流保护。(C: PSM/D: PWM)
RT9078	1.2V~5.5V 输入，0.8V~3.45V 输出， 0.3A 最大输出的线性稳压器，输入输出最小电压差为 150mV @ 0.3A。

审核编辑：汤梓红