5G和Wi-Fi 6融合
無線通信解決方案
5G 和 Wi-Fi 是針對不同應用需求所開發的通信技術，看似針對不同的市場與需求，但其實彼此之間具有互補性，若能夠將 5G 和 Wi-Fi 技術相結合，將能夠發揮 5G 和 Wi-Fi 技術各自的優勢，并藉此擴大應用領域與市場。本文將為您介紹 5G 和 Wi-Fi技術的最新發展與5G CPE（Customer Premises Equipment，用戶駐地設備）的應用模式，以及由艾睿電子、Nordic 等公司推出的相關解決方案。
5G和Wi-Fi 6無線通信的互補組合
Wi-Fi是一種主要在室內使用的局域網（LAN），可在免授權頻段運行形成專用網絡，是相當常見的一種無線通信技術，而蜂窩網絡則是由主要運營商使用，是一種可在室內和室外使用的廣域網（WAN），通常用于長距離通信。
目前正在普遍推廣中的Wi-Fi 6是基于IEEE 802.11ax標準，容量比上一代提高4倍，延遲降低75%，速度幾乎是其前身Wi-Fi 5的三倍，Wi-Fi 6并具有網狀網絡功能，可實現本地漫游，且其低功耗特色使其適用于電池供電的設備。Wi-Fi網絡是目前最簡易、最普遍的一種網絡技術，幾乎每個家庭和辦公室都有一個連接到寬帶服務的Wi-Fi設備。
不過，Wi-Fi 6設備需要采用符合Wi-Fi 6標準的接入點，才能獲得全面的速度、延遲和容量改進。目前市面上有Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E兩種標準，兩者都是相同的802.11ax標準，只是工作頻率不同，Wi-Fi 6采用2.4 GHz和5 GHz的頻段，Wi-Fi 6E則采用6 GHz的頻段，最新的Wi-Fi 7則為802.11be標準，將于2024年開始商用。
5G網絡則是目前最新的蜂窩技術，將提供比4G/LTE高50倍的速度、低10倍的延遲和高1,000倍的容量。這意味著5G將能夠比以往連接更多設備，并傳輸更多數據，從而提供快速連接并顯著增強用戶體驗。
Wi-Fi和5G這兩種通信技術將能夠提供互補的功能，在用戶體驗方面，5G和Wi-Fi 6都可以實現千兆速度和低延遲。其中由于Wi-Fi的部署、維護和擴展成本較低（尤其是在接入點需要為更多用戶提供服務的情況下），因此它將繼續成為家庭和企業環境的主導技術。這為數十種需要大量數據的設備提供了強大的支持，例如個人電腦、平板電腦、智能手機、流媒體設備、電視機和打印機，這些設備都必須連接到網絡。由于5G其覆蓋范圍更長，因此將用于移動連接，例如智能手機，它還將用于聯網汽車、智能城市部署，甚至大型制造業務。
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為物聯網和邊緣設備的未來提供動力
5G和Wi-Fi這兩種技術各自以不同的方式處理網絡管理。Wi-Fi使用不必經過許可的頻譜，每個人都可以擁有自己的Wi-Fi網絡，而無需獲得使用許可證。然而，這可能意味著您的Wi-Fi性能，將會受到與您同時在同一頻道上使用其網絡的其他用戶數量的影響。當在辦公室和其他企業環境中使用時，Wi-Fi往往會受到嚴格管理，以滿足所需的性能目標。5G和LTE網絡通常由運營商管理，并使用需要訂閱費才能訪問的專用許可頻譜。與LTE一樣，5G性能將取決于您與基站之間的距離和信號質量。
由于5G提供了巨大的性能提升，服務提供商可以為消費者提供另一種將寬帶連接帶入家庭的選擇，也就是通過5G的無線寬帶來連接網絡。在這一領域，5G可能會與有線或光纖產品競爭。然而，Wi-Fi仍將是連接家庭中越來越多的設備的最有效方式，包括個人電腦、平板電腦、智能手機、智能揚聲器、家庭安全攝像頭、恒溫器和電器，都可以通過Wi-Fi進行連接。
5G和Wi-Fi 6的一些最令人興奮的應用將涉及物聯網（IoT），企業可以選擇最適合其需求的無線技術，并且仍然獲得所需的高容量、快速速度和低延遲，以確保設備能夠快速、更可靠地共享數據。例如，機器對機器通信在工廠自動化中發揮著關鍵作用。雖然Wi-Fi 6可能適用于管理制造運營，但5G可能會增強大型園區的制造環境。
5G CPE是帶有5G射頻模塊的客戶端設備，可以將5G/4G信號轉換為以太網或Wi-Fi連接，它是無線設備的強大組合。通過5G CPE來轉換信號，將可便于將現有的各式各樣設備應用和連接到更為便利的5G網絡，像是配置屏幕、攝像頭、可編程控制器（PLC）、工業儀表、筆記本電腦、平板電腦、機器人、傳感設備、數據收集器、服務器等。
5G CPE將通過打造生態系統，來觸發終端節點的“低功耗WiFi 6”需求。像是由于采用了Wi-Fi 6低功耗終端節點，Wi-Fi 6帶來了一系列功能，將使Wi-Fi設備在通信時更加節能，例如名為“目標喚醒時間”（或“TWT”）的功能，這使得Wi-Fi路由器和物聯網設備能夠提前安排通信，以減少不必要的空閑監聽模式所花費的時間，從而減少功耗。這還意味著Wi-Fi IoT設備無線電可以利用無線IoT最成熟的超低功耗策略之一，便是盡可能多地處于睡眠模式。如此一來，Wi-Fi 6將可結合更高的頻道帶寬、更高效的信號傳輸和多個天線，可以在擁擠的無線環境中提供更好的性能。
高度集成的5G CPE參考設計
為了加快客戶開發5G CPE產品，艾睿電子提供5G CPE參考設計，它是一款由艾睿電子基于高通（Qualcomm）X62 5G調解器和Wi-Fi 6芯片開發的CPE參考設計。主芯片IPQ5018包含兩個64位高達1GHz的ARM Cortex-A53內核，集成802.11ax Wi-Fi子系統，該方案通過低成本的高速度AX3000路由器方案，外加采用高通X62做的5G模塊，實現Wi-Fi 6和5G模塊的信號互轉。
5G CPE采用的核心器件包括高通IPQ5018、高通QCN6012、高通QCA8337A，并搭配高通X62適用于物聯網應用的5G Sub 6 GHz模塊。
高通X62在5G下可提供最大3.5 Gbps的下行速率和900 Mbps的上行速率，適合需要高數據吞吐量的物聯網應用，可廣泛應用于家庭、辦公室、戶外旅游、賽事、工廠、園區等地方。
支持Matter協議的Wi-Fi 6解決方案
事實上，Wi-Fi也是蘋果、亞馬遜、谷歌、三星，以及其他數百家消費物聯網公司倡導的智能家居Matter協議的重要組成部分，Wi-Fi 6可輕松組成智能家居／建筑生態系統，并通過5G CPE結合5G連接云端，來將Wi-Fi添加到其產品系列中。
Nordic推出支持其雙頻Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，支持在Matter協議中使用Wi-Fi 6協議，可用于各種高速無線網絡和低功耗物聯網傳感器和設備。Nordic支持Matter中使用的所有三種無線協議。即：藍牙LE（用于調試）、Thread（用于低功耗網狀網絡）和Wi-Fi（用于高速無線網絡和低功耗物聯網傳感器和設備）。
nRF7002是Nordic獨特Wi-Fi產品組合中的首款器件，將與Nordic現有的超低功耗技術無縫結合。Nordic將數十年的超低功耗無線物聯網和芯片設計專業知識引入Wi-Fi，Wi-Fi 6則將為物聯網應用帶來了更多優勢，包括進一步提高效率，支持長壽命、電池供電的Wi-Fi操作。
nRF7002這款“配套IC”，可以在與Nordic現有產品一起使用時，提供無縫Wi-Fi連接和基于Wi-Fi的定位（本地Wi-Fi集線器的SSID探查）。其中包括nRF52?、nRF53?系列多協議片上系統（SoC），以及nRF91?系列蜂窩物聯網封裝系統（SiP）。為了與主機通信，可以使用SPI或QSPI接口，并且額外的共存功能允許與藍牙、Thread或Zigbee等其他協議無縫共存，nRF7002還可以與非Nordic主機設備一起使用，以最大限度地提高應用和網絡的靈活性和易用性。
Nordic也推出nRF7002 Wi-Fi 6配套IC的開發套件nRF7002 DK，它包含在單板上開始開發所需的一切。開發套件采用nRF5340多協議SoC作為nRF7002的主機處理器，支持低功耗Wi-Fi應用的開發，并支持OFDMA、波束成形和目標喚醒時間等Wi-Fi 6功能。
結語
5G與Wi-Fi 6這兩種無線通信技術的結合，通過5G CPE來進行信號的接收與轉換，將能夠各自發揮兩種技術的優勢，為大范圍的物聯網應用提供低功耗的解決方案。本文所介紹的艾睿電子5G CPE參考設計與Nordic Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，將可加快客戶相關產品的開發速度，若想了解更多細節與信息，請直接與艾睿電子聯系。
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