5G和Wi-Fi技术为物联网和边缘设备的未来提供动力

5G和Wi-Fi 6融合

无线通信解决方案

5G 和 Wi-Fi 是针对不同应用需求所开发的通信技术，看似针对不同的市场与需求，但其实彼此之间具有互补性，若能够将 5G 和 Wi-Fi 技术相结合，将能够发挥 5G 和 Wi-Fi 技术各自的优势，并藉此扩大应用领域与市场。本文将为您介绍 5G 和 Wi-Fi技术的最新发展与5G CPE（Customer Premises Equipment，用户驻地设备）的应用模式，以及由艾睿电子、Nordic 等公司推出的相关解决方案。

5G和Wi-Fi 6无线通信的互补组合

Wi-Fi是一种主要在室内使用的局域网（LAN），可在免授权频段运行形成专用网络，是相当常见的一种无线通信技术，而蜂窝网络则是由主要运营商使用，是一种可在室内和室外使用的广域网（WAN），通常用于长距离通信。

目前正在普遍推广中的Wi-Fi 6是基于IEEE 802.11ax标准，容量比上一代提高4倍，延迟降低75%，速度几乎是其前身Wi-Fi 5的三倍，Wi-Fi 6并具有网状网络功能，可实现本地漫游，且其低功耗特色使其适用于电池供电的设备。Wi-Fi网络是目前最简易、最普遍的一种网络技术，几乎每个家庭和办公室都有一个连接到宽带服务的Wi-Fi设备。

不过，Wi-Fi 6设备需要采用符合Wi-Fi 6标准的接入点，才能获得全面的速度、延迟和容量改进。目前市面上有Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E两种标准，两者都是相同的802.11ax标准，只是工作频率不同，Wi-Fi 6采用2.4 GHz和5 GHz的频段，Wi-Fi 6E则采用6 GHz的频段，最新的Wi-Fi 7则为802.11be标准，将于2024年开始商用。

5G网络则是目前最新的蜂窝技术，将提供比4G/LTE高50倍的速度、低10倍的延迟和高1,000倍的容量。这意味着5G将能够比以往连接更多设备，并传输更多数据，从而提供快速连接并显着增强用户体验。

Wi-Fi和5G这两种通信技术将能够提供互补的功能，在用户体验方面，5G和Wi-Fi 6都可以实现千兆速度和低延迟。其中由于Wi-Fi的部署、维护和扩展成本较低（尤其是在接入点需要为更多用户提供服务的情况下），因此它将继续成为家庭和企业环境的主导技术。这为数十种需要大量数据的设备提供了强大的支持，例如个人电脑、平板电脑、智能手机、流媒体设备、电视机和打印机，这些设备都必须连接到网络。由于5G其覆盖范围更长，因此将用于移动连接，例如智能手机，它还将用于联网汽车、智能城市部署，甚至大型制造业务。

为物联网和边缘设备的未来提供动力

5G和Wi-Fi这两种技术各自以不同的方式处理网络管理。Wi-Fi使用不必经过许可的频谱，每个人都可以拥有自己的Wi-Fi网络，而无需获得使用许可证。然而，这可能意味着您的Wi-Fi性能，将会受到与您同时在同一频道上使用其网络的其他用户数量的影响。当在办公室和其他企业环境中使用时，Wi-Fi往往会受到严格管理，以满足所需的性能目标。5G和LTE网络通常由运营商管理，并使用需要订阅费才能访问的专用许可频谱。与LTE一样，5G性能将取决于您与基站之间的距离和信号质量。

由于5G提供了巨大的性能提升，服务提供商可以为消费者提供另一种将宽带连接带入家庭的选择，也就是通过5G的无线宽带来连接网络。在这一领域，5G可能会与有线或光纤产品竞争。然而，Wi-Fi仍将是连接家庭中越来越多的设备的最有效方式，包括个人电脑、平板电脑、智能手机、智能扬声器、家庭安全摄像头、恒温器和电器，都可以通过Wi-Fi进行连接。

5G和Wi-Fi 6的一些最令人兴奋的应用将涉及物联网（IoT），企业可以选择最适合其需求的无线技术，并且仍然获得所需的高容量、快速速度和低延迟，以确保设备能够快速、更可靠地共享数据。例如，机器对机器通信在工厂自动化中发挥着关键作用。虽然Wi-Fi 6可能适用于管理制造运营，但5G可能会增强大型园区的制造环境。

5G CPE是带有5G射频模块的客户端设备，可以将5G/4G信号转换为以太网或Wi-Fi连接，它是无线设备的强大组合。通过5G CPE来转换信号，将可便于将现有的各式各样设备应用和连接到更为便利的5G网络，像是配置屏幕、摄像头、可编程控制器（PLC）、工业仪表、笔记本电脑、平板电脑、机器人、传感设备、数据收集器、服务器等。

5G CPE将通过打造生态系统，来触发终端节点的“低功耗WiFi 6”需求。像是由于采用了Wi-Fi 6低功耗终端节点，Wi-Fi 6带来了一系列功能，将使Wi-Fi设备在通信时更加节能，例如名为“目标唤醒时间”（或“TWT”）的功能，这使得Wi-Fi路由器和物联网设备能够提前安排通信，以减少不必要的空闲监听模式所花费的时间，从而减少功耗。这还意味着Wi-Fi IoT设备无线电可以利用无线IoT最成熟的超低功耗策略之一，便是尽可能多地处于睡眠模式。如此一来，Wi-Fi 6将可结合更高的频道带宽、更高效的信号传输和多个天线，可以在拥挤的无线环境中提供更好的性能。

高度集成的5G CPE参考设计

为了加快客户开发5G CPE产品，艾睿电子提供5G CPE参考设计，它是一款由艾睿电子基于高通（Qualcomm）X62 5G调解器和Wi-Fi 6芯片开发的CPE参考设计。主芯片IPQ5018包含两个64位高达1GHz的ARM Cortex-A53内核，集成802.11ax Wi-Fi子系统，该方案通过低成本的高速度AX3000路由器方案，外加采用高通X62做的5G模块，实现Wi-Fi 6和5G模块的信号互转。

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适用于物联网应用的5G Sub 6 GHz模块。

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，适合需要高数据吞吐量的物联网应用，可广泛应用于家庭、办公室、户外旅游、赛事、工厂、园区等地方。

支持Matter协议的Wi-Fi 6解决方案

事实上，Wi-Fi也是苹果、亚马逊、谷歌、三星，以及其他数百家消费物联网公司倡导的智能家居Matter协议的重要组成部分，Wi-Fi 6可轻松组成智能家居／建筑生态系统，并通过5G CPE结合5G连接云端，来将Wi-Fi添加到其产品系列中。

Nordic推出支持其双频Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，支持在Matter协议中使用Wi-Fi 6协议，可用于各种高速无线网络和低功耗物联网传感器和设备。Nordic支持Matter中使用的所有三种无线协议。即：蓝牙LE（用于调试）、Thread（用于低功耗网状网络）和Wi-Fi（用于高速无线网络和低功耗物联网传感器和设备）。

nRF7002是Nordic独特Wi-Fi产品组合中的首款器件，将与Nordic现有的超低功耗技术无缝结合。Nordic将数十年的超低功耗无线物联网和芯片设计专业知识引入Wi-Fi，Wi-Fi 6则将为物联网应用带来了更多优势，包括进一步提高效率，支持长寿命、电池供电的Wi-Fi操作。

nRF7002这款“配套IC”，可以在与Nordic现有产品一起使用时，提供无缝Wi-Fi连接和基于Wi-Fi的定位（本地Wi-Fi集线器的SSID探查）。其中包括nRF52、nRF53系列多协议片上系统（SoC），以及nRF91系列蜂窝物联网封装系统（SiP）。为了与主机通信，可以使用SPI或QSPI接口，并且额外的共存功能允许与蓝牙、Thread或Zigbee等其他协议无缝共存，nRF7002还可以与非Nordic主机设备一起使用，以最大限度地提高应用和网络的灵活性和易用性。

Nordic也推出nRF7002 Wi-Fi 6配套IC的开发套件nRF7002 DK，它包含在单板上开始开发所需的一切。开发套件采用nRF5340多协议SoC作为nRF7002的主机处理器，支持低功耗Wi-Fi应用的开发，并支持OFDMA、波束成形和目标唤醒时间等Wi-Fi 6功能。

结语

5G与Wi-Fi 6这两种无线通信技术的结合，通过5G CPE来进行信号的接收与转换，将能够各自发挥两种技术的优势，为大范围的物联网应用提供低功耗的解决方案。本文所介绍的艾睿电子5G CPE参考设计与Nordic Wi-Fi 6 nRF7002配套IC，将可加快客户相关产品的开发速度，若想了解更多细节与信息，请直接与艾睿电子联系。

审核编辑：汤梓红