Wi-Fi系统：技术方案与实现路径

在当今的数字化时代，无线网络已成为连接世界的桥梁，而Wi-Fi技术则是这座桥梁中最为关键的基石之一。随着移动互联网、物联网（IoT）以及智能家居的迅猛发展，Wi-Fi不仅肩负着数据传输的重任，更成为了现代生活中不可或缺的一部分，广泛应用于企业办公、家庭娱乐以及城市智能化管理等多个领域。在前文《Wi-Fi市场探析：今日应用与未来趋势》中可以看到，Wi-Fi的年出货数量已达到36亿，并且仍在持续增长。

然而，随着应用场景的日益多样化，Wi-Fi系统也在不断变化以适应新的需求。在Wi-Fi的应用领域，并没有一种一统天下的方案，而是根据具体的应用场景来定制。本文将从应用场景的角度出发，对Wi-Fi系统方案进行梳理，以期对Wi-Fi方案有更深入的理解。 本来从以下几个方面，对Wi-Fi系统的技术方案与实现路径进行探讨：Wi-Fi市场划分：AP和StationAP侧的通信能力划分Station侧的数传与MCU Wi-FiWi-Fi中的外置FEM

Wi-Fi 市场划分：AP和Station

在深入探讨Wi-Fi系统方案之前，首先需要了解Wi-Fi市场中的两个核心概念：AP和Station。AP（Access Point，接入点）的功能是提供无线连接的接入点，在Wi-Fi网络中起到终端和以太网的桥梁作用。而Station（有时简称为STA）通常指终端设备，如智能手机、智能家居设备等。

图：Wi-Fi中的AP设备和STA设备

Access Point（AP）

Access Point，简称AP，是提供无线连接服务的设备，通常指无线路由器或无线接入点。AP在Wi-Fi网络中起到桥梁作用，它连接有线网络（如以太网）和STA设备通，从而实现无线设备与有线网络的互联。

AP的核心功能包括信号覆盖、用户接入管理和数据包转发，通过无线信号覆盖一定范围内的区域。AP一般允许多个STA设备同时连接，AP还需要对这些设备进行管理，确保每个设备的连接稳定性。此外，AP负责将来自STA的无线数据包转发到有线网络，并将来自有线网络的数据包转发给相应的STA。

在实际应用中，AP设备不仅存在于家庭和办公室中，还被广泛应用于大型场馆、公共场所和智慧城市建设中。它们提供了广泛的无线覆盖，支持大量用户设备的同时接入，并通过智能化的管理功能提升网络的整体性能和用户体验。

Station（STA）

Station，简称STA，通常指的是终端设备，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、智能家居设备等。STA是连接Wi-Fi网络的用户设备，它通过无线信号与AP进行通信。STA的主要职责是发送和接收数据包，从而实现互联网浏览、数据传输、流媒体播放等功能。

在现实生活中，STA设备无处不在。无论是在家中使用的智能电视、智能音箱，还是在办公场所中使用的笔记本电脑和智能手机，都是STA设备。STA设备通过Wi-Fi连接到AP，实现了无缝的无线通信。这些设备的性能和体验直接影响用户对Wi-Fi网络的满意度。

与AP形态相对较为统一不同，STA的形态展现出多种多样的特点。STA作为网络中的终端设备，其形态可以根据具体的应用场景和需求进行灵活设计和调整。无论是智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式设备，还是智能电视、智能家居设备等固定终端，都可以作为STA存在于网络中，并且随着未来万物互联的到来，STA设备也将越来越丰富。这种多样性使得Wi-Fi网络能够支持广泛的应用场景，从家庭娱乐到工业控制，从办公自动化到智能城市。

AP侧：按通信能力划分

在Wi-Fi网络中，AP设备的能力差异显著，不同的AP设备能够提供不同的通信能力和性能。这些能力通常以速率（如AX1800、AX3000、BE6400）来表示。这种分类方式主要基于AP设备支持的最高速率标准，以帮助用户快速了解设备性能并选择适合的AP设备。

在这种命名中，前面两个字母如AX表示AP设备支持的Wi-Fi标准。比如AC指Wi-Fi5设备，AX指Wi-Fi6设备，BE指Wi-Fi7设备。后面的数字表示设备的理论最大速率，单位为Mb/s。

比如AX1800，表示支持Wi-Fi6的AP设备，这个设备可支持的最大通信速率是1,800Mb/s。BE6400表示支持Wi-Fi7的AP设备，这个设备可支持的最大通信速率是6,400Mb/s。

在AP的系统设计中，不同的通信能力对于不同的方案实现方式。越大的速率对应于越大的通信带宽，以及更多的发射、接收空间流。以Wi-Fi6为例，理论速率可用以下公式计算：

图：不同通信协议覆盖范围及应用场景

Wi-Fi6的参数如下：

基于以上参数，可以计算出Wi-Fi6不同配置在下最大速率。

根据以上速率，可以对应算出不同能力的AP路由器的设计方案。

使用这种命名方式，可以直观地了解AP设备的具体方案，例如天线数量和带宽等。以下是几种常见通信能力的AP设备示例及其特点：

1. AX1800

Wi-Fi6

频段：2.4GHz和5GHz

4天线（每个频段2x2 MIMO）

最大带宽：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 80MHz

总速率：约1800Mb/s（1201Mb/s在5GHz + 573.6Mb/s在2.4GHz）

适用场景：家庭或小型办公室，满足普通上网和流媒体需求。

2. AX3000

Wi-Fi6

频段：2.4GHz和5GHz

4天线（每个频段2x2 MIMO）

最大带宽：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 160MHz

总速率：约3000Mb/s（2402Mb/s在5GHz + 573.6Mb/s在2.4GHz）

适用场景：中型办公室或家庭，支持更多设备和高带宽应用。

3. BE3600

Wi-Fi7

频段：2.4GHz和5GHz

4天线（每个频段2x2 MIMO）

最大带宽：2.4GHz 40MHz，5.8GHz 160MHz

总速率：约3600Mb/s（2882Mb/s在5GHz + 688Mb/s在2.4GHz）

适用场景：大型办公室、公共场所或高密度环境，支持大量设备和超高带宽需求。

由于上述命名方式能够清晰地展现出Wi-Fi AP路由器的性能特点，因此它已成为路由器行业广泛采用的命名惯例。以TP-Link的Wi-Fi 7路由器命名为例，我们可以明显看到，“字母”+“数字”的组合已成为标识不同路由器能力的主要命名方式。

图：TP-Link的Wi-Fi7无线路由器命名

STA侧：数传Wi-Fi与MCU Wi-Fi

在STA侧（Station侧），我们通常将其应用分为两大场景：数传Wi-Fi和MCU Wi-Fi。数传Wi-Fi主要用来传数据，MCU Wi-Fi主要用来传指令。

图：数传Wi-Fi与MCU Wi-Fi应用场景

数传Wi-Fi

数传Wi-Fi，顾名思义，其核心任务是传输数据。作为Wi-Fi的基础应用和基本功能，数传Wi-Fi在无线通信领域扮演着至关重要的角色。 数传Wi-Fi是Wi-Fi的基础应用和基本功能，其主要功能是完成数据传输。衡量数传Wi-Fi性能的标准包括带宽、延迟、吞吐量和稳定性。数传Wi-Fi的典型应用场景包括视频流、文件传输、在线游戏、虚拟现实等。它对带宽和延迟有较高要求，因此在技术方案上注重以下几个方面：高带宽、低延迟、安全性、覆盖范围。

由于数传Wi-Fi主要的功能是完成数据传输，所以通常对传输速率有要求，比如Wi-Fi数传设备甚至可能会使用AX3000标准，采用160MHz的最大带宽，每个频段2x2的MIMO，提供高达3000Mb/s的速率，从而满足大数据量的传输需求。

在方案设计上，数传Wi-Fi也通常会根据传输速率的不同而选择不同的方案设计。比如AP通信能力、信号带宽、天线架构等。另外，为了达到安全的数据传输，通常也会在加密设计、认证机制方面做更多的设计。

MCU Wi-Fi

随着万物互联的到来，Wi-Fi不仅用于高速数据传输，还应用于还需要满足物联网（IoT）应用中一些控制指令的传输，这些应用不需要很高的传输速率，也不需要非常强大的CPU来处理复杂的数据传输问题。于是就出现了MCU Wi-Fi产品。

不同于数传Wi-Fi用于传输数据，MCU Wi-Fi则更多地被用于传输指令。在物联网应用中，Wi-Fi技术不仅需要完成基础的数据传输任务，还需要与更多的控制功能及应用场景相结合。MCU Wi-Fi产品应运而生，它将微控制单元（MCU）与Wi-Fi技术相结合，不仅具备Wi-Fi通信功能，还能进行复杂的数据处理和控制操作。这种产品在设计上更加注重成本控制、低功耗以及易于集成和使用，特别适用于工业自动化、智能农业、智能安防等应用场景，能够实现设备的智能控制、远程监控以及数据采集与分析。

图：乐鑫公司的Wi-Fi SoC产品

MCU Wi-Fi芯片的设计思路主要是为了在保证低功耗和高集成度的同时，提供足够的计算能力和通信能力，以满足智能家居、可穿戴设备等物联网设备的需求。通过优化芯片内部的各个模块，并采用先进的电源管理技术，MCU Wi-Fi芯片能够实现高效的无线通信和稳定的设备控制。

在MCU WiFi领域，中国厂商展现出了其独特的优势与擅长之处。凭借着在物联网技术方面的深厚积累与不断创新，中国厂商在MCU WiFi产品的研发与生产上取得了显著成就。他们不仅注重产品的性能与稳定性，还致力于优化成本控制，使得MCU WiFi产品更加符合市场需求。此外，中国厂商在供应链管理与生产效率方面也具备显著优势，能够快速响应市场变化，为客户提供定制化的解决方案。这些优势使得中国厂商在MCU WiFi领域脱颖而出，为全球物联网技术的发展贡献了中国智慧与力量。

Wi-Fi中的外置FEM

随着Wi-Fi标准的不断演进，从Wi-Fi 5到Wi-Fi 6，再到新兴的Wi-Fi 7，传输速度、覆盖范围以及信号稳定性都得到了显著提升。这一系列的进步背后，不仅离不开Wi-Fi处理器的提供，也离不开一个关键组件的默默支撑——外置射频前端模组（FEM）。

图：Wi-Fi系统中的外置FEM

外置FEM作为Wi-Fi系统中的核心部件，对信号的发送与接收起着至关重要的作用。它不仅能够增强信号的传输功率，扩大覆盖范围，还能有效降低噪声，提高接收灵敏度。随着在Wi-Fi6、Wi-Fi7中，高频段、多通路、高功率Wi-Fi应用的普及，信号衰减和传输距离问题日益凸显，外置FEM的重要性也愈发显著。

外置FEM的介绍及功能

外置FEM（前端模块，Front-End Module）在Wi-Fi技术中扮演着至关重要的角色。外置Wi-Fi FEM主要由功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、天线开关构成，部分Wi-Fi FEM还会集成滤波器等组件。其主要功能包括：

1. 信号放大：功率放大器增强发射信号的强度，确保信号在长距离传输时仍能保持足够的强度，从而扩大Wi-Fi的覆盖范围。

2. 噪声抑制：低噪声放大器在接收信号时有效降低噪声，提高信号接收的灵敏度，进而提升通信质量。

3. 频段选择：天线开关和滤波器用于在不同频段之间切换和过滤干扰信号，确保Wi-Fi设备在不同频段下的正常工作，并减少相互干扰。

外置FEM的综合运用可以显著提升Wi-Fi设备的性能，包括更大的覆盖范围、更高的传输速率和更好的信号稳定性。

内置Wi-Fi FEM

虽然外部FEM可以明显提高射频性能，但考虑到功耗、成本、设计复杂度，在一些应用场景中，外置FEM并不是必须。在方案应用中，一般有外置FEM与内置FEM两种方案。

和外置FEM不同，内置FEM通常集成在Wi-Fi芯片内部，相较于外置FEM，它具有更高的集成度和紧凑的设计。内置FEM也由功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）和部分滤波器等组件组成，只不过采用与AP、Transceiver共同的半导体工艺，在一个半导体晶圆上实现。

下图为MTK的Wi-Fi6 Transceiver产品框图及设计指标，以及版图设计。Transceiver包含内部的PA、LNA以及开关。可以看到，MTK的Wi-Fi6产品输出功率达到20dBm，已经可以达到一些场景的应用需求。

图：MTK Wi-Fi6 Transceiver设计框图

图：MTK Wi-Fi6 Transceiver设计版图

外置FEM的选择和使用

在决定是否在Wi-Fi系统中采用外置FEM时，需要综合考虑多个因素进行考量。

首先是应用场景的需求，比如企业级Wi-Fi网络或智能家居系统通常需要更大覆盖范围和更高数据传输速率，这种情况下外置FEM的引入显得尤为重要。

其次是设备功耗的问题，外置FEM会增加设备的功耗，因此对于便携式设备或依赖电池供电的物联网设备，需要在性能提升和功耗之间找到平衡。这时就会考虑选用功耗较低的外置FEM，甚至选择不加外置FEM袜。成本也是一个重要的考量因素，外置FEM会增加硬件成本，因此在一些成本敏感的市场或产品中，可能会选择不采用外置FEM以降低整体成本。

所以在外置FEM的选择中，需要根据具体应用需求、功耗预算、成本控制和技术能力等方面进行全面评估，决定是否在Wi-Fi系统中使用外置FEM。目前看来，在高性能Wi-Fi系统中，外置FEM成为必须的选择。另外在更为先进的Wi-Fi系统，如Wi-Fi7中，由于Transceiver及SoC采用更为先进的工艺进行设计，此时集成内置高性能射频前端成为挑战，也需要采用外置FEM来设计实现射频前端方案。

作为专注于高性能射频前端产品设计的公司，慧智微深知外置FEM在Wi-Fi系统中的重要性。针对路由器、手机、物联网等市场，慧智微开发了系列高性能、低功耗Wi-Fi FEM产品，涵盖Wi-Fi 5/6/7通信标准，可应用于高通、MTK、Realtek等系列Wi-Fi系统平台。

图：慧智微产品开拓之路

慧智微Wi-Fi FEM产品采用先进的射频技术和优化的电路设计，实现了产品的高性能。无论是路由器要求的大范围信号覆盖，还是物联网设备需要的稳定数据传输，或是手机等便携设备追求的无缝连接体验，慧智微的Wi-Fi FEM产品都能提供出色的性能表现。

通过不断的技术创新和严格的质量控制，慧智微Wi-Fi FEM产品已经在市场上赢得了良好的声誉。慧智微期待不断提升Wi-Fi FEM的射频性能，为客户带来更了的用户体验。欢迎与慧智微销售联系，了解慧智微Wi-Fi FEM的更多信息。

总结

在数字化时代的大潮中，Wi-Fi技术作为连接世界的桥梁，其重要性与日俱增。在Wi-Fi过去30年的发展中，我们不仅见证了其在企业办公、家庭娱乐、城市智能化管理等多个领域的广泛应用，还深刻理解了其随应用场景变化而不断演进的灵活性与创新性。

从AP与Station的基本概念出发，我们认识到Wi-Fi技术在构建稳定、高效的无线网络中的不可或缺作用。AP作为接入点，其通信能力的多样化（如AX1800、AX3000、BE6400等标准）为不同场景下的网络需求提供了精准匹配。而STA侧，数传Wi-Fi与MCU Wi-Fi的细分，则进一步展现了Wi-Fi技术在数据传输与控制指令传输中的双重优势。

尤为关键的是，外置FEM作为提升Wi-Fi系统性能的关键组件，其在增强信号传输、降低噪声、提高接收灵敏度方面的显著作用，为我们在设计实现路径时提供了重要射频技术支撑。通过合理选择与应用外置FEM，可以在确保性能的同时，有效控制设备功耗与成本。

在此背景下，作为高性能射频前端产品设计的佼佼者，慧智微始终致力于通过技术创新实现射频前端产品的优势迭代。在Wi-Fi产品线，慧智微产品涵盖Wi-Fi 5/6/7全系列标准，广泛应用于路由器、手机、物联网等市场。慧智微将持续关注市场需求变化，不断优化产品设计，为全球客户提供更加优质、高效的解决方案。期待通过慧智微的不懈努力与卓越追求，为Wi-Fi技术的未来发展贡献更多力量。