在快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）世界中，Wi-Fi頻段的選擇不僅僅是一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，更是一項(xiàng)直接影響網(wǎng)絡(luò)性能、可靠性、延遲、覆蓋范圍和功耗的關(guān)鍵戰(zhàn)略決策。隨著Wi-Fi現(xiàn)在在2.4GHz、5GHz和新推出的6GHz頻段（通過(guò)Wi-Fi 6E）上運(yùn)行，了解每種頻段的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡對(duì)于設(shè)計(jì)強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)至關(guān)重要。

從單頻到雙頻連接的轉(zhuǎn)變

許多早期的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是圍繞Wi-Fi 4構(gòu)建的，僅依賴2.4GHz頻段。雖然該頻段提供廣泛的覆蓋范圍和更好的穿透墻壁，但由于信道可用性有限，它存在擁塞和干擾。如今，支持雙頻可在2.4GHz和5GHz上運(yùn)行，是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則。

雙頻連接使設(shè)備能夠根據(jù)覆蓋范圍、帶寬和功率限制智能地選擇最佳頻段，確保彈性覆蓋、高效頻譜利用以及不同部署場(chǎng)景的共存。通過(guò)利用兩個(gè)頻段的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)在不斷發(fā)展的數(shù)字環(huán)境中維持大規(guī)模關(guān)鍵任務(wù)連接所需的覆蓋范圍、可靠性和響應(yīng)能力的平衡。

5GHz的實(shí)際優(yōu)勢(shì)

為了展示5GHz的實(shí)際優(yōu)勢(shì)，模擬了智能建筑Wi-Fi環(huán)境。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)行，展示了兩個(gè)頻段之間的明顯差異：

2.4GHz頻段：僅限于三個(gè)主信道，導(dǎo)致?lián)砣透蓴_。

5GHz頻段：提供11個(gè)或更多信道，顯著減少干擾并實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

這種更干凈的頻譜轉(zhuǎn)化為切實(shí)的用戶優(yōu)勢(shì)：更快的吞吐量、更低的延遲、更低的功耗和更可靠的連接，尤其是在連接設(shè)備眾多的環(huán)境中。

性能測(cè)試：吞吐量、延遲和功耗

在典型的擁擠環(huán)境中，使用連接到固定距離放置的被測(cè)設(shè)備（DUT）的接入點(diǎn)進(jìn)行了一系列測(cè)試。對(duì)2.4GHz和5GHz頻段進(jìn)行了測(cè)量。

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測(cè)量設(shè)置

EK-RA6W1評(píng)估套件（DUT）通過(guò)Wi-Fi連接到配置為軟AP的Android手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)交換。

圖1：Wi-Fi測(cè)試設(shè)置

測(cè)試在一個(gè)開(kāi)放的辦公空間中進(jìn)行，該辦公空間具有多個(gè)活躍的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和在同一頻段運(yùn)行的電子設(shè)備。目標(biāo)是分析設(shè)備在現(xiàn)實(shí)條件下的性能。

圖2：Wi-Fi EK-RA6W1評(píng)估套件（DUT）

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測(cè)量的環(huán)境范圍

Wi-Fi分析儀應(yīng)用程序用于檢查所描述環(huán)境中存在的頻譜。

如圖3所示，由于網(wǎng)絡(luò)重疊，2.4GHz頻譜出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)砣?，這可能導(dǎo)致更高的延遲和性能下降。

圖3：Wi-Fi 2.4GHz頻譜

相比之下，圖4表明5GHz頻譜在信道上分布更均勻，減少了干擾并改善了連接性。

圖4：Wi-Fi 5GHz頻譜

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吞吐量

盡管2.4GHz和5GHz頻段都使用相同的20MHz信道帶寬進(jìn)行了測(cè)試，但5GHz頻段始終提供顯著更高的吞吐量。這種性能提升很大程度上歸功于5GHz頻段中更干凈、更不擁塞的頻譜。

減少重傳：在2.4GHz頻段，有限的信道可用性和高設(shè)備密度通常會(huì)導(dǎo)致干擾和數(shù)據(jù)包沖突。

更多可用信道：5GHz頻段提供了更廣泛的非重疊信道選擇。

更低的干擾：由于與藍(lán)牙、Zigbee和微波爐等其他技術(shù)的重疊較少，5GHz頻段的環(huán)境噪音較小。

高效的頻譜利用：在5GHz下運(yùn)行的設(shè)備可以利用先進(jìn)的Wi-Fi6功能，例如多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）和正交頻分多址（OFDMA）。

圖5：Wi-Fi數(shù)據(jù)吞吐量-UDP RX

圖6：Wi-Fi數(shù)據(jù)吞吐量-UDP TX

在現(xiàn)實(shí)世界中，這意味著更快的下載、更流暢的流媒體和響應(yīng)更快的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，尤其是在具有許多連接設(shè)備的環(huán)境中。從圖5和圖6中描述的UDP測(cè)量值可以清楚地看到這一點(diǎn)。

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延遲

在性能測(cè)試中，與2.4GHz相比，5GHz頻段的ping往返時(shí)間減少了2.5倍。延遲的顯著改善是由幾個(gè)關(guān)鍵因素推動(dòng)的：管理幀的更快傳輸減少了信道占用時(shí)間，更低的干擾導(dǎo)致更少的重傳和更流暢的通信，更小的覆蓋小區(qū)減少了客戶端爭(zhēng)用，以及先進(jìn)的MAC/PHY功能，例如OFDMA和MU-MIMO，允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)更高效地傳輸。

圖7：Wi-Fi Ping往返延遲

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功耗

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備旨在節(jié)省能源，同時(shí)保持云連接。為了保持連接，這些設(shè)備持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)并定期發(fā)送保持活動(dòng)信號(hào)，以確認(rèn)其存在并準(zhǔn)備好進(jìn)行通信。在這種情況下，5GH頻段具有明顯的優(yōu)勢(shì)，信標(biāo)和其他管理幀的傳輸速率更快，干擾的減少使設(shè)備能夠更快地完成活動(dòng)會(huì)話并享受更長(zhǎng)的低功耗睡眠時(shí)間。這導(dǎo)致功耗降低約20%，如圖6所示，2.4GHz的電流消耗平均為40mA，而5GHz測(cè)量的平均電流消耗為34mA。

圖8：Wi-Fi 2.4GHz和5GHz電流消耗測(cè)量

雙頻支持：平衡性能和覆蓋范圍

雖然5GHz頻段在數(shù)據(jù)吞吐量性能、信號(hào)完整性和降低功耗方面表現(xiàn)出色，但其較短的波長(zhǎng)限制了范圍和穿墻能力。相比之下，2.4GHz頻段具有卓越的傳播特性，非常適合智能電表和環(huán)境傳感器等遠(yuǎn)程應(yīng)用，但吞吐量性能和高功耗受到限制。

支持這兩個(gè)頻段提供了滿足現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)部署的多樣化要求所需的靈活性，平衡了吞吐量、覆蓋范圍和能源效率。

瑞薩電子RA6W1：現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的雙頻解決方案

瑞薩電子通過(guò)RA6W1擴(kuò)展了其用于先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的微控制器產(chǎn)品組合，這是一款專為持續(xù)連接而設(shè)計(jì)的超低功耗雙頻Wi-Fi 6 MCU。

RA6W1集成了Wi-Fi 6功能，提供：

·2.4GHz頻段可在高干擾環(huán)境中提供擴(kuò)展的覆蓋范圍和強(qiáng)大的連接性。

· 5GHz頻段可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量、減少延遲并優(yōu)化能效。

該MCU利用Wi-Fi 6增強(qiáng)功能，例如OFDMA實(shí)現(xiàn)高效信道利用，以及目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）以節(jié)省電池供電設(shè)備的能源。RA6W1結(jié)合先進(jìn)的射頻性能和雙頻靈活性，可確?？绺鞣N物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（從智能家居生態(tài)系統(tǒng)到工業(yè)自動(dòng)化和關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)確定性、低延遲通信。

有關(guān)詳細(xì)規(guī)格和設(shè)計(jì)資源，請(qǐng)識(shí)別下方二維碼或復(fù)制鏈接至瀏覽器查看RA6W1產(chǎn)品頁(yè)面，探索瑞薩電子全面的雙頻Wi-Fi 6解決方案組合，這些解決方案專為可擴(kuò)展、有彈性和面向未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)部署而設(shè)計(jì)。

RENESAS瑞薩原廠代理分銷經(jīng)銷一級(jí)代理分銷經(jīng)銷，075582574660，82542001提供原廠技術(shù)支持和方案服務(wù)支持~

審核編輯 黃宇