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技術(shù)細節(jié)，更是一項直接影響網(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Wi-Fi 6E）上運行，了解每種頻段的優(yōu)勢和權(quán)衡對于設(shè)計強大的物聯(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上運行，是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的基本設(shè)計原則。

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景的共存。通過利用兩個頻段的互補優(yōu)勢，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以實現(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的實際優(yōu)勢

為了展示5GHz的實際優(yōu)勢，模擬了智能建筑Wi-Fi環(huán)境。多個網(wǎng)絡(luò)同時運行，展示了兩個頻段之間的明顯差異：

2.4GHz頻段：僅限于三個主信道，導(dǎo)致?lián)砣透蓴_。

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

這種更干凈的頻譜轉(zhuǎn)化為切實的用戶優(yōu)勢：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設(shè)備（DUT）的接入點進行了一系列測試。對2.4GHz和5GHz頻段進行了測量。

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測量設(shè)置

EK-RA6W1評估套件（DUT）通過Wi-Fi連接到配置為軟AP的Android手機，從而實現(xiàn)兩個設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)交換。

圖1：Wi-Fi測試設(shè)置

測試在一個開放的辦公空間中進行，該辦公空間具有多個活躍的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和在同一頻段運行的電子設(shè)備。目標(biāo)是分析設(shè)備在現(xiàn)實條件下的性能。

圖2：Wi-Fi EK-RA6W1評估套件（DUT）

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測量的環(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)重擁塞，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信道帶寬進行了測試，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下運行的設(shè)備可以利用先進的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測量值可以清楚地看到這一點。

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延遲

在性能測試中，與2.4GHz相比，5GHz頻段的ping往返時間減少了2.5倍。延遲的顯著改善是由幾個關(guān)鍵因素推動的：管理幀的更快傳輸減少了信道占用時間，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)減少了客戶端爭用，以及先進的MAC/PHY功能，例如OFDMA和MU-MIMO，允許多個設(shè)備同時更高效地傳輸。

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)送保持活動信號，以確認其存在并準(zhǔn)備好進行通信。在這種情況下，5GH頻段具有明顯的優(yōu)勢，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會話并享受更長的低功耗睡眠時間。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測量的平均電流消耗為34mA。

圖8：Wi-Fi 2.4GHz和5GHz電流消耗測量

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、信號完整性和降低功耗方面表現(xiàn)出色，但其較短的波長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)境傳感器等遠程應(yīng)用，但吞吐量性能和高功耗受到限制。

支持這兩個頻段提供了滿足現(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RA6W1擴展了其用于先進物聯(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)境中提供擴展的覆蓋范圍和強大的連接性。

· 5GHz頻段可實現(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增強功能，例如OFDMA實現(xiàn)高效信道利用，以及目標(biāo)喚醒時間（TWT）以節(jié)省電池供電設(shè)備的能源。RA6W1結(jié)合先進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)自動化和關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)）實現(xiàn)確定性、低延遲通信。

有關(guān)詳細規(guī)格和設(shè)計資源，請識別下方二維碼或復(fù)制鏈接至瀏覽器查看RA6W1產(chǎn)品頁面，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展、有彈性和面向未來的物聯(lián)網(wǎng)部署而設(shè)計。

RENESAS瑞薩原廠代理分銷經(jīng)銷一級代理分銷經(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