面向物聯網的無線通信技術對比

隨著智能家居、智能表計、智能交通、智能安防，以及工業物聯網的發展，針對物聯網應用的無線通信技術也得到了快速發展。適合物聯網的無線通信技術主要有兩類：一是WiFi、ZigBee和藍牙等短距離通信；另一類是低功耗廣域網（LPWAN）通信技術，LPWAN又可細分為兩類：工作于未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術；以及工作于授權頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

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物聯網無線通信技術對比。（來源：EDN）

不同的無線技術在組網、功耗、通訊距離、傳輸速度和安全性等方面各有優缺點，因此各有不同的適用場景。例如，Sub-1GHz技術適用于傳輸距離遠、電池供電的應用環境；藍牙適合高速、傳輸更多信息及通過手機操控的場景。

WiFi HaLow值得期待

WiFi在物聯網應用中也比較普遍，但連接不穩、效率不高和時斷時續等一直是WiFi技術讓人頭疼的問題。為了讓WiFi在萬物互聯的時代更加普及和持續為社會和人們創造價值，WiFi聯盟專門制定了IoT WiFi標準 – WiFi HaLow，其IEEE代號是802.11ah。這一新的WiFi標準的優勢在于功耗低，傳輸距離長，特別適合小尺寸、電池供電的可穿戴設備，以及工業互聯網部署。

WiFi HaLow的特性和優勢。（來源：WiFi聯盟）

Wi-Fi HaLow（包含IEEE 802.11ah技術的產品名稱）通過在低于1 GHz的頻譜下運行來增強Wi-Fi功能，以提供更大的傳輸范圍和更低的功耗。Wi-Fi HaLow可滿足物聯網（IoT）的獨特要求，適合工業、農業、智能建筑和智慧城市環境中的各種應用。Wi-Fi HaLow可實現傳感器網絡和可穿戴設備等應用所需的低功耗連接，其有效傳輸范圍比許多其他物聯網技術更長，并且在干擾嚴重的惡劣環境下仍可提供穩定的連接，其中穿透墻壁或其他障礙的能力是一個特別的優點。

Wi-Fi聯盟制定的最新技術標準HaLow及其它WiFi標準組合。（來源：WiF聯盟）

作為Wi-Fi標準組合的一部分，Wi-Fi HaLow實現了WiFi通信更全面的無線連接。Wi-Fi HaLow可以提供用戶期望從Wi-Fi獲得的許多好處，比如多供應商互操作性，易于設置且不會破壞現有Wi-Fi網絡，以及最新的Wi-Fi安全性。

HaLow運行在900MHz頻段上，而非現在流行的2.4GHz和5GHz頻段，這一頻段更適合小量數據負荷以及低功耗設備，尤其適合智能手表和智能家居設備。美國使用902MHz至928MHz的免許可頻段，其它國家也使用1GHz以下的類似頻段。雖然大多數WiFi設備在理想條件下最大只能達到100m的覆蓋范圍，但HaLow在使用合適天線的前提下可以遠達1km，信號更強，且不容易被干擾。HaLow號稱傳輸距離是標準2.4GHz WiFi的兩倍，而且穿墻能力更強。

選擇IoT WiFi芯片和模塊時需要考慮哪些因素？

WiFi芯片廠商和模塊開發商通常會按各種參數列出模塊產品組合，包括RF頻段、數據速率、傳輸范圍和認證等。因此，需要根據滿足所需應用規范的參數來過濾WiFi模塊。

在為設計項目選擇最佳的IoT WiFi模塊時，需要考慮以下一些最重要的因素。

• 物聯網架構：首先要做出的重要決定是 “單芯片”解決方案，還是“主處理器+ WiFi模塊”解決方案。IoT MCU在一個芯片中運行WiFi堆棧和主機應用程序，這是一種“單芯片”解決方案。這種配置非常適合對尺寸要求比較嚴格的嵌入式設備，因為可以減少器件數量，有助于簡化PCB布線和布局。在軟件方面，這種配置非常適合中小型RF協議棧，可在物理層和頂層應用之間平均分配內存。一些WiFi模塊（例如樂鑫ESP32，TI CC3200和Microchip SAMW25）非常適合此類IoT架構。基于這種架構構建的一些物聯網應用包括遠程監控和智能安全系統、資產跟蹤和可穿戴式設備監控等。

“主處理器+ WiFi模塊”解決方案是包含Wi??Fi堆棧，并且有單獨的處理器運行主機應用程序。這種架構非常適合定義明確且不經常更改的WiFi技術。開發人員可以依賴打包的WiFi堆棧，因此它可將MCU上的WiFi開銷降至最低，從而簡化代碼開發工作。WiFi堆棧和應用程序層的分離使得MCU可以在IoT應用上投入最大的硬件資源和帶寬。家庭自動化、智能電器、智能電表等物聯網應用就是使用這種架構的一些示例。

• WiFi協議支持：IEEE 802.11有一系列無線LAN標準，包括802.11 a / b / g / j / n / p / ac / ad / ah，并且每個標準都有不同的規格要求。選擇這些協議時，需要權衡三個關鍵因素：數據速率、傳輸范圍和功率要求。例如，802.11n、802.11ac和802.11ah協議具有IoT多媒體應用所需更得高數據速率優勢，而像802.11b / g這樣的協議在功耗要求方面具有優勢。因此，根據項目要求，最適合的IoT WiFi芯片和模塊取決于IoT應用的需求和用途。
• 工作頻率：IEEE 802.11標準在不同的指定頻率范圍內工作，并分為多個通道。各國有自己的規則來確定在這些頻帶內使用的允許信道、用戶和最大功率水平。現在，許多WiFi模塊都在5GHz和2.4GHz上提供雙頻支持，并為部署和管理移動IoT設備提供了很大靈活性。
• WiFi安全性：在允許物聯網設備使用WiFi連接到互聯網之前，確保WiFi支持所需的安全標準非常重要。所有主流的IoT WiFi模塊至少支持多種WiFi安全標準之一，例如WPA、WPA2、WPA3、WPS等。每個安全標準都有其優點和缺點，因此選擇最適合的安全需求很重要。
• 硬件接口：通常，WiFi模塊與許多I / O和外圍接口支持捆綁在一起，以適應不同的需求。首選USB、SPI或SDIO接口來支持高數據吞吐量應用。典型的接口還有UART、I2C、I2S和其他接口。
• 認證：各個國家/地區都有自己的無線通信法規認證，要使IoT設備進入這些市場就需要合規認證。因此，對于商業應用，必須選擇具有RF認證屏蔽功能的WiFi模塊（例如FCC）。

ASPENCORE《電子工程專輯》分析師團隊從眾多國際和本土廠商中挑選10家面向物聯網應用的WiFi芯片/模塊，并按照WiFi 6、WiFi+BLE、智能家居、白色家電和智能燈具等細分類別進行了劃分，供工程師做IoT應用設計時參考。請在文末對這10家廠商的WiFi芯片進行投票評選。

WiFi 6 IoT芯片

• 樂鑫科技ESP32-C6

ESP32-C6 是樂鑫科技首款集成 Wi-Fi 6 + Bluetooth 5 (LE) 的 32 位 RISC-V SoC，具有極低功耗和高性價比，能夠大幅提升物聯網設備的 Wi-Fi 傳輸效率，提供安全可靠的連接性能。目前，ESP32-C6 已通過 Wi-Fi 聯盟認證。ESP32-C6搭載 RISC-V 32 位單核處理器，時鐘頻率高達 160 MHz，內置 400 KB SRAM，384 KB ROM，并支持多個外部 SPI、Dual SPI、Quad SPI、QPI flash。ESP32-C6 具有 22 個可編程 GPIO 管腳，支持 ADC、SPI、UART、I2C、I2S、RMT、TWAI 和 PWM。

ESP32-C6 功能框圖。（來源：樂鑫科技）

ESP32-C6 的獨特之處在于提供了對 2.4 GHz Wi-Fi 6 協議 (802.11ax) 的支持，并向下兼容 802.11 b/g/n。為優化和提升物聯網設備性能，ESP32-C6 支持 802.11ax 的僅 20 MHz 信道帶寬工作模式，以及 802.11b/g/n 協議的 20/40 MHz 帶寬。此外，802.11ax 還支持 Station 工作模式，為設備提供更高的傳輸速率和更低的功耗。Bluetooth 5 (LE) 可基于廣播擴展 (Advertising Extensions) 和 Coded PHY 實現遠距離通信。它還支持 2 Mbps PHY，用于提高傳輸速率和數據吞吐量。

ESP32-C6 支持上行、下行正交頻分多址 (OFDMA) 接入和下行多用戶多輸出多輸入 (MU-MIMO) 接入機制，均能實現在擁堵的無線網絡環境中，進行高效率、低延遲的工作。802.11ax 協議的另一個重要功能是目標喚醒時間 (Target Wake Time, TWT)，使設備在支持 802.11ax 的 Wi-Fi 接入點協助下延長睡眠時間。這一特性將允許 ESP32-C6 用戶構建由電池供電的物聯網設備，設備可以基于電池電量使用數年，并始終保持連接狀態。

ESP32-C6 支持基于 RSA-3072 算法的安全啟動、基于AES-128-XTS 算法的 flash 加密、用于保護設備身份安全的數字簽名和 HMAC 模塊，以及用于提高性能的加密加速器。這些安全機制確保了由 ESP32-C6 構建的設備具有高標準的安全級別。

ESP32-C6 依舊沿用樂鑫的物聯網開發框架 ESP-IDF，ESP 用戶可以基于熟悉的開發平臺，輕松構建 ESP32-C6 應用。用戶如果想將 ESP32-C6 用作外部主機的協處理器，可選擇樂鑫 ESP-Hosted 和 ESP-AT 固件。

• 高通Immersive Home 318平臺

Home 318是一個8流Wi-Fi 6E網絡平臺，支持高通Tri-Band Wi-Fi 6，同時支持在2.4和5GHz頻帶上的差異化Wi-Fi 6功能組合，其中多達4個專用于支持6GHz頻帶的流，160MHz信道可用于提供角落到角落的千兆級連接。Home 318平臺采用4x4 Wi-Fi 6E配置，可提供更高的性能，范圍和/或客戶數量，通過支持將性能限制回程流量遷移至Tri-Band Wi-Fi 6E，為應用提供了極大的靈活性。

其功能特性如下：在2.4、5和6GHz頻段（包括160MHz信道）之間提供同步操作；可將網狀Wi-Fi節點之間的流量遷移到6GHz頻段；多用戶流量管理提供了先進的調度算法和緩沖，并具有通用的上行鏈路數據支持；安全套件提供最全面的WPA3支持，以及先進的嵌入式加密加速器；帶有開放API移植的電信級增強功能，可用于多源開發；Mesh Wi-Fi選項包括Wi-Fi SON，Wi-Fi Alliance的Wi-Fi CERTIFIED EasyMesh標準以及OpenSync開源軟件；使用雙核A53處理器和網絡加速器以支持高性能本地計算。

WiFi + BLE IoT芯片

• 博流智能 BL602/BL604

BL602/BL604芯片的無線子系統包含2.4G無線電、Wi-Fi 802.11b / g / n和Bluetooth LE 5.0基帶/MAC設計。其微控制器子系統包含低功耗32位RISC-V CPU、高速緩存和存儲器。電源管理單元可控制低功耗模式。其外圍接口包括SDIO，SPI，UART，I2C，IR遠程，PWM，ADC，DAC，ACOMP，PIR等，支持靈活的GPIO配置。 BL602共有16個GPIO，而BL604共有23個GPIO。

該系列芯片的無線功能包括：Wi-Fi 802.11 b / g / n；低功耗藍牙5.0，具有BLE協助的Wi-Fi快速連接，Wi-Fi和BLE共存；Wi-Fi安全WPS / WEP / WPA / WPA2 / WPA3；STA，SoftAP和嗅探模式；多云連接；2.4 GHz射頻收發器；集成射頻巴倫，PA / LNA。

其安全功能包括：安全啟動；安全調試；XIP QSPI即時AES解密（OTFAD）；AES 128/192/256；SHA-1 / 224/256；TRNG（真隨機數生成器）；PKA（公鑰加速器）。

應用領域：低功耗物聯網應用、Wi-Fi連接、BLE連接、家用電子產品、遙控器等。

• 博通集成 BK7231U Wi-Fi SOC芯片

符合802.11b/g/n 1x1協議? 2. 17dBm 輸出功率；支持20/40 MHz帶寬和STBC；支持Wi-Fi STA、AP、Direct模式；支持藍牙5.1協議，-90dB靈敏度和20dBm輸出功率? ；片內MCU；最高頻率120MHz；片內256Kbyte數據RAM；內置2MB FLASH，支持透明下載 ； 6路32位 PWM；多路程序下載與JTAG接口；全速USB主機和設備； 50MHz SDIO和SPI接口，并支持主從模式；支持兩路I2C接口；支持兩路高速UART；6路32位PWM；麥克風信號放大；內置多通道ADC；支持8位DVP 圖像傳感器；32字節eFUSE。

智能燈具

• Silicon Labs WGM160 WiFi模塊

關鍵 RF 特性：1x1 802.11n，具有全面的 802.11 b/g 兼容性，72.2 Mbps；Greenfield Tx/Rx 實現最優 802.11n 性能；Short Guard Interval (SGI) 實現 802.11n 最優吞吐量；A-MPDU Rx 和 Tx 實現高 MAC 吞吐量；面向多個幀的塊確認；Rx 碎片整理；支持漫游；支持客戶端、SoftAP 模式；支持同時 AP + STA；TX 功耗：+16 dBm；RX 靈敏度：-95.5 dBm；2 塊 2.4 GHz 天線板，實現全面天線多樣性支持；2.4 GHz 共存性；2、3 和 4 線 PTA 支持；

認證：FCC、CE、ISED/IC、KCC 和 MIC/TELEC 認證。

MCU 功能和主機接口：72 MHz 的 ARM Cortex-M4；板載閃存：2048 kB；板載 RAM：512kB；超低能耗操作；80 μA/MHz（能耗模式 0 (EM0)）；2.1 μA EM2 深度睡眠電流（RTCC 運行及狀態和 RAM 保留）；硬件加密引擎支持 AES、ECC、SHA 和 TRNG；UART 和 USB 串行接口。

• NXP 88MW320/322 Wi-Fi SoC

88MW320/322 Wi-Fi片上系統（SoC）是內置Arm Cortex-M4F內核和802.11 b / g / n Wi-Fi功能的微控制器芯片。該SoC專為家庭、企業和工業自動化的智能設備以及智能配件而設計，具有以下優化特性：支持Amazon Alexa語音服務（AVS）；高度集成的SoC，只需很少的外部組件即可實現完整的系統運行；多種低功耗模式和快速喚醒時間；單流802.11n / g / b WLAN；低功耗（10 dB）模式的高效功率放大器；Cortex-M4F內核，集成了512KB SRAM和128KB掩碼ROM；具有嵌入式32 KB SRAM緩存的閃存控制器，可支持來自外部SPI閃存的XIP；安全啟動；獨特的硬件位可通過芯片組對SDK進行身份驗證；全套數字和模擬I / O接口。

智能家居

• 紫光展銳V5663

V5663是支持Wi-Fi 5+藍牙 5+MCU的 AIoT解決方案，具有技術領先、算力強大、安全可靠、應用豐富、易于開發五大特性，可廣泛應用于智能家居、醫療、兒童教育、美容保健、倉儲物流等多個應用場景。

功能特性如下：支持PSA-M安全認證；采用RTOS完成雙麥VAD/語音喚醒打斷音頻處理功能；支持Wi-Fi 5 / 藍牙5.0 / MCU高集成單芯片；支持ARM CM33 Combo連接芯片，采用ARM Cortex M33 ARMv8-M架構，支持TrustZone；外圍接口包括USB2.0/3.0，eMMC, PWM, PDM, IIS等接口；Wi-Fi 2.4/5G雙頻，MU-MIMO；支持藍牙AOA AOD+Wi-Fi RTT融合定位；BT5.0: 雙模，長距離，Mesh，AoD；支持802.11ac 1X1 2X2等豐富的產品組合。

• 聯盛德W800

聯盛德W800 芯片是一款安全 IoT Wi-Fi/藍牙雙模 SoC 芯片。支持 2.4G IEEE802.11b/g/n Wi-Fi 通訊協議；支持 BT/BLE 雙模工作模式，支持 BT/BLE4.2 協議。該芯片集成 32 位 CPU 處理器，內置 UART、GPIO、SPI、I2C、I2S、7816 等數字接口；支持TEE安全引擎，支持多種硬件加解密算法，內置 DSP、浮點運算單元，支持代碼安全權限設置，內置 2MBFlash 存儲器，支持固件加密存儲、固件簽名、安全調試、安全升級等多項安全措施，保證產品安全特性。適用于智能家電、智能家居、智能玩具、無線音視頻、工業控制、醫療監護等廣泛的物聯網領域。

• 亮牛半導體LN882X

LN882X芯片是亮牛半導體推出的新一代超高集成度WIFI芯片，集成了?片上匹配網絡、WIFI射頻、CMOS PA、LNA、基帶、電源管理模塊，以及主控MCU ARM Cortex-M4F，極大降低外圍電路的復雜度和成本，具有極低的功耗和優秀的射頻性能。

功能特性如下：支持WiFi 2.4GHz 802.11 b/g/n，支持STA/AP/STA+AP操作模式，支持WPA/WPA2；支持寬電壓供電；SPI/SDIO/UART接口；主SPI/I2C；I2S, PWM和GPIO；多通道ADC；QSPI FLASH帶高速緩存；MCU時鐘速率80/160MHz；用戶代碼可用空間高達4MB Flash；開放靈活的SWD調試接口。

• 南方硅谷M169

M169模組是南方硅谷與AliOS Things 聯合開發的高性價比板載天線嵌入式WIFI模組。該模組硬件上集成了WLAN MAC、Baseband、RF，最高主頻160MHz,內置192KB SRAM，2MB flash。整個模組用3.3V單電源供電，采用郵票孔SMT安裝方式。

這一IoT WIFI方案已經通過AliOS Things認證，支持終端設備連接到阿里云，具有超低功耗和超低內存的特點，適用于各種小型IoT設備，可廣泛應用在智能家居、智能城市、新出行等領域。

其WI-FI 相關特性包括：支持802.11 b/g/n 無線標準；支持WEP、WPA/WPA2 安全模式；支持Station 模式。該模組處理器采用Andes N10 處理器，128K ROM 和192KB SRAM，集成16Mbit SPI flash。可提供的外設端口包括：2X UART、5XPWM、4X ADC、1XI2C、1XSPI_M、14XGPIO(復用UART,PWM,ADC,I2C,SPI_M)。

該WIFI模組已經獲得的認證：WI-FI 聯盟、FCC、CE和SRRC。其適用產品和應用場景包括：智能插座、智能燈控、智能交通、智能家電、智能安防、工業自動化等。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的中国工程师最喜欢的10大WiFi物联网芯片的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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