在快速發展的物聯網（IoT）世界中，Wi-Fi頻段的選擇不僅僅是一個技術細節，更是一項直接影響網絡性能、可靠性、延遲、覆蓋范圍和功耗的關鍵戰略決策。隨著Wi-Fi現在在2.4GHz、5GHz和新推出的6GHz頻段（通過Wi-Fi 6E）上運行，了解每種頻段的優勢和權衡對于設計強大的物聯網系統至關重要。

從單頻到雙頻連接的轉變

許多早期的物聯網設備都是圍繞Wi-Fi 4構建的，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，是現代物聯網生態系統的基本設計原則。

雙頻連接使設備能夠根據覆蓋范圍、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勢，物聯網網絡可以實現在不斷發展的數字環境中維持大規模關鍵任務連接所需的覆蓋范圍、可靠性和響應能力的平衡。

5GHz的實際優勢

為了展示5GHz的實際優勢，模擬了智能建筑Wi-Fi環境。多個網絡同時運行，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，導致擁塞和干擾。

5GHz頻段：提供11個或更多信道，顯著減少干擾并實現更高的數據速率。

這種更干凈的頻譜轉化為切實的用戶優勢：更快的吞吐量、更低的延遲、更低的功耗和更可靠的連接，尤其是在連接設備眾多的環境中。

性能測試：吞吐量、延遲和功耗

在典型的擁擠環境中，使用連接到固定距離放置的被測設備（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。

1

測量設置

EK-RA6W1評估套件（DUT）通過Wi-Fi連接到配置為軟AP的Android手機，從而實現兩個設備之間的無線數據交換。

圖1：Wi-Fi測試設置

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網絡和在同一頻段運行的電子設備。目標是分析設備在現實條件下的性能。

圖2：Wi-Fi EK-RA6W1評估套件（DUT）

2

測量的環境范圍

Wi-Fi分析儀應用程序用于檢查所描述環境中存在的頻譜。

如圖3所示，由于網絡重疊，2.4GHz頻譜出現嚴重擁塞，這可能導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

3

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備密度通常會導致干擾和數據包沖突。

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的重疊較少，5GHz頻段的環境噪音較小。

高效的頻譜利用：在5GHz下運行的設備可以利用先進的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數據吞吐量-UDP RX

圖6：Wi-Fi數據吞吐量-UDP TX

在現實世界中，這意味著更快的下載、更流暢的流媒體和響應更快的物聯網應用程序，尤其是在具有許多連接設備的環境中。從圖5和圖6中描述的UDP測量值可以清楚地看到這一點。

4

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，更低的干擾導致更少的重傳和更流暢的通信，更小的覆蓋小區減少了客戶端爭用，以及先進的MAC/PHY功能，例如OFDMA和MU-MIMO，允許多個設備同時更高效地傳輸。

圖7：Wi-Fi Ping往返延遲

5

功耗

物聯網設備旨在節省能源，同時保持云連接。為了保持連接，這些設備持續監控網絡信標并定期發送保持活動信號，以確認其存在并準備好進行通信。在這種情況下，5GH頻段具有明顯的優勢，信標和其他管理幀的傳輸速率更快，干擾的減少使設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頻段在數據吞吐量性能、信號完整性和降低功耗方面表現出色，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境傳感器等遠程應用，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代物聯網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：現代物聯網的雙頻解決方案

瑞薩電子通過RA6W1擴展了其用于先進物聯網架構的微控制器產品組合，這是一款專為持續連接而設計的超低功耗雙頻Wi-Fi 6 MCU。

RA6W1集成了Wi-Fi 6功能，提供：

·2.4GHz頻段可在高干擾環境中提供擴展的覆蓋范圍和強大的連接性。

· 5GHz頻段可實現高數據吞吐量、減少延遲并優化能效。

該MCU利用Wi-Fi 6增強功能，例如OFDMA實現高效信道利用，以及目標喚醒時間（TWT）以節省電池供電設備的能源。RA6W1結合先進的射頻性能和雙頻靈活性，可確保跨各種物聯網應用（從智能家居生態系統到工業自動化和關鍵任務系統）實現確定性、低延遲通信。

有關詳細規格和設計資源，請識別下方二維碼或復制鏈接至瀏覽器查看RA6W1產品頁面，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網部署而設計。

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審核編輯 黃宇