在快速发展的物联网 （IoT） 世界中，Wi-Fi 频段的选择不仅仅是一个技术细节;这是一项直接影响网络性能、可靠性、延迟、覆盖范围和功耗的战略决策。 随着 Wi-Fi 现在在 2.4GHz、5GHz 和新推出的 6GHz 频段（通过 Wi-Fi 6E）上运行，了解每种频段的优势和权衡对于设计强大的物联网系统至关重要。
从单频到双频连接的转变
许多早期的物联网设备都是围绕 Wi-Fi 4 构建的，仅依赖 2.4GHz 频段。 虽然该频段提供广泛的覆盖范围和更好的穿透墙壁，但由于信道可用性有限，它存在拥塞和干扰。 如今，支持双频可在 2.4GHz 和 5GHz 上运行，是现代物联网生态系统的基本设计原则。
双频连接使设备能够根据覆盖范围、带宽和功率限制智能地选择最佳频段，确保弹性覆盖、高效频谱利用以及不同部署场景的共存。 通过利用两个频段的互补优势，物联网网络可以实现在不断发展的数字环境中维持大规模关键任务连接所需的覆盖范围、可靠性和响应能力的平衡。
5GHz的实际优势
为了展示5GHz的实际优势，模拟了智能建筑Wi-Fi环境。 多个网络同时运行，揭示了两个频段之间的明显差异：
- 2.4GHz频段： 仅限于三个主信道，导致拥塞和干扰。
- 5GHz频段： 提供 11 个或更多信道，显著减少干扰并实现更高的数据速率。
这种更干净的频谱转化为切实的用户优势：更快的吞吐量、更低的延迟、更低的功耗和更可靠的连接，尤其是在连接设备众多的环境中。
性能测试：吞吐量、延迟和功耗
在典型的拥挤环境中，使用连接到固定距离放置的被测设备 （DUT） 的接入点进行了一系列测试。 对 2.4GHz 和 5GHz 频段进行了测量。
测量设置
EK-RA6W1 评估套件 （DUT） 通过 Wi-Fi 连接到配置为软 AP 的 Android 手机，从而实现两个设备之间的无线数据交换。
测试在一个开放的办公空间中进行，该办公空间具有多个活跃的 Wi-Fi 网络和在同一频段运行的电子设备。 目标是分析设备在现实条件下的性能。
测量的环境范围
Wi-Fi 分析仪应用程序用于检查所描述环境中存在的频谱。
如图 3 所示，由于网络重叠，2.4GHz 频谱出现严重拥塞，这可能导致更高的延迟和性能下降。
相比之下，图4表明5GHz频谱在信道上分布更均匀，减少了干扰并改善了连接性。
吞吐量
尽管 2.4GHz 和 5GHz 频段都使用相同的 20MHz 信道带宽进行了测试，但 5GHz 频段始终提供显着更高的吞吐量。 这种性能提升很大程度上归功于 5GHz 频段中更干净、更不拥塞的频谱。
- 减少重传： 在 2.4GHz 频段，有限的信道可用性和高设备密度通常会导致干扰和数据包冲突。
- 更多可用信道： 5GHz频段提供了更广泛的非重叠信道选择。
- 更低的干扰： 由于与蓝牙、Zigbee 和微波炉等其他技术的重叠较少，5GHz 频段的环境噪音较小。
- 高效的频谱利用： 在 5GHz 下运行的设备可以利用先进的 Wi-Fi 6 功能，例如多用户多输入多输出 （MU-MIMO） 和正交频分多址 （OFDMA）。
在现实世界中，这意味着更快的下载、更流畅的流媒体和响应更快的物联网应用程序，尤其是在具有许多连接设备的环境中。 从图 5 和图 6 中描述的 UDP 测量值可以清楚地看到这一点。
延迟
在性能测试中，与 2.4GHz 相比，5GHz 频段的 ping 往返时间减少了 2.5 倍。 延迟的显着改善是由几个关键因素推动的：管理帧的更快传输减少了信道占用时间，更低的干扰导致更少的重传和更流畅的通信，更小的覆盖小区减少了客户端争用，以及先进的 MAC/PHY 功能，例如 OFDMA 和 MU-MIMO，允许多个设备同时更高效地传输。
功耗
物联网设备旨在节省能源，同时保持云连接。 为了保持连接，这些设备持续监控网络信标并定期发送保持活动信号，以确认其存在并准备好进行通信。 在这种情况下，5GHz 频段具有明显的优势，信标和其他管理帧的传输速率更快，干扰的减少使设备能够更快地完成活动会话并享受更长的低功耗睡眠时间。 这导致功耗降低约20%，如图6所示，2.4GHz的电流消耗平均为40mA，而5GHz测量的平均电流消耗为34mA。
双频支持：平衡性能和覆盖范围
虽然 5GHz 频段在数据吞吐量性能、信号完整性和降低功耗方面表现出色，但其较短的波长限制了范围和穿墙能力。 相比之下，2.4GHz 频段具有卓越的传播特性，非常适合智能电表和环境传感器等远程应用，但吞吐量性能和高功耗受到限制。
支持这两个频段提供了满足现代物联网部署的多样化要求所需的灵活性，平衡了吞吐量、覆盖范围和能源效率。
瑞萨电子 RA6W1：现代物联网的双频解决方案
瑞萨电子通过 RA6W1 扩展了其用于先进物联网架构的微控制器产品组合，这是一款专为持续连接而设计的超低功耗双频 Wi-Fi 6 MCU。
RA6W1 集成了 Wi-Fi 6 功能，提供：
- 2.4GHz 频段可在高干扰环境中提供扩展的覆盖范围和强大的连接性。
- 5GHz 频段可实现高数据吞吐量、减少延迟并优化能效。
该 MCU 利用 Wi-Fi 6 增强功能，例如 OFDMA 实现高效信道利用，以及目标唤醒时间 （TWT） 以节省电池供电设备的能源。 RA6W1 结合先进的射频性能和双频灵活性，可确保跨各种物联网应用（从智能家居生态系统到工业自动化和关键任务系统）实现确定性、低延迟通信。
有关详细规格和设计资源，请访问 RA6W1 产品页面，探索瑞萨电子全面的双频 Wi-Fi 6 解决方案组合，这些解决方案专为可扩展、有弹性和面向未来的物联网部署而设计。
