2.4GWiFi与5GWiFi的区别与市场分析-模组厂家

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纵观2018年的物联网市场，集中爆发在以云端AI智能-智能音箱类方案主导的市场，带动了各大互联网公司云平台的创新与快速发展，同时各大互联网巨头争先发布自家的智能音箱产品，例如：小米发布小爱音箱、百度发布小度音箱、阿里发布天猫精灵、京东发布叮咚音箱等等，以及各类中小型厂商的低成本音箱方案。也有学者认为智能音箱是打开C端智能互联网产品的入口。

直至2019年，各大厂家的音箱方案基本定格，国内音箱市场占有率以巨头互联网公司为主；然而各互联网公司在2018年争夺音箱市场方案的同时，也为2019的WiFi模组市场奠定了良好的基础，智能音箱市场布局、云平台技术的快速发展与成熟，使得物联网风口马上转向以智能控制类家居产品方向的IoT市场。

随着2019年国内WiFi智能设备量的急速增长，对家用路由器的需求也快速增加，查看今年的新款路由器发布记录，可以发现模组厂家和路由厂家在不断对路由器性能、技术、通讯方面做优化，其中最频繁的字眼就是“支持双频WiFi”，这里的双频指2.4G频段和5G频段。普及：国内的WiFi智能设备基本还是以2.4G频段主导。

下面会针对WiFi模组2.4GHZ工作频段和5GHZ频段工作进行分析和对比，真正明白2.4GHZ频段和5GHZ频段的差异与优缺点。

 

一、从WiFi模组工作的频段不同分析

1）WiFi无线网络信号的本质是电磁波信号，电磁波信号的传播速率等于频率与波长的乘积，而这个乘积实际上是一个固定值，就是光速，换句话说电磁波信号的频率越高，波长就越短，因此5GHz 信号的波长显然要比2.4GHz信号的要短，而波长越短的电磁波穿透力就越强（穿透能力强并不代表传输距离远，这是两个不同的概念）

2）对于2.4GHz和5GHz频段的电磁波来说，其主要传播方式是直线传播，在碰到障碍物时会产生穿透、反射、衍射等多种现象，其中穿透是主要现象，只有小部分的信号会发生反射和衍射。然而电磁波信号在穿透障碍物时会损失大量的能量，有时候尚未穿透障碍物，能量就已经消耗殆尽，结果接收端收到的是通过反射和衍射而来信号，简单来说就是绕过了障碍物的信号。

3）5GHz频段的电磁波比2.4GHz频段电磁波有更强的穿透力，但相比之下反射和衍射的能力就不如后者了。当两种频段的电磁波在碰到障碍物的时候，5GHz信号几乎全部能量都会用在穿透上，而2.4GHz信号则有部分会产生反射和衍射，绕过了障碍物继续传播。因此5GHz信号虽然选择了路程最短的传输路径，但是在传输过程中的会有很大的能量损失，2.4GHz信号走得路径会更长一些，但是保留下来的能量却更多，在我们看来就是信号强度更强了。因此我们不应该说“2.4GHz信号穿墙能力比5GHz信号更强”，应该说“2.4GHz信号绕墙能力比5GHz信号更强”。

4）综合上面理论知识，可以得到：

电磁波的频率越高，波长越短，绕射(衍射)能力越弱，穿透能力越强，信号损失越大，传输距离越近。

电磁波的频率越低，波长越长，绕射(衍射)能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。

 

二、从WiFi模组工作的信道分析

1）2.4GHZ频段介绍（2.412GHz-2.484GHz），共83.5MHz带宽

• 中心频率范围2.412GHz-2.484GHz，也就是WiFi的工作频段范围
• 工作频段共划分14个信道，中国可用13个信道（1-13），美国可用11个信道（1-11），日本会用到第14信道
• 信道有效带宽20MHz，实际带宽22MHz，其中2MHz为隔离频带
• 相邻信道中心频点间隔5MHz，相邻多个信道存在频率重叠，相互不干扰的信道有三组（1、6、11或2、7、12或3、8、13）

 怎样去理解这个工作信道？我们可以通过一个简单例子分析，我们把信道理解成一条高速公路，一共有14条高速通道，通道之间的中心间隔相差5米，每条通道的可用宽度都是20米；当我们走第一个车道，其他人走第二车道或第三车道时，就会出现拥堵的情况。路由器的原理也是一样，路由器A处于第一信道，路由器B处于第二信道，路由器C处于第三信道，那么三个路由器之间就会存在互相干扰的情况。这时候就需要有效地选取路由器信道，避免发送干扰，比如可选取信道1、信道6、信道11这三个信道，三个路由器之间就不会产生干扰，从而获得更快的WiFi电磁波传输信号，获得更高的带宽以及用户体验。

2）5GHZ工作频段介绍（使用频率范围5.150GHz～5.350GHz、5.725GHz～5.850GHz，共325MHz带宽） 

信道　中心频率
036　　5180　DFS
040　　5200　DFS
044　　5220　DFS
048　　5240　DFS
052　　5260　DFS
056　　5280　DFS
060　　5300　DFS
064　　5320　DFS
149　　5745
153　　5765
157　　5785
161　　5805
165　　5825

标有DFS的信道具有动态频率选择功能

由于5GHz频段与军事雷达频段重合，各个国家对该频段开放程度不同，随着设备更新迭代，以后会有更多5GHz频段信道在Wi-Fi上使用。5.15～5.35GHz和5.47～5.725GHz是全球雷达系统的工作频段，为了避免工作在5GHz频段的无线通讯设备对雷达系统造成干扰，各国对这些设备的要求除了功率、频谱等常规项目以外，还特別增加了对动态频率选择（DFS：Dynamic Frequency Selection）特性的要求。

什么是DFS Channel（DFS 信道）？

具备DFS功能的设备，如果能监测到雷达脉冲，则当前工作频率上的数据传输会被中止，并且寻找其它"空"频率进行重新传输。放弃使用的频率在随后的30分钟内不再使用，这些动作都是由设备自动完成，使用者一般情况下不会注意到的。

在欧洲出售的WLAN产品必须具备TPS和DFS这两个功能，即发射功率控制和动态频率选择。TPS是为了防止无线产品发射过大的功率来干扰军方雷达。DFS是为了使无线产品主动探测军方使用的频率，并主动选择另一个频率，以避开军方频率。通过这种方式，也可以避免其它WLAN干扰，最高效地传输数据。这两个功能是属于强制性的，不符合标准的产品将不会获得欧盟的上市许可。

 

三、从WiFi模组工作的信道干扰分析

1）同类WiF设备之间的干扰。目前在家庭环境里，平均每户人家能够搜索到的周围的2.4G的AP的个数已经超过5个以上。

2）同频段的无线通讯产品种类较多。蓝牙无线通讯模组、ZigBee无线通讯模组、其他同频无线射频通讯模组等。

目前2.4GHZ的信道干扰状况，就好是社会学中资源分配理论一样，资源在一定时间内是有限的，是不可能被无限分配的。在目前国内的智能设备接入量日趋剧增状况下，若干年后，2.4GHZ频段的工作信道就会被填满，最终形成一个堵塞的通道，谁也进不来，谁也出不去，形成网络瘫痪的恶性循环。举个例子：拿着你的智能手机，走进人群密集的区域（手机设备量大），手机就可能会出现没信号的情况，连一条微信都发不出去。

基于IoT物联网的快速发展与设备量的剧增，国家以及相关无线组织不得不想方法解决这一难题，基于现有基础上迭代出新的无线通讯技术是刚需，于是有了5GHZ工作频段的出现，也有了60GHZ工作频段的想法。有兴趣可以去深入了解IEEE 802.11ac协议，专门针对5GHZ技术提供。

如上图，2.4GHZ工作频段在美国(1-11信道)互不干扰的信道只有三个，而5GHZ技术达到22个互不干扰的信道。

 

四、从WiFi模组工作的传输速率分析

WiFi 5GHz 频段比 2.4GHz 频段的速度快，5GHz频道干扰少只是其中一个原因，最根本原因是2.4GHz最高只能支持IEEE 802.11n协议，5GHz最高可以支持IEEE 802.11ac协议。

2.4GHz的频段是从2.412GHz到2.472GHz，每个信道的带宽为20MHz。因此，2.4GHz只有三个互不干扰的信道（1，6，11信道）。所以，2.4GHz信道最高支持40MHz的频宽。

5GHz 信道的频宽要比2.4GHz，带宽以20MHz的倍数增加。所以，5GHz可以支持40MHz，80MHz和160MHz的频宽。因为频宽越大，数据传输速率越高，所以5GHz的数据传输速率比会比2.4GHz的快。

各频段WiFi通讯速率具体数据对比分析：

2.4GHz频段传输速率：最高速率300Mbps，也就是在802.11 n下最常见的无线路由，两根天线的。有些宣称有600Mbps，是因为在40MHz带宽下，还加到了4根天线。

5.0GHz频段传输速率：最高速率867Mbps，像TP、腾达家的双频路由就有不少，一般它们会宣传有1167Mbps，这是把2.4GHz的300Mbps也加上了。

 

五、从WiFi模组工作的传输距离分析

我们知道，2.4GHZ频段和5GHZ频段电磁波信号的传输距离是由它们本身的物理属性所决定：“电磁波工作频率”，下面是各个频段WiFi通讯距离的具体测试数据参考值：

2.4GHz频段传输距离评估：室内距离大概70米，室外距离大概250米。

5GHz频段传输距离评估：室内距离大概35米 ，可见通讯距离远远不及2.4GHZ频段。

 

六、从WiFi模组工作的功耗分析

1）5GHZ频段信道干净，速率更快，目前最快的IEEE 802.11ac的标准就是基于5G频段的。在传输同样多数据的情况下，5GHZ工作频段的传输速度更快，传输时间更短，自然能更快地响应进入底功耗睡眠模式。

2）5GHZ频段芯片技术的迭代，基于市场需求做了更多优化，功耗自然也会有所下降。

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