「行業(yè)文章」Wi-Fi 6到底6在哪里？

Wi-Fi(IEEE 802.11)自20多年前問(wèn)世以來(lái)一直在不斷發(fā)展，以滿足人們不斷增長(zhǎng)的對(duì)更高數(shù)據(jù)傳輸速率以及更多場(chǎng)所和室內(nèi)覆蓋范圍的需求。最近推出的Wi-Fi 6和6E – Wi-Fi 6(E)–除了提高數(shù)據(jù)傳輸速率和覆蓋范圍，和5G互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)全面的室內(nèi)和室外連接，還著重于提高數(shù)據(jù)吞吐量，擴(kuò)展通道容量和降低干擾，如圖1所示。

圖1. Wi-Fi 6(E)和5G 結(jié)合可實(shí)現(xiàn)充分連接(圖片來(lái)源：Soitec)

數(shù)據(jù)吞吐量根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型不同來(lái)實(shí)現(xiàn)差異化，數(shù)據(jù)速率考慮了所有數(shù)據(jù)，包括管理和控制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)吞吐量?jī)H指用戶數(shù)據(jù)–有用的有效負(fù)載。Wi-Fi 6(E)優(yōu)化了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，因此與以前的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)相比，它包含的有效負(fù)載百分比更高。

隨著世界各地的家庭和場(chǎng)所擁有大量的連接“物”，從嬰兒監(jiān)護(hù)儀到智能超高清(UHD)顯示器，Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展需要解決，以解決互連設(shè)備數(shù)量的爆炸式增長(zhǎng)。IDC方面認(rèn)為，目前Wi-Fi 6 正處于導(dǎo)入期與高速增長(zhǎng)期，逐步替代處于成熟期的Wi-Fi 5 和已處于衰退期的Wi-Fi 4 產(chǎn)品的序幕已經(jīng)從2020年開(kāi)啟。

圖2. 2014-2023中國(guó)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

由于市場(chǎng)潛力巨大，Wi-Fi 6(E)當(dāng)然也成為了眾多半導(dǎo)體芯片廠商追逐的熱點(diǎn)，過(guò)去幾年中，收購(gòu)合并事件頻頻發(fā)生。《NXP以17.6億美元收購(gòu)Marvell無(wú)線連接業(yè)務(wù)》、《安森美將收購(gòu)WiFi行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者Quantenna》、《官宣：英飛凌收購(gòu)賽普拉斯案完成審批!》《Wi-Fi 6芯片出貨量預(yù)計(jì)爆漲六倍，誰(shuí)先受益?》、《WiFi 6即將到來(lái)!高通、聯(lián)發(fā)科搶跑》等報(bào)道反映了這種趨勢(shì)。

同時(shí)，在Wi-Fi 6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用推廣步伐逐步加快的發(fā)展背景下，TP-Link、華為、小米、華碩、Netgear等多家路由器廠商推出支持Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的路由器產(chǎn)品以迎合市場(chǎng)發(fā)展需求，而從產(chǎn)品的發(fā)展情況分析，現(xiàn)階段的Wi-Fi 6相關(guān)路由器產(chǎn)品定價(jià)高，多采用4核芯片，主要面向游戲場(chǎng)景，無(wú)線速率均在3,000Mbps以上，其中，華碩GT-AX11000的速率可達(dá)11,000Mbps以上。伴隨Wi-Fi 6路由器應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格將趨于下降。

要解決的，不單是“快”

Wi-Fi 6(E)實(shí)現(xiàn)了具有挑戰(zhàn)性的家庭應(yīng)用場(chǎng)景，例如游戲UHD虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)流及其與大量其他連接設(shè)備的共存，例如越來(lái)越流行的具有語(yǔ)音識(shí)別功能的智能助手。在辦公室和大型場(chǎng)所，Wi-Fi 6(E)通過(guò)可靠的網(wǎng)絡(luò)連接提供無(wú)縫的體驗(yàn)，同時(shí)改善了移動(dòng)的和分布式設(shè)備(如智能手機(jī)和筆記本電腦)的電池消耗–插入供電設(shè)備的功耗也得到了改善。

《10.8Gbps!“三頻”Wi-Fi 6再度刷新無(wú)線傳輸速率新紀(jì)錄》一文向我們展示了作為移動(dòng)連接的新標(biāo)桿，三頻Wi-Fi 6是如何創(chuàng)造無(wú)線傳輸速率紀(jì)錄的;而在《噓!Wi-Fi 6的兩項(xiàng)本領(lǐng)為爭(zhēng)誰(shuí)更實(shí)用吵起來(lái)了》一文中，您將對(duì)“2x2雙頻并發(fā)與160MHz頻寬，誰(shuí)更實(shí)用?”這個(gè)話題有更深度的了解。

但正如我們之前多次強(qiáng)調(diào)的那樣，絕對(duì)的高速率并不是Wi-Fi 6(E)最關(guān)鍵的賣點(diǎn)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于如何為所有的用戶提供所有的數(shù)據(jù)，且質(zhì)量都能滿足他們對(duì)于服務(wù)的需求，所以這是關(guān)于總體網(wǎng)絡(luò)容量的問(wèn)題，而并非在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)里某一個(gè)節(jié)點(diǎn)連到AP，能發(fā)送最快的速率是多少。

數(shù)據(jù)顯示，到2023年，公共Wi-Fi熱點(diǎn)的數(shù)量將增加四倍，達(dá)到近6.28億個(gè)，其中11%將是Wi-Fi 6(E)。因此，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、終端設(shè)備、芯片研發(fā)，都應(yīng)該圍繞著網(wǎng)絡(luò)容量的擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)效率的角度來(lái)開(kāi)展部署。

Wi-Fi 6成功的關(guān)鍵

空間復(fù)用和頻率共存、高階數(shù)據(jù)調(diào)制、上行(UL)/下行(DL)正交頻分復(fù)用訪問(wèn)(OFDMA)、多用戶–多輸入多輸出(MU-MIMO)、調(diào)度和目標(biāo)喚醒時(shí)間(TWT)、BSS著色(BSS Coloring)、新的6GHz頻譜等新技術(shù)的大量引入，是Wi-Fi 6成功的關(guān)鍵。

我們以MU-MIMO和OFDMA為例，來(lái)具體看看。

在Wi-Fi 6(E)中，熱點(diǎn)(AP)決定哪些設(shè)備用于發(fā)送/接收，何時(shí)使用什么資源以及發(fā)送多少數(shù)據(jù)，這與先前Wi-Fi版本的分權(quán)式相反。如圖2所示，這可以對(duì)于不同類型設(shè)備產(chǎn)生的各種大小的數(shù)據(jù)包更有效地利用頻譜，OFDMA可按時(shí)間和頻率分配用戶數(shù)據(jù)包，而OFDM僅在時(shí)域上分配用戶數(shù)據(jù)包。為了達(dá)到Gbps數(shù)據(jù)速率，Wi-Fi 6(E)可以將OFDMA與廣帶寬上的高階數(shù)據(jù)調(diào)制相關(guān)聯(lián)，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)波形非常復(fù)雜，從而使Wi-Fi射頻前端(RFFE)的記錄具有線性。

圖3. OFDM和OFDMA以及傳統(tǒng) Wi-Fi和 Wi-Fi6(E)對(duì)比(圖片來(lái)源：Soitec)

MU-MIMO利用熱點(diǎn)(AP)的多個(gè)射頻前端和天線，允許多個(gè)用戶設(shè)備同時(shí)通信。通過(guò)更有效地利用發(fā)送時(shí)間，獨(dú)特調(diào)制的多個(gè)數(shù)據(jù)幀可以同時(shí)發(fā)送。其實(shí)MU-MIMO并非全新的技術(shù)，此前在Wi-Fi 5規(guī)范中就可以同時(shí)向4個(gè)終端共享下行的MU-MIMO數(shù)據(jù)包，但Wi-Fi 6現(xiàn)在上行和下行都可以支持MU-MIMO。也就是說(shuō)，不僅是從AP向終端發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候可以一個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)面向多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送，同時(shí)這幾個(gè)終端節(jié)點(diǎn)也能夠協(xié)調(diào)，同時(shí)向AP端、網(wǎng)絡(luò)上行發(fā)送數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包同時(shí)到達(dá)AP，AP也能夠解碼、同時(shí)接收所有的數(shù)據(jù)包，因此效率就有所提高。《巧克力、Sex、紅酒、Wi-Fi哪個(gè)更重要?超半數(shù)人竟然選擇了它……(上)》和《巧克力、Sex、紅酒、Wi-Fi哪個(gè)更重要?超半數(shù)人竟然選擇了它……(下)》兩篇文章對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

但在實(shí)際應(yīng)用中，要想將Wi-Fi 6/6E的性能發(fā)揮到極致，單憑Wi-Fi本身的性能提升還不足夠，《沒(méi)有這種設(shè)計(jì)，再?gòu)?qiáng)的Wi-Fi性能也出不來(lái)》一文中就詳細(xì)介紹了Wi-Fi 6/6E在智能家居中的典型應(yīng)用。

除了連接，Wi-Fi能做什么?

雖然用戶無(wú)法看到Wi-Fi信號(hào)，但實(shí)際上Wi-Fi信號(hào)會(huì)在家中不停的發(fā)生碰撞和反射，所以不同的人、寵物、物體在家中進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)的射頻信息都是不同的。從技術(shù)角度來(lái)看，我們完全可以通過(guò)射頻環(huán)境的變化來(lái)感知和判斷是誰(shuí)在家中進(jìn)行移動(dòng)。

《認(rèn)為Wi-Fi只能用來(lái)聯(lián)網(wǎng)是件非常幼稚的事情》一文介紹了三個(gè)全新的Wi-Fi應(yīng)用場(chǎng)景，也許會(huì)給我們帶來(lái)新的靈感：

第一，動(dòng)作偵測(cè)。在家庭安防的應(yīng)用，無(wú)需通過(guò)攝像頭或其他感應(yīng)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只要家中部署了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi，就可以偵測(cè)到主人離開(kāi)家之后是否突然有人闖入，并且通過(guò)動(dòng)作偵測(cè)判斷這是家人還是陌生人。

第二，位置跟隨。家中的智能照明產(chǎn)品、音頻設(shè)備、智能電視可以跟隨用戶位置的移動(dòng)而改變操作的具體位置，比如在主人從一個(gè)房間走到另外一個(gè)房間、或者從客廳走到臥室的過(guò)程中，這些智能產(chǎn)品依然可以提供無(wú)縫的用戶體驗(yàn)。

第三，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。如果整個(gè)樓宇都部署了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，在一些非常緊急的情況下，安防人員可以通過(guò)射頻信號(hào)的偵測(cè)，遠(yuǎn)程掌控住戶家中是否有人?一共有多少人在樓宇內(nèi)?這些人分布在哪些位置?而無(wú)需進(jìn)入到住戶家中進(jìn)行查看。

圖4：Wi-Fi帶來(lái)的新興應(yīng)用(圖片來(lái)源：高通)

在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，得益于高速率、低時(shí)延、低功耗等性能優(yōu)勢(shì)，相比Wi-Fi 4、Wi-Fi 5等歷代Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi 6的應(yīng)用發(fā)展情況將很快從以手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)級(jí)電子終端為驅(qū)動(dòng)的第一階段，邁向以智能家居、智慧城市等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的第二階段，并迅速向以虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻應(yīng)用等新一代高速率應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的第三階段演進(jìn)。