以Wi-Fi 7拓展Wi-Fi效能的極限

如果先前跡象不夠明朗，疫情也足以讓我們正視Wi-Fi在人們工作、娛樂(lè )和整體生活扮演不可或缺的角色。過(guò)去一年來(lái)，我們見(jiàn)證了Wi-Fi與許多其他技術(shù)一樣，如何崛起、適應、和發(fā)展，以滿(mǎn)足新興和不可預見(jiàn)的連網(wǎng)挑戰。

Wi-Fi技術(shù)即將以Wi-Fi 7邁入新章節，高通技術(shù)公司不僅專(zhuān)注于協(xié)助定義其功能，這些功能帶來(lái)如我們習慣在每個(gè)新一代Wi-Fi推出時(shí)看到的極致連網(wǎng)速度與容量，而且還增加了重大的增強功能，大幅提升低延遲效能。Wi-Fi 7結合增強的低延遲、連網(wǎng)速度與容量，將成為推動(dòng)X(jué)R、元宇宙、社群游戲、邊緣運算等更多最先進(jìn)使用案例的核心。

過(guò)去二十年來(lái)，我協(xié)助開(kāi)發(fā)了多項Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance ）的計劃，并擔任WFA董事，有幸為業(yè)界制定Wi-Fi標準作出貢獻，并見(jiàn)證其成果。從這個(gè)角度來(lái)看，討論Wi-Fi 7將帶來(lái)的一切，在于Wi-Fi 7的全新與創(chuàng )新技術(shù)來(lái)得正是時(shí)候，剛好能滿(mǎn)足今日與未來(lái)使用案例中對于Wi-Fi顯著(zhù)成長(cháng)。

Wi-Fi是至關(guān)重要的連網(wǎng)技術(shù)

Wi-Fi在人們的生活和經(jīng)濟活動(dòng)中扮演核心角色，且對社會(huì )的重要性有增無(wú)減。無(wú)論對消費者或企業(yè)，Wi-Fi都是不可或缺的資源。

市場(chǎng)分析研究公司IDC預測，2021年底有超過(guò)20億Wi-Fi 6裝置出貨，占所有Wi-Fi產(chǎn)品出貨的50%以上，且在2025年以前，每年出貨量可望成長(cháng)至52億裝置。像這樣爆炸性成長(cháng)有許多驅動(dòng)因素，但最值得注意的是Wi-Fi技術(shù)持續演進(jìn)的發(fā)展能與逐漸成長(cháng)的需求相符。例如為了增進(jìn)Wi-Fi于人口密集網(wǎng)絡(luò )的效能，Wi-Fi 6引進(jìn)多重用戶(hù)的相關(guān)功能，Wi-Fi 6E則進(jìn)一步拓展這些功能至全新6 GHz頻段，使頻道數增加、帶寬更寬，以因應提升連網(wǎng)速度和低延遲的需求。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )路由器是高通技術(shù)公司的一項產(chǎn)品創(chuàng )新，不僅實(shí)現涵蓋整個(gè)住家的網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍，更確保在需要的地方能提供高速網(wǎng)絡(luò )存取。


 
圖一 : Wi-Fi 6出貨量預測

盡管Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E正以前所未見(jiàn)的速度快速地邁向主流采用，對于在多層面推動(dòng)更高效能的需求仍持續成長(cháng)。

Wi-Fi 7帶來(lái)更高水平的效能

正如先前我們所討論的，頻譜是無(wú)線(xiàn)連網(wǎng)技術(shù)的命脈。綜觀(guān)過(guò)去，從只有三個(gè)窄帶寬頻道的傳統2.4 GHz，到具有額外頻譜、以及更寬的160 MHz頻道的5 GHz，可用頻譜的拓展推動(dòng)了強大的Wi-Fi技術(shù)創(chuàng )新?，F在新的6 GHz的頻段配置（部分地區高達1200 MHz的頻譜）與日益擁擠的2.4 GHz （由于藍牙和Thread技術(shù)的使用增加）正進(jìn)一步帶動(dòng)變革。

現代高速Wi-Fi裝置逐漸尋求利用5 GHz與6 GHz的高頻段以提供所需的效能。此一現實(shí)不僅確保了連網(wǎng)速度與低延遲，亦釋放2.4 GHz頻段更多容量可用于更適合的應用，例如物聯(lián)網(wǎng)和在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )邊緣運作的裝置。

管理與優(yōu)化各種可用頻段或許是Wi-Fi 7的指標性差異化優(yōu)勢。Wi-Fi 7的多種功能可用于提供極致連網(wǎng)速度、大容量與低延遲，支持下一世代的應用與服務(wù)。以下為指針性功能的概覽。

多重鏈接技術(shù)可于連網(wǎng)速度壅塞環(huán)境中降低延遲

如今的存取點(diǎn)（Access Points）通常在三個(gè)頻道上提供支持，一個(gè)在2.4 GHz低頻頻段，其余兩個(gè)則為5 GHz和6 GHz高頻頻段，到了Wi-Fi 7，這將越來(lái)越普遍。取決于區域的可用性，高頻頻段支持可能為5 GHz頻段的兩個(gè)頻道，或于5 GHz和6 GHz頻段中的各一頻道。Wi-Fi 7的多重鏈接功能為單一用戶(hù)提供多個(gè)選項，能使用這些頻道。最有效的存取路徑為利用容量較大、尖峰速度較高與網(wǎng)絡(luò )壅塞情形較少的高頻頻段。裝置可切換不同頻段，如圖1所示。在此機制下，裝置利用最先可供使用的頻段進(jìn)行傳輸，前次傳輸完成后就能再次選擇頻段。如此將能避免網(wǎng)絡(luò )鏈接壅塞，并降低延遲。



 
圖二 : 多重鏈接切換，裝置能于可用頻段之間切換，以降低延遲

最高效能選項為高頻頻段同步多重連結，如圖2所示。裝置利用各個(gè)可供使用的頻段，且能同時(shí)于不同頻段運作，聚合兩個(gè)頻道的流通量。由于可在各頻段同時(shí)運作，能進(jìn)一步避免網(wǎng)絡(luò )壅塞、降低延遲性。


 
圖三 : 高頻頻段同步多重連結，聚合高頻頻段以提供最高流通量與最低延遲

拓展所有地區的寬帶道帶寬

Wi-Fi 6E顯著(zhù)地擴展了寬帶道頻譜的使用，讓在任何配置6 GHz頻譜的地區皆可使用多個(gè)160 MHz頻道。Wi-Fi 7則使可用頻道帶寬增加一倍至320 MHz。理論上，這能讓容量加倍，大幅改善用戶(hù)數據傳輸速度。

部分地區可支持320 MHz連續頻譜的三個(gè)頻道，部份地區可支持一個(gè)頻道，有些區域完全不支持。5 GHz頻段不具備連續的320 MHz頻道，因此只有支持6 GHz頻譜的地區可支持此連續模式。高頻頻段同步多重連結可藉由累計兩個(gè)可用頻道的流通量，提供帶寬更寬、更有效的頻道。在高頻頻段聚合兩個(gè)帶寬為160 MHz的頻道，可建立一個(gè)帶寬達320 MHz的有效頻道。在中國，高頻頻段同步多重連結實(shí)現了帶寬為240 MHz的有效頻道，即使沒(méi)有可用的6 GHz頻譜配置，仍能滿(mǎn)足Wi-Fi 7超高流通量的承諾。

即使有干擾仍可使用更寬的頻道

占用部分（如20 GHz或40 MHz）閑置連續頻道的既有用戶(hù)，通常會(huì )使存取點(diǎn)無(wú)法使用這些頻譜。Wi-Fi 7的創(chuàng )新解決方案稱(chēng)為「前導碼刪余（Preamble puncturing）」，空下受干擾的頻譜，同時(shí)仍使連續頻道可能存在，如圖2所示。整體帶寬因刪余而降低，但仍可使用比其他情況下可用的更寬的頻道。


 
圖四 : 即使有使用者干擾，前導碼刪余使更寬的頻道仍得以使用

4k 正交調幅（QAM）與許多其他增強效能的功能

Wi-Fi標準化了更高階的調變技術(shù)4k QAM，這是高通Wi-Fi 6解決方案中現已支持的技術(shù)。4k QAM可提升接近存取點(diǎn)的用戶(hù)連網(wǎng)速度，為其他用戶(hù)保留寶貴的容量。

Wi-Fi 7實(shí)現令人興奮的全新體驗與使用案例

Wi-Fi 7不僅提升今日現有應用的效能，更實(shí)現許多全新體驗。例如最先進(jìn)的延展實(shí)境（XR）應用，由于該應用對于延遲性極為敏感，若無(wú)法達成超低延遲，XR裝置甚至無(wú)法運作。要打造沉浸式、極為真實(shí)的XR體驗，需要具備超高畫(huà)質(zhì)影音內容和極高的更新率，這需仰賴(lài)超高連網(wǎng)速度和帶寬才能實(shí)現。此外，需有極大的網(wǎng)絡(luò )容量，才能支持大量用戶(hù)同時(shí)使用這些應用。云端游戲、社群游戲與元宇宙等其他應用亦將考驗無(wú)線(xiàn)科技的極限，挑戰Wi-Fi 7能否充分發(fā)揮效能。

企業(yè)網(wǎng)絡(luò )方面，智能與價(jià)值正逐漸往邊緣發(fā)展。邊緣云端是企業(yè)數字轉型的基本元素。Wi-Fi是許多企業(yè)使用案例的最后一環(huán)—即使在壅塞、高流量情境中，Wi-Fi 7提供的低延遲與帶寬，對于許多關(guān)鍵業(yè)務(wù)應用至關(guān)重要。無(wú)庸置疑，Wi-Fi 7將迅速成為支持辦公室、娛樂(lè )場(chǎng)所與其他高流量使用案例的必要條件。

引領(lǐng)標準制定與技術(shù)發(fā)展

高通技術(shù)公司處于Wi-Fi技術(shù)演進(jìn)的最前端，推動(dòng)標準制定與技術(shù)發(fā)展，以滿(mǎn)足消費者、裝置、應用與服務(wù)不斷成長(cháng)的需求與期待。

長(cháng)久以來(lái)，我們不斷打造具開(kāi)創(chuàng )性的技術(shù)，協(xié)助IEEE與WFA等組織標準化這些技術(shù)。我們在幾乎每一個(gè)Wi-Fi技術(shù)重要的演進(jìn)階段都扮演關(guān)鍵角色。例如，我們協(xié)助將多重輸入多重輸出(MIMO)與多用戶(hù)多重輸入多重輸出(MU-MIMO)引進(jìn)802.11n與11ac，率先將正交分頻多重接?。∣FDMA）引進(jìn)Wi-Fi 6（當時(shí)稱(chēng)為11ax），以及其他許多技術(shù)的創(chuàng )新。我們正與IEEE和WFA全體成員密切合作， 使Wi-Fi 7技術(shù)更為完善。

(本文作者Andrew Davidson為高通資深工程總監)