「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(mǎn)足人們不斷增長(cháng)的對更高數據傳輸速率以及更多場(chǎng)所和室內覆蓋范圍的需求。最近推出的Wi-Fi 6和6E – Wi-Fi 6(E)–除了提高數據傳輸速率和覆蓋范圍，和5G互補實(shí)現全面的室內和室外連接，還著(zhù)重于提高數據吞吐量，擴展通道容量和降低干擾，如圖1所示。

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

數據吞吐量根據傳輸的數據類(lèi)型不同來(lái)實(shí)現差異化，數據速率考慮了所有數據，包括管理和控制數據。數據吞吐量?jì)H指用戶(hù)數據–有用的有效負載。Wi-Fi 6(E)優(yōu)化了傳輸的數據包結構，因此與以前的Wi-Fi標準相比，它包含的有效負載百分比更高。

隨著(zhù)世界各地的家庭和場(chǎng)所擁有大量的連接“物”，從嬰兒監護儀到智能超高清(UHD)顯示器，Wi-Fi標準的發(fā)展需要解決，以解決互連設備數量的爆炸式增長(cháng)。IDC方面認為，目前Wi-Fi 6 正處于導入期與高速增長(cháng)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中國網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)規模預測

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

同時(shí)，在Wi-Fi 6技術(shù)標準應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(chǎng)商推出支持Wi-Fi 6標準的路由器產(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(xiàn)速率均在3,000Mbps以上，其中，華碩GT-AX11000的速率可達11,000Mbps以上。伴隨Wi-Fi 6路由器應用規模進(jìn)一步擴大，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)現了具有挑戰性的家庭應用場(chǎng)景，例如游戲UHD虛擬現實(shí)(VR)流及其與大量其他連接設備的共存，例如越來(lái)越流行的具有語(yǔ)音識別功能的智能助手。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，同時(shí)改善了移動(dòng)的和分布式設備(如智能手機和筆記本電腦)的電池消耗–插入供電設備的功耗也得到了改善。

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

但正如我們之前多次強調的那樣，絕對的高速率并不是Wi-Fi 6(E)最關(guān)鍵的賣(mài)點(diǎn)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于如何為所有的用戶(hù)提供所有的數據，且質(zhì)量都能滿(mǎn)足他們對于服務(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)節點(diǎn)連到AP，能發(fā)送最快的速率是多少。

數據顯示，到2023年，公共Wi-Fi熱點(diǎn)的數量將增加四倍，達到近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、終端設備、芯片研發(fā)，都應該圍繞著(zhù)網(wǎng)絡(luò )容量的擴展和網(wǎng)絡(luò )效率的角度來(lái)開(kāi)展部署。

Wi-Fi 6成功的關(guān)鍵

空間復用和頻率共存、高階數據調制、上行(UL)/下行(DL)正交頻分復用訪(fǎng)問(wèn)(OFDMA)、多用戶(hù)–多輸入多輸出(MU-MIMO)、調度和目標喚醒時(shí)間(TWT)、BSS著(zhù)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)送多少數據，這與先前Wi-Fi版本的分權式相反。如圖2所示，這可以對于不同類(lèi)型設備產(chǎn)生的各種大小的數據包更有效地利用頻譜，OFDMA可按時(shí)間和頻率分配用戶(hù)數據包，而OFDM僅在時(shí)域上分配用戶(hù)數據包。為了達到Gbps數據速率，Wi-Fi 6(E)可以將OFDMA與廣帶寬上的高階數據調制相關(guān)聯(lián)，這會(huì )導致信號波形非常復雜，從而使Wi-Fi射頻前端(RFFE)的記錄具有線(xiàn)性。

圖3. OFDM和OFDMA以及傳統 Wi-Fi和 Wi-Fi6(E)對比(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(xiàn)，允許多個(gè)用戶(hù)設備同時(shí)通信。通過(guò)更有效地利用發(fā)送時(shí)間，獨特調制的多個(gè)數據幀可以同時(shí)發(fā)送。其實(shí)MU-MIMO并非全新的技術(shù)，此前在Wi-Fi 5規范中就可以同時(shí)向4個(gè)終端共享下行的MU-MIMO數據包，但Wi-Fi 6現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)送數據包的時(shí)候可以一個(gè)數據包同時(shí)面向多個(gè)終端節點(diǎn)發(fā)送，同時(shí)這幾個(gè)終端節點(diǎn)也能夠協(xié)調，同時(shí)向AP端、網(wǎng)絡(luò )上行發(fā)送數據包。數據包同時(shí)到達AP，AP也能夠解碼、同時(shí)接收所有的數據包，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?超半數人竟然選擇了它……(下)》兩篇文章對此進(jìn)行了詳細介紹。

但在實(shí)際應用中，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)有這種設計，再強的Wi-Fi性能也出不來(lái)》一文中就詳細介紹了Wi-Fi 6/6E在智能家居中的典型應用。

除了連接，Wi-Fi能做什么?

雖然用戶(hù)無(wú)法看到Wi-Fi信號，但實(shí)際上Wi-Fi信號會(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。在家庭安防的應用，無(wú)需通過(guò)攝像頭或其他感應器進(jìn)行監測，只要家中部署了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )Wi-Fi，就可以偵測到主人離開(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、音頻設備、智能電視可以跟隨用戶(hù)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(hù)體驗。

第三，遠程監測。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)射頻信號的偵測，遠程掌控住戶(hù)家中是否有人?一共有多少人在樓宇內?這些人分布在哪些位置?而無(wú)需進(jìn)入到住戶(hù)家中進(jìn)行查看。

圖4：Wi-Fi帶來(lái)的新興應用(圖片來(lái)源：高通)

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