重新定義 Wi-Fi 功能,Wi-Fi 6 為什麽要分兩步?

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圖片來源:Lucian Novosel on Unsplash

Wi-Fi 6 重新定義 Wi-Fi,先是雙頻並發,然後才是 6GHz 下的 160MHz。

Wi-Fi 是什麽?它是一個基於 IEEE 802.11 標準的無線局域網技術。如今,Wi-Fi 已經覆蓋了絕大部分的室內場景,你的手機、電腦、智能音箱都已經離不開 Wi-Fi。

但是,大部分人應該對現在的 Wi-Fi 使用體驗並不滿意。有時候,Wi-Fi 信號滿格卻上不了網。有時候,你又疑惑為什麽 100 兆頻寬的光纖網路卻慢如蝸牛。還有的時候,Wi-Fi 在追劇或者遊戲的時候,突然就斷了!

如果,Wi-Fi 體驗可以提升,你一定會毫不猶豫地擁抱這項新技術。Wi-Fi 6 就是能夠重新定義 Wi-Fi 功能,現在最值得期待的技術之一。這項正在普及的最新 Wi-Fi 技術將分兩步來給你不一樣的 Wi-Fi 體驗。

重新定義 Wi-Fi 功能,Wi-Fi 6 為什麽要分兩步?

為什麽需要 Wi-Fi 6?

Wi-Fi 連接速率和穩定性的問題你一定遇到過,因為這些問題在一定程度上就難以回避。回顧一下,20 多年前有第一代 Wi-Fi 標準的時候,也就是移動通信的 2G 向 3G 演進的時期,無論是在家裡還是在公共場所,Wi-Fi 只需要為少量的設備提供連接服務,Wi-Fi 也不被人熟知。

到了 2010 年左右,4G 時代來臨,智慧手機和平板電腦也開始普及,Wi-Fi 變得眾人皆知,每個人也擁有了一到兩個 Wi-Fi 設備。(當人工智慧無所不在,哪些產業最有AI相?

如今,智慧設備大爆發,一個人可能就有十幾甚至幾十個 Wi-Fi 智慧設備。並且,隨著影片以及直播的興起,給 Wi-Fi 網路增加了許多壓力。有統計數據顯示,2017 年到 2022 年,全球移動數據流量預計將增加 7 倍,相當於每年增加一倍以上。在這些數據流量中,目前影片數據流量約占比 50%,但到 2022 年時這一比例將會增加至 80%。

另有數據指出,到 2022 年,70% 的 IP 數據流量將會通過無線的方式傳輸,在這些無線數據傳輸中,使用 Wi-Fi 傳輸的比例將達到 59%。

圖片來源:高通

重新定義 Wi-Fi 功能,Wi-Fi 6 為什麽要分兩步?

因此,即便 Wi-Fi 標準持續演進去適應智慧設備的快速增長,但還是沒有達到讓人滿意的效果。歷經 3 個版本的標準,Wi-Fi 聯盟在 2018 年底推出了最新一代 Wi-Fi 技術 802.11ax。並且,為了方便大家理解和分辨 Wi-Fi 技術,Wi-Fi 聯盟把最新 802.11ax 命名為 Wi-Fi 6,此前的 802.11ac、802.11n、802.11a/g 也對應改名為 Wi-Fi 5、Wi-Fi 4 、Wi-Fi 3。

新推出的 Wi-Fi 6 需要解決 3 個核心問題:

  • 第一,無論 Wi-Fi 終端離路由器是遠還是近,都需要保持高速的網路連接;
  • 第二,保證多終端同時且穩定連接;
  • 第三,提升 Wi-Fi 接入的速度,並且高效且安全地傳輸數據。

如何重新定義 Wi-Fi 功能?

要解決上述幾個核心問題,就需要 Wi-Fi 6 標準中種的新技術,比如,MU-MIMO、OFDMA、TWT、WPA3 是業界都會支持的技術。

MU-MIMO 是從蜂窩通訊技術引入到 Wi-Fi 技術中的一個技術,這項技術可以在同一時刻將完整頻段內的資源同時共享給多個設備(用戶)使用,使得每個設備都有得到高優先級服務的待遇。從而增強支持多用戶並發的能力並提升網路頻譜的利用率和網路吞吐量,同時為每單個用戶帶來速率和時延方面的改善。解釋的通俗易懂一些,比如要讓你一個人用一雙手去處理多項任務的時候,你一定忙不過來,採用 MU-MIMO 技術就像給你增加了很多手,可以應付更多的任務。(5G 與 Edge AI 時代下的企業新寵兒 — 專業服務機器人來了!

OFDMA 技術則可以將 Wi-Fi 數據傳輸通道頻寬劃分為多個子通道,用來同時承載多個用戶數據,而不是讓單個用戶數據占用整個通道。由此提升通道資源利用率,支持多用戶數據並發,從而降低用戶間的資源競爭和服務等待時間。同樣用個比喻來解釋,你有一輛可以運貨的貨車,但不管運送整車還是半車貨物,即便有多種貨物待運,每次也只能運輸一種,用了 OFDMA 技術後,貨車一次就可以運多種貨物,大大提升了效率。這種技術在用戶密集,比如體育賽事和演唱會現場優勢非常突出。

TWT(Target Wake Time,目標喚醒時間)就十分容易理解了,這個技術可以使等待連接的終端進入休眠狀態,節省功耗,增加終端的使用時間。

WPA3 是一個安全協議,其中包含了大量的安全加密性能的提升,保證 Wi-Fi 連接的安全性和隱私性。

也就是說,MU-MIMO、OFDMA 共同提升了 Wi-Fi 6 連接的速率和可以連接的設備數量,TWT 有利於降低 Wi-Fi 6 的連接功耗,WPA3 保證連接的安全性。

圖片來源:高通

但是,這些關鍵技術還可以進一步優化,最終體現出功能和性能的差別。

這一市場的重要玩家高通就對這些技術有其獨到之處。數據的傳輸分為上傳和下載,MU-MIMO 同樣分為上行和下行,高通在 Wi-Fi 5 時就在下行中引入了 MU-MIMO,使其在 2016 年的時候實現了 Wi-Fi 5 效率 2-3 倍的性能提升。到了 Wi-Fi 6 的時候,高通可以提供上行 MU-MIMO,能夠同時支持上行和下行的 MU-MIMO,達到 8×8 數據流的業界最高標準。

在 OFDMA 技術方面,高通的 Wi-Fi 6 解決方案能夠同時處理 37 個用戶的並發數據。

除此之外,高通還支持一些 Wi-Fi 6 標準裡的可選標準。比如 BSS Coloring(BSS 著色技術),這個技術是針對相鄰通道的網路設備,用 6 位著色法使設備能夠區分相互之間的關係,降低設備之間的相互干擾,通俗的解釋就是「我的地盤我做主」。(人資長的幫手:AI 面試官!不帶偏見更客觀,錄取率提升了 4 成

還有調變方式上,高通的 Wi-Fi 6 解決方同時在 2.4GHz 和 5GHz 兩個頻段同時支持 1024QAM,相對於市面上大部分廠商只是升級了 5GHz 頻段的調變方式而 2.4GHz 還是保持在 256-QAM 甚至 64-QAM,高通將兩個頻段都支持到了最高調變方式,能夠在乾凈環境近距離時的最大吞吐量可以提升約 25%。

這種兩個頻段都採用最高調變方式,再結合 MU-MIMO,高通在手機側的 FastConnect 6800 解決方案,帶來吞吐量的極大提升,物理吞吐量最高可以可以達到 1.8 Gbps,實際吞吐量能達到 1.3-1.4Gbps。另外,在 2.4GHz 可以默認支持 40MHz 頻寬。還能讓兩個連結同時工作,帶來更低時延的網路效果。此外,由於能夠兼顧 2.4GHz 和 5GHz 這兩個網路頻段,覆蓋範圍更大。

在 AP/ 網路側,高通提供的是 Qualcomm Networking Pro 產品組合,包含四條產品線。全系列晶片組採用 4 核 Arm Cortex-A53 CPU,最高主頻可達 2.2GHz,同時具備兩個網路加速器,硬體可以加速更多數據流。最高端的 Qualcomm Networking Pro 1200 支持 12 路空間數據流,每個接入點最多支持連接業界最高的 1500 個用戶。另外,可以並發處理 37 個 OFDMA 的用戶,以及同時處理 8 路 MU-MIMO 數據流。

也就是說,終端側的 FastConnect 配合網路側的 Qualcomm Networking Pro,高通能夠最大化 Wi-Fi 6 的性能和體驗。

但是,要重新定義 Wi-Fi 6,還需要分兩步。

圖片來源:高通

雙頻 Wi-Fi 是當務之急

去年,高通和聯發科都已經提出了用雙頻 Wi-Fi 的方式來提升 Wi-Fi 連接的速率以及穩定性,由此提升Wi-Fi 的使用體驗。所謂雙頻,就是同時連接雙頻 Wi-Fi 路由器的 2.4GHz 頻段和 5GHz 頻段,2.4GHz 頻段覆蓋能力更強但速率較低,且容易受到其他工作於這一頻段的電子設備的干擾(比如微波爐),5GHz 覆蓋範圍更小,但速率更高。

現實是,雙頻 Wi-Fi 路由器已經很普及,但是手機如何在兩個頻段之間切換困擾著業界。這是因為,路由器由於不了解終端的狀態,很難判斷合適切換。同樣,終端由於使用場景複雜,也很難判斷。並且,同時頻段之間也不一定能夠迅速地頻繁切換。

高通手機側的雙頻並發用了一個簡單有效的方法,2.4GHz 和 5GHz 頻段都分別有一套獨立的基頻和射頻,兩個 Wi-Fi 同時工作,而且是工作在 2×2 的模式(即 2×2@2.4GHz+2×2@5GHz)。這樣,相比傳統的雙頻 Wi-Fi 只有一套基頻,一套 MAC 控制兩個頻段的做法,就省去了頻段切換的問題。

圖片來源:高通

但這會帶來功耗的問題,因此手機廠商就要基於功耗、應用場景等考慮,透過軟體實現智能控制,兼顧更高性能和更低功耗。

當然,手機側 Wi-Fi 6 的實現還需要 AP/ 網路側的配合,路由器在功耗上沒有太大限制,可以持續同時提供 5GHz 和 2.4GHz 的連接,並且配合手機做切換。據了解,高通是通過使用 802.11k 和 802.11v 技術讓整個切換變得更加無縫。至於何時切換,不僅要是考慮訊號的強弱,還要考慮 5GHz 通道和 2.4GHz 通道流量等情況,所以路由器側也需要通過軟體做更精細的補充,再結合雙頻並發的技術,實現全場景更好的切換。

高通之前推出的 FastConnect 6200 就已經支持實時雙頻 Wi-Fi,在高通提供的底層硬體的支持下,配合手機廠商框架、算法和應用的優化,此前 OPPO、VIVO、小米已經相繼推出支持雙 Wi-Fi 的手機。如今,隨著驍龍 865 以及 FastConnect 6800 的推出,大約 70 款搭載驍龍 865 移動平台的終端,同時也採用了 Qualcomm FastConnect6800 Wi-Fi 6 解決方案的手機將陸續推出。

所以,要用 Wi-Fi 6 去重新定義 Wi-Fi 性能,雙頻並發 Wi-Fi 現在看來更加實用且效果立竿見影。

下一步,Wi-Fi 6E 下的 160MHz

與 5G 類似,為了進一步提升網路速度,Wi-Fi 6 聯盟也考慮讓 Wi-Fi 運行在更高頻段。今年初,Wi-Fi 聯盟首席執行長兼總裁 Edgar Figueroa 表示,Wi-Fi 聯盟現在推出 Wi-Fi 6E 標準,以確保行業統一通用術語,該標準允許 Wi-Fi 設備在頻譜可用時支持 6GHz 頻段。(4G 改變生活、5G 改變社會!5G 落地應用的 5 種場景

引入 6GHz 頻段的目的是提供比 5GHz 頻段更寬的通道和尺寸,並且在受到傳統 Wi-Fi 4 或 Wi-Fi 5 設備干擾的情況下獲得清晰的頻譜。高通迅速跟進了這一標準,今年 2 月的時候,高通已經通過 FastConnect 移動連接子系統和 Networking Pro 系列組合,在 6GHz 頻段進行了里程碑意義的 Wi-Fi 6E OTA 演示。

圖片來源:高通

由於 6GHz 頻段可以提供更大的頻寬,因此透過支持大量的 160 MHz 通道和先進的調變技術,最新 FastConnect 6800 子系統能夠提供全新水平的 Wi-Fi 速率(接近 1.8Gbps)、可靠性和響應性。

但是請注意,距離使用 6GHz 的 Wi-Fi 6E 終端和 AP 商用都還有一段時間。其中一個重要的原因是頻段開放的問題。高通產品經理葉思崑介紹,5GHz 有 4 個頻段,在中國目前只能用 1、2、4 頻段,晶片公司需要基於政策規範做出一些特殊的設計。目前,中國還沒有開放 6GHz 頻段,等到開放的時候,半導體公司也需要根據國家相關的政策規範,在路由器和終端做一些軟硬體的定制化工作。

這時候,一定會有人想到,在 5GHz 用 160MHz 的通道不就可以嗎?事情沒有這麽簡單,高通產品市場總監接受媒體採訪時表示,Wi-Fi 6 晶片支持 160MHz 技術上並不是難點。但我們考慮到,在 5GHz 頻段上,160MHz 的信道非常少,中國只有 1 個,歐美有 2 個,並且中國的這 1 個 160MHz 信道還有一部分是跨越到動態頻率選擇(DFS)的信道。因此目前階段,160MHz 的可用性並不是那麽迫切。

還有,目前 Wi-Fi 問題主要是幹擾較多、覆蓋範圍差和交互等造成的,頻寬不是主要問題。並且,市面上支持 160MHz 的路由器相對較少。因此高通認為目前雙頻並發的 Wi-Fi 更能解決用戶痛點,對 Wi-Fi 6E 標準也會積極跟進。

小結

高通在 Wi-FI 領域的投入已經有超過 10 年的時間,透過自主研發以及一系列併購,高通在 Wi-Fi 細分市場已經取得了不錯的成績,ABI Research 的數據顯示,2017 年每個季度,高通在全球 Wi-Fi 市占上都位居第一或第二。ABI Research 預計,到 2023 年高通的 Wi-Fi 6 解決方案將占據 Wi-Fi 晶片組出貨量的三分之一。

需要看到,幫助高通 Wi-Fi 6 解決方案獲得高市占的,除了其終端以及網路側具有競爭力的 Wi-Fi 6 解決方案外,與其它通訊技術的組合更能增加高通的競爭力。比如,FastConnect 整合了藍牙,能夠滿足更多地智能設備的需求。另外,FastConnect 配合高通驍龍 5G 調變解調器,能夠實現網路連接從戶外到戶內的無縫體驗。

同時掌握並迅速跟進 5G+Wi-Fi 6 技術,無疑是高通在大數據時代的競爭力所在。

文:包永剛

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