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Wi-Fi 6到底6在哪里?

2021-03-01 邵乐峰 阅读:
随着世界各地的家庭和场所拥有大量的连接“物”,从婴儿监护仪到智能超高清(UHD)显示器,Wi-Fi标准的发展需要解决,以解决互连设备数量的爆炸式增长。IDC方面认为,目前Wi-Fi 6 正处于导入期与高速增长期,逐步替代处于成熟期的Wi-Fi 5 和已处于衰退期的Wi-Fi 4 产品的序幕已经从2020年开启。

Wi-Fi(IEEE 802.11)自20多年前问世以来一直在不断发展,以满足人们不断增长的对更高数据传输速率以及更多场所和室内覆盖范围的需求。最近推出的Wi-Fi 6和6E – Wi-Fi 6(E)–除了提高数据传输速率和覆盖范围,和5G互补实现全面的室内和室外连接,还着重于提高数据吞吐量,扩展通道容量和降低干扰,如图1所示。spKednc

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图1. Wi-Fi 6(E)和5G 结合可实现充分连接(图片来源:Soitec)spKednc

数据吞吐量根据传输的数据类型不同来实现差异化,数据速率考虑了所有数据,包括管理和控制数据。数据吞吐量仅指用户数据–有用的有效负载。Wi-Fi 6(E)优化了传输的数据包结构,因此与以前的Wi-Fi标准相比,它包含的有效负载百分比更高。spKednc

随着世界各地的家庭和场所拥有大量的连接“物”,从婴儿监护仪到智能超高清(UHD)显示器,Wi-Fi标准的发展需要解决,以解决互连设备数量的爆炸式增长。IDC方面认为,目前Wi-Fi 6 正处于导入期与高速增长期,逐步替代处于成熟期的Wi-Fi 5 和已处于衰退期的Wi-Fi 4 产品的序幕已经从2020年开启。spKednc

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图2. 2014-2023中国网络无线市场规模预测spKednc

由于市场潜力巨大,Wi-Fi 6(E)当然也成为了众多半导体芯片厂商追逐的热点,过去几年中,收购合并事件频频发生。NXP以17.6亿美元收购Marvell无线连接业务》《安森美将收购WiFi行业领导者Quantenna》《官宣:英飞凌收购赛普拉斯案完成审批!》《Wi-Fi 6芯片出货量预计爆涨六倍,谁先受益?》《WiFi 6即将到来!高通、联发科抢跑》等报道反映了这种趋势。spKednc

同时,在Wi-Fi 6技术标准应用推广步伐逐步加快的发展背景下,TP-Link、华为、小米、华硕、Netgear等多家路由器厂商推出支持Wi-Fi 6标准的路由器产品以迎合市场发展需求,而从产品的发展情况分析,现阶段的Wi-Fi 6相关路由器产品定价高,多采用4核芯片,主要面向游戏场景,无线速率均在3,000Mbps以上,其中,华硕GT-AX11000的速率可达11,000Mbps以上。伴随Wi-Fi 6路由器应用规模进一步扩大,相关产品价格将趋于下降。spKednc

要解决的,不单是“快”

Wi-Fi 6(E)实现了具有挑战性的家庭应用场景,例如游戏UHD虚拟现实(VR)流及其与大量其他连接设备的共存,例如越来越流行的具有语音识别功能的智能助手。在办公室和大型场所,Wi-Fi 6(E)通过可靠的网络连接提供无缝的体验,同时改善了移动的和分布式设备(如智能手机和笔记本电脑)的电池消耗–插入供电设备的功耗也得到了改善。spKednc

《10.8Gbps!“三频”Wi-Fi 6再度刷新无线传输速率新纪录》一文向我们展示了作为移动连接的新标杆,三频Wi-Fi 6是如何创造无线传输速率纪录的;而在《嘘!Wi-Fi 6的两项本领为争谁更实用吵起来了》一文中,您将对“2x2双频并发与160MHz频宽,谁更实用?”这个话题有更深度的了解。spKednc

但正如我们之前多次强调的那样,绝对的高速率并不是Wi-Fi 6(E)最关键的卖点,其关键点在于如何为所有的用户提供所有的数据,且质量都能满足他们对于服务的需求,所以这是关于总体网络容量的问题,而并非在Wi-Fi网络里某一个节点连到AP,能发送最快的速率是多少。spKednc

数据显示,到2023年,公共Wi-Fi热点的数量将增加四倍,达到近6.28亿个,其中11%将是Wi-Fi 6(E)。因此,无论是网络建设、终端设备、芯片研发,都应该围绕着网络容量的扩展和网络效率的角度来开展部署。spKednc

Wi-Fi 6成功的关键

空间复用和频率共存、高阶数据调制、上行(UL)/下行(DL)正交频分复用访问(OFDMA)、多用户–多输入多输出(MU-MIMO)、调度和目标唤醒时间(TWT)、BSS着色(BSS Coloring)、新的6GHz频谱等新技术的大量引入,是Wi-Fi 6成功的关键。spKednc

我们以MU-MIMO和OFDMA为例,来具体看看。spKednc

在Wi-Fi 6(E)中,热点(AP)决定哪些设备用于发送/接收,何时使用什么资源以及发送多少数据,这与先前Wi-Fi版本的分权式相反。如图2所示,这可以对于不同类型设备产生的各种大小的数据包更有效地利用频谱,OFDMA可按时间和频率分配用户数据包,而OFDM仅在时域上分配用户数据包。为了达到Gbps数据速率,Wi-Fi 6(E)可以将OFDMA与广带宽上的高阶数据调制相关联,这会导致信号波形非常复杂,从而使Wi-Fi射频前端(RFFE)的记录具有线性。spKednc

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图3. OFDM和OFDMA以及传统 Wi-Fi和 Wi-Fi6(E)对比(图片来源:Soitec)spKednc

MU-MIMO利用热点(AP)的多个射频前端和天线,允许多个用户设备同时通信。通过更有效地利用发送时间,独特调制的多个数据帧可以同时发送。其实MU-MIMO并非全新的技术,此前在Wi-Fi 5规范中就可以同时向4个终端共享下行的MU-MIMO数据包,但Wi-Fi 6现在上行和下行都可以支持MU-MIMO。也就是说,不仅是从AP向终端发送数据包的时候可以一个数据包同时面向多个终端节点发送,同时这几个终端节点也能够协调,同时向AP端、网络上行发送数据包。数据包同时到达AP,AP也能够解码、同时接收所有的数据包,因此效率就有所提高。《巧克力、Sex、红酒、Wi-Fi哪个更重要?超半数人竟然选择了它……(上)》《巧克力、Sex、红酒、Wi-Fi哪个更重要?超半数人竟然选择了它……(下)》两篇文章对此进行了详细介绍。spKednc

但在实际应用中,要想将Wi-Fi 6/6E的性能发挥到极致,单凭Wi-Fi本身的性能提升还不足够,《没有这种设计,再强的Wi-Fi性能也出不来》一文中就详细介绍了Wi-Fi 6/6E在智能家居中的典型应用。spKednc

除了连接,Wi-Fi能做什么?

虽然用户无法看到Wi-Fi信号,但实际上Wi-Fi信号会在家中不停的发生碰撞和反射,所以不同的人、宠物、物体在家中进行移动时,对环境扰动的射频信息都是不同的。从技术角度来看,我们完全可以通过射频环境的变化来感知和判断是谁在家中进行移动。spKednc

《认为Wi-Fi只能用来联网是件非常幼稚的事情》一文介绍了三个全新的Wi-Fi应用场景,也许会给我们带来新的灵感:spKednc

第一,动作侦测。在家庭安防的应用,无需通过摄像头或其他感应器进行监测,只要家中部署了网状网络Wi-Fi,就可以侦测到主人离开家之后是否突然有人闯入,并且通过动作侦测判断这是家人还是陌生人。spKednc

第二,位置跟随。家中的智能照明产品、音频设备、智能电视可以跟随用户位置的移动而改变操作的具体位置,比如在主人从一个房间走到另外一个房间、或者从客厅走到卧室的过程中,这些智能产品依然可以提供无缝的用户体验。spKednc

第三,远程监测。如果整个楼宇都部署了网状网络,在一些非常紧急的情况下,安防人员可以通过射频信号的侦测,远程掌控住户家中是否有人?一共有多少人在楼宇内?这些人分布在哪些位置?而无需进入到住户家中进行查看。spKednc

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图4:Wi-Fi带来的新兴应用(图片来源:高通)spKednc

在可预见的未来,得益于高速率、低时延、低功耗等性能优势,相比Wi-Fi 4、Wi-Fi 5等历代Wi-Fi技术标准,Wi-Fi 6的应用发展情况将很快从以手机、平板电脑、笔记本电脑等消费级电子终端为驱动的第一阶段,迈向以智能家居、智慧城市等物联网应用为驱动的第二阶段,并迅速向以虚拟现实、超高清视频应用等新一代高速率应用为驱动的第三阶段演进。spKednc

(责编:Demi)spKednc

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