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嘘!Wi-Fi 6的两项本领为争谁更实用吵起来了

时间:2020-03-24 作者:邵乐峰 阅读:
绝对的高速率并不是Wi-Fi 6最关键的点,围绕网络容量的扩展和网络效率的角度来开展部署才是关键。那么,Wi-Fi 6如何才能获得成功?是将其所有特性“一步到位”部署到位,还是分阶段实现?本文将为您一一解读。

不同于10年/20年前Wi-Fi与我们生活之间的关系,如今,更多移动终端的兴起以及智能家居的广泛应用,使得家庭成为高密度Wi-Fi使用场景;各种手游以及云服务催生了大量家庭网络需求,消费者希望享受到更高带宽、更低时延、更能完全保障大量家中智能终端的连接体验,全屋高质量的无缝Wi-Fi连接覆盖成为更多人的追求;在大型公众场所中,智能化建设当中高质量、高可靠的无线网络也成为了数万用户以及园区智能设备管理连接的重要桥梁。yq1EETC-电子工程专辑

从第三方的调研数据来看,2017-2022年间,全球移动数据流量将增加7倍。其中,视频占比将从目前的50%上升至80%,无线传输将占全部IP流量的70%,Wi-Fi将分流59%的移动数据。根据市场研究公司IDC预计,2019年第三季WLAN市场总体规模达到2.3亿美元规模,处于平稳上涨趋势。其中,Wi-Fi 6在2019年第三季开始从一些主流厂商陆续登场,首次登场的Wi-Fi 6产品在2019年第三季已达到470万美元的销售规模。IDC预计,2020年,Wi-Fi 6将在无线市场中大放异彩,仅中国市场规模就接近2亿美元。yq1EETC-电子工程专辑

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要解决的,不单是“快”

然而技术的应用和服务的类型是非常多元化的,既包括对高带宽、低时延要求比较苛刻的应用,比如4K视频;也包括对带宽要求并不高,但需要连接比较可靠稳定的应用,比如物联网应用;还包括一些其他类型的应用。在高密度使用场景下,现有Wi-Fi网络就会出现共享信道使用干扰问题,其有限的吞吐量也会给城市热点或园区覆盖带来盲点。yq1EETC-电子工程专辑

“因此,为改善Wi-Fi网络性能,我们进行了以下三点思考。”Qualcomm产品经理叶思崑在接受《电子工程专辑》采访时表示:第一,无论终端距离AP远近,都需要保证该终端具备较高的连接速率;第二,在芯片设计时,从底层解决多终端用户接入问题,保证多终端同时连接的情况下,高效完成各项Wi-Fi任务;第三,高性能的CPU以及硬件加解密能力,可以加快用户加入网络、连接和传输数据的速度。yq1EETC-电子工程专辑

在这样的背景下,Wi-Fi 6技术的出现就能够很好的解决上述问题。它在网络容量上,相比以前最高层级的Wi-Fi 5(802.11ac)技术还能再提高4倍;使用效率也能得到提高(包括多用户使用效率和带宽使用效率);另外,Wi-Fi 6技术也可以改善Wi-Fi网络覆盖和性能,不管对于AP近距离、中距离还是远距离,都可以有效提高Wi-Fi网络覆盖。yq1EETC-电子工程专辑

然而需要提醒大家的是,绝对的高速率并不是Wi-Fi 6最关键的点,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。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。yq1EETC-电子工程专辑

Wi-Fi 6成功的关键

8×8 MU-MIMO和OFDMA的引入,是Wi-Fi 6成功的关键。yq1EETC-电子工程专辑

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MU-MIMO并非全新的技术。此前在Wi-Fi 5中,网络协议能实现的功能就是Wi-Fi 5 Wave 2的AP可以同时向多个支持MU-MIMO的客户端发送数据包,当时支持的最大规格是4×4 MU-MIMO,即可以同时向4个终端共享下行的MU-MIMO数据包。但需要注意的是,Wi-Fi 5的规范里只有下行MU-MIMO功能。yq1EETC-电子工程专辑

现在的Wi-Fi 6有两个方面的提高:第一是上行和下行都可以支持MU-MIMO,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。yq1EETC-电子工程专辑

从4×4 MU-MIMO到8×8 MU-MIMO的提升,换句话说,就是以前每个数据包每次只能把4个终端组合在一起,现在可以把8个组合在一起。当然这并不是说MU-MIMO网络里只有4个或者8个终端,而是每一个帧(Frame)里面最多可以有4到8个终端,整个网络的容量达到上百个是没有问题的,这就明显提高了效率。yq1EETC-电子工程专辑

而在调制方式方面,Wi-Fi 6新增加的OFDMA调制方式能同时支持上行和下行。以前相当于在同一个帧里只有一个标准的数据包,传给客户端的时候不管帧的大小,从网络协议的角度来看,在信道发送方面额外的系统开销(overhead)都是一样的。而OFDMA是在蜂窝应用中已经普遍应用的技术,它主要的优势功能是把各种大小的数据包从调制的角度组合在一起,系统开销可以通过共享而降低,因而效率得到提高,这是一个很重要的演进。yq1EETC-电子工程专辑

另一方面,OFDMA的符号的长度也变长了,每一个调制信号的符号长度变成以前Wi-Fi 5的4倍。调制的长度越长,在多路径(Multipath)的情况下,AP端、客户端就能有更多的机会可以充分利用多路径,通过更宽的窗口把不同角度反射过来的信号组合在一起。这就使得在实际应用场景中,特别是远距离传输的时候,在多路径比较强的情况下,解码能力增强,接受的稳定性也更大了。另外,现在的调制可以支持1024QAM,之前最高只支持到256QAM,调制码的密度越大,承载的数据量也就越大,这比以前提高了2-3倍。yq1EETC-电子工程专辑

除了最为关键的8×8 MU-MIMO和OFDMA技术外,BSS着色(BSS Coloring)和目标唤醒时间(TWT)也是不可忽视的两项技术。前者可以通俗地解释为“我的地盘我做主”——针对相邻信道的网络设备,6位着色法使设备能够区分相互之间的关系,从而降低设备之间的相互干扰,增加每个设备自身的网络通信能力;后者可以使等待的终端进入休眠状态,进而节省移动终端的功耗,大大提高了终端的可使用时间。yq1EETC-电子工程专辑

“2x2双频并发”与160MHz频宽,谁更实用?

Wi-Fi 6标准有很多可选项,160MHz带宽是其中之一。但目前市面上5G智能手机,最大频宽支持都是80MHz,包括高通最新的旗舰芯片骁龙865,5GHz频段仅支持80MHz频宽。对此,Qualcomm产品市场总监胡鹏表示,对于160MHz频宽的支持,技术上不是难点,在目前没有马上支持主要出于以下几点考虑:yq1EETC-电子工程专辑

第一,在5GHz频段上,160MHz的信道非常少,中国只有1个,欧美有2个。对于中国,这1个信道可能还有一部分是跨越到动态频率选择(DFS)的信道。DFS是指城市中有很多天气雷达,这些雷达的频段也在5GHz。因此在使用DFS信道时,如果检测到雷达就要进行规避,而且信道有一段时间不能使用。在一个信道上,跨度太宽,对于双方都会造成很大的干扰。因此目前阶段,160MHz的可用性并非那么迫切。yq1EETC-电子工程专辑

第二,目前市面上支持160MHz的路由器相对较少。yq1EETC-电子工程专辑

“我们一起思考一下,目前Wi-Fi的问题是因为带宽不够用造成的,还是干扰较多或覆盖范围差等交互性问题造成的?基本都是后者的原因。”在胡鹏看来,尽管目前绝大部分用户使用的还是2.4GHz Wi-Fi,但在5GHz频段上,Wi-Fi 5的2x2 MIMO在80MHz频宽下就可以达到867M的吞吐量,实际有效吞吐量可以达到接近700M。如果可以将2.4GHz和5GHz这两个频段同时利用起来,同时兼顾2.4GHz的良好穿墙效果和5GHz干净的无线环境,目前来看比160MHz更加实用。yq1EETC-电子工程专辑

胡鹏解释说,2x2+2x2双频并发Wi-Fi技术是一项非常重要的特性,相当于把两个2x2 Wi-Fi集成在一起,虽然会有一定的硬件成本,但实用性非常高。考虑到目前市面上有很多支持双频Wi-Fi的路由器,即使不是Wi-Fi 6的路由器,用户仍然可以使用。而160MHz本身是很好的技术,拓宽了信道、提升了吞吐量,但Wi-Fi 6E才是160MHz发挥优势的阶段,因为有了6GHz频段这样更大的带宽支持,160MHz带宽的才可以更好地发挥作用。yq1EETC-电子工程专辑

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Wi-Fi 6E需要软硬件的重新设计

Wi-Fi 6E也是近期另外一个比较热门的话题,它是把Wi-Fi 6的协议从现在的双频2.4GHz、5GHz拓展至6GHz频段,E代表Extended。Wi-Fi 6E相比Wi-Fi 6来说主要是在原有的频段上加入了全新的6GHz频段(5925-7125 MHz,共1.2 GHz带宽)可以容纳更多的信道数量。今年2月,高通基于Wi-Fi 6E技术架构还进行了端到端的OTA演示。yq1EETC-电子工程专辑

胡鹏表示,目前来看,手机侧还需要有新的硬件更新。因为首先Wi-Fi 6E增加了对6GHz频段的支持,6GHz频段对射频等各方面的要求是完全不一样,不管是硬件设计还是其他外围设计都不一样。另外也是考虑到国情,中国目前还没有公布开放6GHz频段的政策。在政策公布之前,手机的射频前端设计是不一样的,如果在这时候推出Wi-Fi 6E,有一种可能是设置6GHz频段的打开或者关闭,当频段开放之后,就可以通过软件升级开放这一功能。目前由于Wi-Fi 6E还处于演示阶段,商业化要到后续才能实现,所以现有的产品简单通过软件升级是支持不了的。yq1EETC-电子工程专辑

叶思崑补充说,其实不论是路由器侧、网络侧还是手机侧,都会因为射频的不同而在设计上有本质的差异,包括滤波器、射频前端模组(FEM)等都会有设计上的差异,而不仅仅只是由主芯片决定的,所以针对Wi-Fi 6E是一个完整的解决方案。因此,Wi-Fi 6E增加了对新的频段的支持,在路由器侧也是需要硬件上的更新的。yq1EETC-电子工程专辑

此外,在5GHz频段有4个Band,在中国目前只能用Band 1、2、4,也会基于这些政策规范做出一些特殊的设计。同样的,在Wi-Fi 6E的6GHz频段开放的时候,也需要跟进中国最新制订的政策规范,路由器厂商也会根据它做一些硬件上的定制化工作。yq1EETC-电子工程专辑

端到端Wi-Fi 6解决方案

Networking Pro系列是Qualcomm面向路由端推出的Wi-Fi 6平台。根据叶思崑的介绍,作为第二代Wi-Fi 6解决方案,Networking Pro系列目前最高支持12路空间数据流的Wi-Fi 6连接,每个接入点最多支持连接业界最高的1500个用户,可并发处理37个OFDMA的用户,以及同时处理8路MU-MIMO数据流。yq1EETC-电子工程专辑

“以上特性不仅仅需要硬件来实现,还需要先进的调度算法来使数据管理更加高效”他说,为了满足智能家居应用场景的需求,高通还同时在Networking Pro系列中嵌入了IoT连接模块,可以同时支持蓝牙和ZigBee连接、音视频和语音功能。此外,除了通过单台路由器来扩展Wi-Fi覆盖以外,基于Qualcomm Wi-Fi SON(自组织网络)技术,Networking Pro系列同样能够满足用户对网络质量和全屋覆盖的更高需求。yq1EETC-电子工程专辑

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Wi-Fi SON是Qualcomm几年前针对家庭互联网络需要提出的概念,旨在解决智能家居发展过程中遇到的连接、感知、交互和安全这四大痛点。高通此前针对中国消费者的一项调查显示,接近60%的用户都对家中的路由器感到不满,以下三点尤其突出:一是Wi-Fi覆盖问题,54%的受访者认为随着居住面积的扩大,很多房间都无法连接Wi-Fi;二是接近60%的用户反映在高峰时间网络连接性较差,即网络拥挤和网络互相干扰问题严重;三是38%的用户认为极难甚至无法增加新终端,路由器的用户使用界面和终端接入难度较大,用户体验不好。yq1EETC-电子工程专辑

相较之前用户买一台Wi-Fi网关的传统方式,Wi-Fi SON网状网络是指在家中摆放一套三件装、四件装,甚至六件装的多台Wi-Fi组网设备。当其中一台连接到上行网络后,其他几台就会自动组成一个互联网络,家中的终端也会根据信号强度和环境干扰状况,就近连接到一个特定的网络节点上。yq1EETC-电子工程专辑

再例如,按照传统方式在家中接入一个路由器,路由器若损坏,家中的网络基本瘫痪,无法与终端进行Wi-Fi连接。而具有多个节点的网状网络解决方案,如果某一个节点出现故障,使用数据流将会自动连接到其他节点,甚至是终端的连接也可以通过其他的网络节点来实现,网络的鲁棒性、抗干扰和抗破坏的能力更胜一筹。yq1EETC-电子工程专辑

FastConnect子系统则是Qualcomm面向移动端推出的SoC平台,FastConnect 6800是其最新产品,支持Wi-Fi 6和蓝牙5.1,包括上下行正交频分多址(UL/DL OFDMA)、上下行多用户并行的多进多出(UL/DL MU-MIMO)、2.4GHz/5GHz 1024-QAM调制方式、8路数据流探测(8-stream Sounding)、目标唤醒时间(TWT)和WPA3协议。yq1EETC-电子工程专辑

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“支持2x2+2x2双频并发是我们与市场上其他解决方案相比最具差异化的技术特性之一。”胡鹏解释说,之前大部分双频手机Wi-Fi都不支持基于实时双频并发(1x1+1x1)的双Wi-Fi功能,直到去年八/九月之后,国内的头部OEM厂商比如OPPO、vivo和小米才开始有部分手机推出了基于FastConnect 6200的实时双频Wi-Fi(1x1+1x1)特性。yq1EETC-电子工程专辑

而6800则在此基础上更进一步,2x2+2x2双频并发可使搭载该方案的智能手机可以同时接入AP的两个频段2.4GHz和5GHz,并且在每个频段上支持两路数据流进行传输(即2x2@2.4GHz+2x2@5GHz),为用户带来更高的数据速率。通过2x2+2x2双频并发技术再结合1024QAM高阶调制,单一终端峰值速率可被提升至近1.8Gbps。yq1EETC-电子工程专辑

此外,支持2x2+2x2双频并发特性的智能手机,还可同时接入一个AP(支持2.4G和5G运行的双频AP)或者两个不同AP(分别支持两个频段工作的AP),甚至两类不同设备,大幅提高了与路由器进行配置的灵活性。yq1EETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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