Wi-Fi作為最常用的一項(xiàng)互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)，與我們每個(gè)人的生活息息相關(guān)。

尤其是過(guò)去兩年，因?yàn)橐咔榈脑?，越?lái)越多的社會(huì)活動(dòng)都從線下轉(zhuǎn)到了線上，Wi-Fi在其中發(fā)揮了巨大的作用，顯著減少了疫情對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響。

根據(jù)思科網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)（如圖1），2021年，全球50%的互聯(lián)網(wǎng)流量來(lái)自Wi-Fi。

圖 1 2021全球數(shù)據(jù)流量的接入技術(shù)占比（數(shù)據(jù)來(lái)源于思科網(wǎng)絡(luò)）

在過(guò)去的20多年，Wi-Fi靠著僅有的2.4GHz和5GHz兩個(gè)頻段（共600多MHz頻譜），承載著不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求。

在前一期的文章中（鏈接），我們講述了Wi-Fi 6中的一些新技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)，可以幫助緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞這一問(wèn)題。

然而，即使無(wú)線工程師們能用眾多的黑科技來(lái)擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)容量，近年來(lái)，無(wú)線設(shè)備數(shù)量的極速增長(zhǎng)，以及應(yīng)用程序帶來(lái)的越來(lái)越高的速率需求，最終導(dǎo)致頻譜成為網(wǎng)絡(luò)容量的瓶頸。

目前，Wi-Fi使用的2.4GHz和5GHz兩個(gè)頻段已經(jīng)非常擁擠。反映在用戶體驗(yàn)上，就是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的增加，用戶速率的下降，Wi-Fi路由器之間的干擾變得越來(lái)越頻繁。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，在Wi-Fi 6推出不久，Wi-Fi行業(yè)又積極推動(dòng)了Wi-Fi 6E的發(fā)展。Wi-Fi 6E沿用了目前Wi-Fi 6的核心技術(shù)，通過(guò)將Wi-Fi 6的工作頻段延伸到6GHz （5925-7125MHz），以此來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。

如圖 2所示，新增的1200MHz，讓W(xué)i-Fi的頻譜資源比過(guò)去增加了2倍。

圖 2 Wi-Fi頻段發(fā)展歷史

6GHz的頻譜，對(duì)于Wi-Fi來(lái)說(shuō)，可以讓性能發(fā)生質(zhì)的飛躍。從圖 3中我們可以看到， 6GHz讓W(xué)i-Fi信道數(shù)量擴(kuò)充了2倍。

圖 3 2.4，5和6GHz Wi-Fi的頻道數(shù)量

以目前最常使用的40MHz信道來(lái)說(shuō)，5GHz可以提供4個(gè)普通信道和8個(gè)DFS信道。（注：DFS信道的作用是保護(hù)雷達(dá)使用的頻率不受到干擾，當(dāng)Wi-Fi設(shè)備檢測(cè)到有雷達(dá)在使用該頻段時(shí)，Wi-Fi會(huì)自動(dòng)避開該信道）。

而在6GHz上，有多達(dá)29個(gè)不受DFS限制的40MHz信道，可供Wi-Fi設(shè)備選擇。

為什么需要這么多頻道?

回答這個(gè)問(wèn)題，需要將網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)整體看待。

從手機(jī)、電腦到無(wú)線路由和后續(xù)的光纖網(wǎng)絡(luò)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)瓶頸，都無(wú)法提升網(wǎng)絡(luò)的性能。過(guò)去在十兆到百兆光纖的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)速率的瓶頸往往是在光纖網(wǎng)絡(luò)本身。僅僅增加Wi-Fi的速率，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的整體性能來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有太大的意義。

如今，隨著國(guó)家雙千兆基建項(xiàng)目的推進(jìn)，越來(lái)越多的家庭可以用到上千兆速率的光網(wǎng)絡(luò)，而企業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)的速率更是可以達(dá)到10Gb。

光纖技術(shù)還在不斷的更新，50Gbps以上的光纖技術(shù)早在2018年就出現(xiàn)在國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)的發(fā)展藍(lán)圖下了，預(yù)計(jì)不用多久就會(huì)出現(xiàn)商用產(chǎn)品。

圖 4 ITU光纖技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖

過(guò)去，Wi-Fi設(shè)備主要采用20MHz和40MHz兩種帶寬。我們的手機(jī)、Pad，通常也配有兩根Wi-Fi天線，來(lái)支持MIMO。

以圖 5中Aruba網(wǎng)絡(luò)給出數(shù)據(jù)速率計(jì)算表來(lái)看，采用2路 MIMO，64QAM調(diào)制的Wi-Fi設(shè)備在40MHz的帶寬下，理論最大速率只能達(dá)到344Mbps左右。(注：更高階的調(diào)制需要極好的無(wú)線信道信噪比，在日常的生活使用中很難滿足這一條件)

圖 5 Wi-Fi 6下單通道理論最大數(shù)據(jù)速率

在用戶已經(jīng)擁有千兆光纖的情況下，這樣的Wi-Fi性能就成為了網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸。這時(shí)，提升Wi-Fi的速率就變得有意義。

通過(guò)將帶寬增加到80MHz后，最大速率可以超過(guò)700Mbps，而160MHz帶寬更是能充分滿足千兆光纖的需求。

從對(duì)用戶的路由器使用分析，也能驗(yàn)證帶寬增加這一趨勢(shì)。根據(jù)思科和Aruba對(duì)其用戶的分析，目前80MHz帶寬，逐漸成為家庭和企業(yè)在配置Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)時(shí)的默認(rèn)選項(xiàng)。

寫到這里，你可能會(huì)有疑問(wèn)，上一期的文章中不是提到，OFDMA、高階調(diào)制和更多的MIMO等技術(shù)可以提升速率和網(wǎng)絡(luò)容量嗎?為什么還需要增加信道資源?

其實(shí)原因很簡(jiǎn)單，天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐。

MIMO雖然可以提供多通道來(lái)增加數(shù)據(jù)速率，但代價(jià)一是增加的通道需要相應(yīng)的收發(fā)機(jī)通道，這就增加了Wi-Fi設(shè)備功耗。

第二，引入高階調(diào)制和更多通道MIMO，意味著射頻接收機(jī)對(duì)于無(wú)線信道的信噪比要求更高，這就減小了小區(qū)覆蓋范圍和設(shè)備的抗干擾程度。

而OFDMA的根本，是在于如何把蛋糕更有效的分配給用戶，并不能把蛋糕做大。因此，增加容量最為直接有效的方式，莫過(guò)于加寬帶寬，增加頻譜資源。

你可能還有疑問(wèn)，現(xiàn)在5GHz上的Wi-Fi 6不是也可以支持80和160MHz帶寬嗎?為什么需要Wi-Fi 6E?

回答這一個(gè)問(wèn)題，就需要從網(wǎng)絡(luò)多路由器部署的角度來(lái)討論了。

目前業(yè)界對(duì)于密集型Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)部署的黃金準(zhǔn)則為7頻道重用方案。這個(gè)方案是平衡頻譜使用效率和小區(qū)間干擾的一個(gè)最佳優(yōu)化點(diǎn)。

所謂7頻道重用方案，是指在一個(gè)無(wú)線路由周圍的6個(gè)相鄰路由，均使用不同的Wi-Fi頻道。

以圖 6中一層辦公空間的Wi-Fi部署為例。

圖 6 7頻道Wi-Fi小區(qū)部署方案

采用7頻道重用方案的網(wǎng)絡(luò)，同頻率的Wi-Fi小區(qū)可以做到彼此之間相隔兩個(gè)不同頻的小區(qū)。由于距離較遠(yuǎn)，小區(qū)間的同頻干擾風(fēng)險(xiǎn)很小。

在過(guò)去，使用40MHz信道的基礎(chǔ)上，這種部署對(duì)于頻譜來(lái)說(shuō)毫無(wú)壓力。

然而，當(dāng)用戶把頻道升級(jí)到了80MHz帶寬時(shí)，目前的5GHz頻譜就不夠用了。

這時(shí)，Wi-Fi 6E就派上了用場(chǎng)。

從上面的信道圖中，我們可以看到，6GHz有多達(dá)14個(gè)80MHz的信道，可以充分滿足要求。即使未來(lái)，用戶升級(jí)到了160MHz帶寬，6GHz仍然可以提供7個(gè)信道來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)部署。

Wi-Fi 6E目前全球的發(fā)展情況

Wi-Fi 6E的設(shè)備普遍支持整個(gè)6GHz，但在具體的可使用頻率范圍上，設(shè)備廠商需要滿足各國(guó)的頻段要求。

國(guó)際上對(duì)于6GHz Wi-Fi的頻譜分配主要是有兩種方向，第一種是以ITU Region 2(美洲)為主的一步到位式，即將整個(gè)1.2GHz頻譜(5925-7125MHz)都開放給Wi-Fi使用。

第二種采用的是循序漸進(jìn)的方式，先開放低6GHz頻段(5925-6425MHz)的500MHz供Wi-Fi使用，而在高6GHz

(6425-7125MHz)的規(guī)劃上繼續(xù)持研究觀望態(tài)度。

持這種策略的地區(qū)主要是歐盟，澳大利亞，日本等國(guó)家。

這其中一個(gè)主要原因，是WRC-23 議程1.2中的一個(gè)重要議題對(duì)這些國(guó)家和地區(qū)的頻譜劃分有著影響。

在這個(gè)議題中，6425-7125MHz頻段在某些地區(qū)有可能被識(shí)別為移動(dòng)通信頻段，供未來(lái)的5G甚至6G使用，我國(guó)也是這個(gè)議題的積極支持者之一。

從2021年開始，已經(jīng)有大量支持Wi-Fi 6E的終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，目前整個(gè)Wi-Fi 6E的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展勢(shì)頭很好，預(yù)計(jì)今年還會(huì)有更多的主流設(shè)備開始支持Wi-Fi 6E。

圖 8 Wi-Fi 6E生態(tài)圈

中國(guó)會(huì)批準(zhǔn)Wi-Fi 6E的使用嗎?

在6GHz這個(gè)議題上，我們國(guó)家工信部在WRC-19前后的態(tài)度一直是支持將整個(gè)6GHz分配給5G和未來(lái)的6G移動(dòng)通信使用，Wi-Fi 6E在中國(guó)并沒(méi)有受到太多的重視。

這和我們國(guó)家的5G工業(yè)政策和目前5G中波段的可用頻譜的數(shù)量有很大關(guān)系。

從下面高通發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)在中波段的5G頻譜只有2.6GHz上的100MHz和3.5GHz上的300MHz，這其中還包括 3.3-3.4GHz 專門分配給室內(nèi)5G使用。

總體來(lái)說(shuō)，中波段頻譜總量少于歐盟、北美以及日韓。

圖 9 全球 5G 頻譜分配(數(shù)據(jù)來(lái)源于高通)

然而，從去年開始，香港特區(qū)政府率先開始規(guī)劃了Wi-Fi 6E在香港的使用。在特區(qū)政府去年發(fā)布的公開意見征集書中，提到了目前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的擁擠對(duì)于企業(yè)和個(gè)人的影響。

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的意見征集和討論，在今年四月份香港通信事務(wù)管理局發(fā)布的最終決策文件中，香港采取了循序漸進(jìn)的模式，即仿照歐盟，先開放6GHz中的低500MHz供給Wi-Fi使用。對(duì)于高700MHz，香港將關(guān)注WRC-23 議程1.2的議題討論。

我在參考文獻(xiàn)中附上了通信管理局的政策文件，有興趣的同學(xué)可以自行研究一下。

圖 10 香港通訊事務(wù)管理局 Wi-F i6E公開意見征集書

香港的這一頻譜政策，讓人微微看到Wi-Fi 6E在中國(guó)內(nèi)地的一絲曙光。

從過(guò)去的C波段和毫米波5G的規(guī)劃，香港與大陸基本保持一致，只是在政策的發(fā)布時(shí)間上往往比大陸會(huì)先行一步。如果這個(gè)規(guī)律成立的話，在6GHz的頻譜規(guī)劃上，未來(lái)工信部可能會(huì)考慮Wi-Fi的需求。

事實(shí)上，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題不僅僅在香港，內(nèi)地的大中型城市也面臨著同樣的問(wèn)題。未來(lái)要想提升企業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)的性能，僅僅靠5G，無(wú)論從企業(yè)成本、設(shè)備生態(tài)以及三大運(yùn)營(yíng)商的負(fù)荷能力來(lái)說(shuō)，都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

另外，即使不能和中興、華為和中移動(dòng)這樣在國(guó)際移動(dòng)通信行業(yè)中具有重大影響力的公司相比，我國(guó)在Wi-Fi行業(yè)中也有比如新華三、烽火、TP-link這樣的大型公司，甚至中興和華為本身的企業(yè)網(wǎng)事業(yè)部也是Wi-Fi生態(tài)系統(tǒng)的重要伙伴。

如果把6GHz完全分配給移動(dòng)通信，對(duì)于以Wi-Fi產(chǎn)品和服務(wù)為主要業(yè)務(wù)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)非是重大的打擊。尤其是未來(lái)Wi-Fi 7能否在中國(guó)發(fā)展，很大程度將取決于是否有足夠的頻譜資源。

從國(guó)內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展歷史來(lái)看，技術(shù)的更新經(jīng)常變化莫測(cè)。由政府政策牽頭，孤注一擲某項(xiàng)技術(shù)，往往存在著誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)政策對(duì)于市場(chǎng)的長(zhǎng)期活力與產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力上，通常不如采用市場(chǎng)政策更加有效。讓企業(yè)自己通過(guò)公平市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式，來(lái)決定未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向，會(huì)讓資本的分配更加合理，資源配置更加有效，也能讓企業(yè)自身?yè)碛懈鼜?qiáng)的活力。

Wi-Fi的未來(lái)

Wi-Fi技術(shù)，還在一直更新。

在2019年Wi-Fi 6剛剛問(wèn)世不久，802.11工作小組就開始了下一代Wi-Fi技術(shù)——Wi-Fi 7的研究。Wi-Fi 7的學(xué)術(shù)名為802.11be，使用與目前Wi-Fi 6E完全相同的頻譜資源。

目前Wi-Fi 7的標(biāo)準(zhǔn)工作還在緊鑼密鼓的進(jìn)行中，第一個(gè)Release已于今年年初確定下來(lái)。完整的標(biāo)準(zhǔn)的工作，需要在2024年之后才能最終確定。而認(rèn)證的Wi-Fi 7設(shè)備，也要到2025年，才能普及到市場(chǎng)上。

關(guān)于Wi-Fi 7的關(guān)鍵技術(shù)，我會(huì)在下一期的文章中給大家重點(diǎn)介紹。

圖 11 Wi-Fi 7的時(shí)間節(jié)點(diǎn)

本文作者唐欣博士，目前擔(dān)任Spectrum Lab技術(shù)總監(jiān)。

參考文獻(xiàn)

[1] Aruba Networks white paper — Technical Guide to Wi-Fi 6e and the 6

GHz band.

[2] Wi-Fi Alliance – Countries Enabling Wi-Fi 6E.

[3] Qualcomm, 5G spectrum innovation and global update.

[3] 香港通信事務(wù)管理局 —設(shè)立類別牌照以規(guī)管用于無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的6吉赫器件的使用和營(yíng)商活動(dòng)以及更改提供公共無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類別牌照

[4] Khorov, E., Levitsky, I., & Akyildiz, I. F. (2020). Current status and directions of IEEE 802.11be, the future Wi-Fi 7.