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万物联网时代下的Wi-Fi发展分析
 

【作者: 楊長鳴】2020年03月27日 星期五

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资策会MIC预估,2019年全球搭载Wi-Fi晶片产品量达30亿台,至2023年出货量达39亿台,2019-2023年全球整体搭载Wi-Fi产品之年均复合增长率(CAGR)为6.5%。


观察Wi-Fi未来出货成长动能,可分为新产品需求与旧规格升级等两大类型。新产品需求方面,可再细分为新兴装置如智慧音箱,及增加联网功能的传统产品如智慧电视;旧规格升级产品,则指既有搭载Wi-Fi的产品,依循Wi-Fi规格演进而作产品配备升级,如手机、笔记型电脑等。


以应用场景而言,可分为家庭、行动与连网设备市场,其中在各式智慧家电、语音助理等产品逐渐普及下,带动家庭场景的Wi-Fi连网装置出货提升;在行动应用场景下,智慧型手机的功能不断提升,应用更加多元,亦推动内建Wi-Fi规格朝向高速升级。



图一 : 家庭场景中的Wi-Fi连网产品出货动能,主要来自於新产品需求。(source:fazercroche)
图一 : 家庭场景中的Wi-Fi连网产品出货动能,主要来自於新产品需求。(source:fazercroche)

家庭场景中的Wi-Fi连网产品出货动能,主要来自於新产品需求,其中搭载Wi-Fi的智慧家电与智慧音箱成长最快,由Amazon带起的智慧音箱风潮,除作为个人助理外,并串联智慧家电等特色,逐步转变成为家庭控制中枢,目前在美国市场中,智慧音箱已逐渐普及。中国大陆亦在百度与阿里巴巴等业者的带动下,智慧音箱市场成长快速。


以区域市场而言,思科在全球网路流量预测报告指出智慧家庭连网数量成长主要来至亚太地区,其中最大市场是中国大陆,因其成长快速的行动与固网宽频建设。此外,基於中国大陆政府推动了十三五政策发展规划,指出希??物联网产业结合AI,在智慧家庭场域实现智慧节能,也透过推出24个促进智慧家电消费的政策补助方案,加速乡村地区家电迭代。


行动装置成长动能来自於新产品需求与旧规格升级两者类别。旧规格升级主要来自於市场大宗的智慧型手机,资策会MIC预估2019年出货量达15亿台,目前智慧型手机的Wi-Fi渗透率已达100%,在智慧型手机性能要求持续提升下,Wi-Fi规格亦随之升级,2019年底推出的iPhone 11及三星旗监型机种Galaxy Note 10等都已搭载最新规格Wi-Fi 6;台湾晶片大厂联发科亦於2019年11月推出首款5G SoC晶片天玑1000,为整合5G与Wi-Fi 6的单一晶片,未来手机将透过更高规格速度连接,来带动高清晰影片等应用。


而资策会MIC预估手机搭载Wi-Fi 6晶片在2023年渗透率达57.7%。新产品需求则来自於行动IoT装置,如智慧穿戴、延展实境(Cross Reality;XR)眼镜、车联网无人机等,透过Wi-Fi连结达到无线化、智慧化等功能,推升相关产品出货成长。



图二 : Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6的规格比较
图二 : Wi-Fi 4、Wi-Fi 5及Wi-Fi 6的规格比较

(source:IEEE,资策会MIC整理/2020年2月)


连网设备方面可分为企业与家庭连网,以企业应用而言,由於现在人们喜欢在各种大型密集活动中,透过上传即时影片与外界分享,如:体育赛事、演唱会,美国俄亥俄州立大学研究指出,近期每场活动赛事平均涌入了约7-10万人次,共产生约20TB的总数据用量,平均场内又有70%球迷同时连网,因此网路容量受到考验;家庭方面,高画质影音串流服务普及等,推动家庭高速连网需求提升,服务商也逐步推出1Gbps以上之高速连网服务。


在企业与家庭应用需求带动下,促使宽频终端朝向10G PON、DOCSIS 3.1等下世代固网宽频标准升级,同时内建更高规格Wi-Fi或搭配Wi-Fi 6路由器,以提升企业与家庭用户连网体验。


规格与技术演进方向

Wi-Fi规格世代因应需求不断演进,首先,Wi-Fi联盟在2018年10月初宣布将新世代的802.11ax简化为Wi-Fi 6,既有的802.11n、802.11ac则分别称为Wi-Fi 4与Wi-Fi 5,希??透过简化复杂的Wi-Fi标准名称,好让使用者、技术厂商之间能更清楚规格的进展。


而2019年9月商用化的Wi-Fi 6,技术无不想满足在上述市场探讨产品与场景应用,如智慧型手机、XR与车联网等需求,规格因此往更大频宽与低时延面向迈进,在企业等级的网路中,如:体用场、演唱会而须突破密集连接等性能,还有因应未来智慧节能家庭趋势,所做的新规格演进。


图三 : Wi-Fi具有能简易布建与方便连接等特性,能实现无处不在的万物联网需求。(source:Aussie Broadband)
图三 : Wi-Fi具有能简易布建与方便连接等特性,能实现无处不在的万物联网需求。(source:Aussie Broadband)

Wi-Fi由於能简易布建与方便连接等特性,实现无处不在的万物联网需求,新一代规格Wi-Fi 6在速度方面,采用1024正交幅度调制技术(1024-QAM),透过调制码密度转变来提升承载数据量,数据传输量由单位时间内的8位元(bit)提升至10位元(bit),速度与Wi-Fi 5相比提升了25%,理论最大值为9.6 Gbps,然而整体上升幅度仍有限制,主要是因为采用与Wi-Fi 5相同频段;效能方面,有别以往下行多重输入多重输出(Downlink Multiple-Input Multiple-Output;DL MIMO)功能,因应未来如XR影音上传、云端游戏等需求,新增上行多重输入多重输出(Uplink Multiple-Input Multiple-Output;UL MIMO)功能,将达到同时处理与提高网路效率,除此之外,更演进正交分频多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM)功能至正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access;OFDMA),藉由同一封包内能传送不同类型数据,节省时间效益,并满足万物联网像是智慧家庭更多装置但小数据连接。


密集连接方面,透过推出着色机制(Basic Service Set Coloring Mechanism)新功能,来解决如体育场馆等环境中俱备多路由器与密集连结的情境,着色机制能处理於覆盖在同频段的讯号,以标记不同颜色的概念,达到区别讯息并能同时处理机制;节能方面,亦首次加入目标唤醒时间(Target Wake Time;TWT)功能,能与装置沟通好定时连线,使装置不须24小时等待连线,让Wi-Fi产品更省电。


调节网路效能方面,Wi-Fi 6虽然在速度、与效能等有所提升,但整体讯号覆盖仍然不甚理想,因此电机电子工程师学会(IEEE)与Wi-Fi连盟提出因应措施,来满足万物联网的应用。像是装在客厅的路由器,当走到房间时连接讯号就会逐渐减弱,IEEE提出透过既有的网状网路概念带入Wi-Fi路由器当中,能简易布建新路由器至网状网路架构,而当其中一个设备故障时,连接讯号也不会中断。


此外,Wi-Fi联盟也提出EasyMesh标准,透过共同规格制订,使不同品牌商的产品可以相互串联,未来消费者可以透过购买不同品牌路由器来扩充网路,以因应更多智慧家庭连网需求。



图四 : 新一代汽车联网叁考设计,将结合4/5G、C-V2X、精准定位、Wi-Fi 6等满足车多热点连接装置与连网。(source:Automotive iQ)
图四 : 新一代汽车联网叁考设计,将结合4/5G、C-V2X、精准定位、Wi-Fi 6等满足车多热点连接装置与连网。(source:Automotive iQ)

除符合目前的产品需求,未来将会有更多新情境的应用,如企业开会中的全息投影应用,需要更大频宽而发展802.11ay,采用60 GHz支持20Gbps速度,或是802.11 bb透过光的方式传输,来提升速度性能。2022年前将完成制定下世代V2X通讯技术与Wi-Fi 7,可降低延迟,因应如车联网等对延迟敏感之应用需求。最後,满足更多装置连网节能等议题,IEEE推出802.11ba,号称Green IoT,希??万物联网的同时能消耗更低的能源。


下世代Wi-Fi将在2020年至2024年陆续制定完成,面临未来更多新兴物联网的需求与服务,下世代Wi-Fi将持续强化频宽速度、低功耗连结、与更低时延等满足应用。


晶片大厂应用布局

博通为固网宽频之领导业者,其固网宽频晶片如DOCSIS、PON及xDSL之市占接为全球第一,在此优势基础上,博通采取透过有线与无线晶片捆绑销售方式,来占领有线到无线连网市场。


近期更扩大布局企业应用层面市场,从2018年开始转变收购CA Technologies软体大厂与Symantec资安大厂,来辅助现有产品之外,并推出IoT数据监控(IoT Monitoring)服务,致力专攻企业连网市场与提供企业数位完整解决方案。而Wi-Fi亦布局Wi-Fi 6 8x8、支援160MHz之Wi-Fi 6等高规格产品线,并与思科合作打造Wi-Fi体育场景应用。


高通的优势为具备运算能力与通讯完解决方案,透过结合应用处理器与行动/无线通讯晶片,成功奠定智慧型手机市场中领导者之地位。其他如XR、车与智慧穿戴等领域,同样对运算能力与网路连线需求较高,成为高通近期主要布局的应用领域。如针对XR的高运算处理需求与无线化趋势,高通2019年9月份推出FastConnect? 6800晶片搭载最新Wi-Fi 6 UL MIMO规格,将能满足即时影片上传共享、云端PC游戏、XR等产品应用。


值得注意的是,此晶片已与扩增实境(Augmented Reality;AR)与虚拟实境(Virtual Reality;VR)如Spatial、Niantic等大厂合作,并透过高通提供XR技术平台,推动企业提供商与XR软体服务商进行媒合与开发应用。


另一方面,高通计画布局整台车联网市场,近期也推出第二代汽车联网叁考设计,结合4/5G、C-V2X、精准定位、Wi-Fi 6等满足车多热点连接装置与连网,目前通讯商、车电大厂也纷纷加入合作。智慧穿戴方面则与Android合作推出平台,结合Wi-Fi与低功耗蓝牙、4G、GPS与A7处理器,打造智慧定位手表,期待透过与科技大厂、运动品牌等合作共同角逐智慧穿戴市场。


联发科布局智慧家庭历程,原本为连网电视市占第一,接续并购晨星之後,2019全球电视晶片市占更超过5成。2019年一月更成立智慧家居事业群,确立布局智慧家庭领域之方向。除持续耕耘既有数位电视领域外,联发科藉由其性能与价格优势,在智慧音箱的风潮下,成为云端平台大厂如Amazon、Google等智慧音箱产品的通讯晶片主要供应商之一。在人工智慧趋势下,联发科亦逐步强化自身产品之运算处理能力,并与第三方合作,期??打造人工智慧物连网(AIoT)晶片来协助厂商推出智慧家庭应用,如居家健康、智慧监控与家电等,来建构智慧家庭产品生态圈。


观察三大晶片厂商於Wi-Fi应用市场布局方向,高通以高阶行动应用市场为主,除持续布局智慧型手机市场外,亦扩大布局智慧穿戴、XR、车联网等领域,深化既有市场地位。联发科则在2019年11月推出5G SoC天玑1000晶片,搭载Wi-Fi 6规格,除了抢攻中高阶手机晶片市场外,也有意往智慧家庭领域发展,可??打造智慧家庭产品生态系;博通则为固网宽频市场霸主,除持续耕耘既有市场外,在行动应用市场受到高通回归Apple供应链,及联发科等厂商竞争领域下,预期发展将有所限制,未来将加强企业应用市场布局。


(本文作者杨长呜为资策会MIC产业分析师)


**刊头图(source:PYMNTS)


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