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以Wi-Fi 7拓展Wi-Fi效能的极限
 

【作者: Andrew Davidson】2022年02月25日 星期五

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如果先前迹象不够明朗,疫情也足以让我们正视Wi-Fi在人们工作、娱乐和整体生活扮演不可或缺的角色。过去一年来,我们见证了Wi-Fi与许多其他技术一样,如何崛起、适应、和发展,以满足新兴和不可预见的连网挑战。


Wi-Fi技术即将以Wi-Fi 7迈入新章节,高通技术公司不仅专注於协助定义其功能,这些功能带来如我们习惯在每个新一代Wi-Fi推出时看到的极致连网速度与容量,而且还增加了重大的增强功能,大幅提升低延迟效能。Wi-Fi 7结合增强的低延迟、连网速度与容量,将成为推动XR、元宇宙、社群游戏、边缘运算等更多最先进使用案例的核心。




过去二十年来,我协助开发了多项Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance )的计画,并担任WFA董事,有幸为业界制定Wi-Fi标准作出贡献,并见证其成果。从这个角度来看,讨论Wi-Fi 7将带来的一切,在於Wi-Fi 7的全新与创新技术来得正是时候,刚好能满足今日与未来使用案例中对於Wi-Fi显着成长。


Wi-Fi是至关重要的连网技术


Wi-Fi在人们的生活和经济活动中扮演核心角色,且对社会的重要性有增无减。无论对消费者或企业,Wi-Fi都是不可或缺的资源。


市场分析研究公司IDC预测,2021年底有超过20亿Wi-Fi 6装置出货,占所有Wi-Fi产品出货的50%以上,且在2025年以前,每年出货量可??成长至52亿装置。像这样爆炸性成长有许多驱动因素,但最值得注意的是Wi-Fi技术持续演进的发展能与逐渐成长的需求相符。例如为了增进Wi-Fi於人囗密集网路的效能,Wi-Fi 6引进多重使用者的相关功能,Wi-Fi 6E则进一步拓展这些功能至全新6 GHz频段,使频道数增加、频宽更宽,以因应提升连网速度和低延迟的需求。网状网路路由器是高通技术公司的一项产品创新,不仅实现涵盖整个住家的网路覆盖范围,更确保在需要的地方能提供高速网路存取。



图一 :  Wi-Fi 6出货量预测
图一 : Wi-Fi 6出货量预测

尽管Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E正以前所未见的速度快速地迈向主流采用,对於在多层面推动更高效能的需求仍持续成长。


Wi-Fi 7带来更高水准的效能


正如先前我们所讨论的,频谱是无线连网技术的命脉。综观过去,从只有三个窄频宽频道的传统2.4 GHz,到具有额外频谱、以及更宽的160 MHz频道的5 GHz,可用频谱的拓展推动了强大的Wi-Fi技术创新。现在新的6 GHz的频段配置(部分地区高达1200 MHz的频谱)与日益拥挤的2.4 GHz (由於蓝牙和Thread技术的使用增加)正进一步带动变革。


现代高速Wi-Fi装置逐渐寻求利用5 GHz与6 GHz的高频段以提供所需的效能。此一现实不仅确保了连网速度与低延迟,亦释放2.4 GHz频段更多容量可用於更适合的应用,例如物联网和在Wi-Fi网路边缘运作的装置。


管理与最隹化各种可用频段或许是Wi-Fi 7的指标性差异化优势。Wi-Fi 7的多种功能可用於提供极致连网速度、大容量与低延迟,支援下一世代的应用与服务。以下为指标性功能的概览。


多重连结技术可於连网速度壅塞环境中降低延迟


如今的存取点(Access Points)通常在三个频道上提供支援,一个在2.4 GHz低频频段,其馀两个则为5 GHz和6 GHz高频频段,到了Wi-Fi 7,这将越来越普遍。取决於区域的可用性,高频频段支援可能为5 GHz频段的两个频道,或於5 GHz和6 GHz频段中的各一频道。Wi-Fi 7的多重连结功能为单一使用者提供多个选项,能使用这些频道。最有效的存取路径为利用容量较大、尖峰速度较高与网路壅塞情形较少的高频频段。装置可切换不同频段,如图1所示。在此机制下,装置利用最先可供使用的频段进行传输,前次传输完成後就能再次选择频段。如此将能避免网路连结壅塞,并降低延迟。



图二 : 多重连结切换,装置能於可用频段之间切换,以降低延迟
图二 : 多重连结切换,装置能於可用频段之间切换,以降低延迟


最高效能选项为高频频段同步多重连结,如图2所示。装置利用各个可供使用的频段,且能同时於不同频段运作,聚合两个频道的流通量。由於可在各频段同时运作,能进一步避免网路壅塞、降低延迟性。



图三 : 高频频段同步多重连结,聚合高频频段以提供最高流通量与最低延迟
图三 : 高频频段同步多重连结,聚合高频频段以提供最高流通量与最低延迟

拓展所有地区的宽频道频宽


Wi-Fi 6E显着地扩展了宽频道频谱的使用,让在任何配置6 GHz频谱的地区皆可使用多个160 MHz频道。Wi-Fi 7则使可用频道频宽增加一倍至320 MHz。理论上,这能让容量加倍,大幅改善使用者资料传输速度。


部分地区可支援320 MHz连续频谱的三个频道,部份地区可支援一个频道,有些区域完全不支援。5 GHz频段不具备连续的320 MHz频道,因此只有支援6 GHz频谱的地区可支援此连续模式。高频频段同步多重连结可藉由累计两个可用频道的流通量,提供频宽更宽、更有效的频道。在高频频段聚合两个频宽为160 MHz的频道,可建立一个频宽达320 MHz的有效频道。在中国,高频频段同步多重连结实现了频宽为240 MHz的有效频道,即使没有可用的6 GHz频谱配置,仍能满足Wi-Fi 7超高流通量的承诺。


即使有干扰仍可使用更宽的频道


占用部分(如20 GHz或40 MHz)闲置连续频道的既有用户,通常会使存取点无法使用这些频谱。Wi-Fi 7的创新解决方案称为「前导码删馀(Preamble puncturing)」,空下受干扰的频谱,同时仍使连续频道可能存在,如图2所示。整体频宽因删馀而降低,但仍可使用比其他情况下可用的更宽的频道。



图四 : 即使有使用者干扰,前导码删馀使更宽的频道仍得以使用
图四 : 即使有使用者干扰,前导码删馀使更宽的频道仍得以使用

4k 正交调幅(QAM)与许多其他增强效能的功能


Wi-Fi标准化了更高阶的调变技术4k QAM,这是高通Wi-Fi 6解决方案中现已支援的技术。4k QAM可提升接近存取点的使用者连网速度,为其他使用者保留宝贵的容量。


Wi-Fi 7实现令人兴奋的全新体验与使用案例


Wi-Fi 7不仅提升今日现有应用的效能,更实现许多全新体验。例如最先进的延展实境(XR)应用,由於该应用对於延迟性极为敏感,若无法达成超低延迟,XR装置甚至无法运作。要打造沉浸式、极为真实的XR体验,需要具备超高画质影音内容和极高的更新率,这需仰赖超高连网速度和频宽才能实现。此外,需有极大的网路容量,才能支援大量使用者同时使用这些应用。云端游戏、社群游戏与元宇宙等其他应用亦将考验无线科技的极限,挑战Wi-Fi 7能否充分发挥效能。


企业网路方面,智慧与价值正逐渐往边缘发展。边缘云端是企业数位转型的基本元素。Wi-Fi是许多企业使用案例的最後一环即使在壅塞、高流量情境中,Wi-Fi 7提供的低延迟与频宽,对於许多关键业务应用至关重要。无庸置疑,Wi-Fi 7将迅速成为支援办公室、娱乐场所与其他高流量使用案例的必要条件。


引领标准制定与技术发展


高通技术公司处於Wi-Fi技术演进的最前端,推动标准制定与技术发展,以满足消费者、装置、应用与服务不断成长的需求与期待。


长久以来,我们不断打造具开创性的技术,协助IEEE与WFA等组织标准化这些技术。我们在几??每一个Wi-Fi技术重要的演进阶段都扮演关键角色。例如,我们协助将多重输入多重输出(MIMO)与多用户多重输入多重输出(MU-MIMO)引进802.11n与11ac,率先将正交分频多重接取(OFDMA)引进Wi-Fi 6(当时称为11ax),以及其他许多技术的创新。我们正与IEEE和WFA全体成员密切合作, 使Wi-Fi 7技术更为完善。


(本文作者Andrew Davidson为高通资深工程总监)


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