随着数据量持续增加,人们对网络设施要求越来越高,WiFi6 成为技术热点毫不意外。自 2019 年下半年开始,苹果、小米、华为等有多家厂商陆续发布了多款搭载 WiFi 6 技术的产品。IDC 报告预测,截至 2020 年,WiFi 6 技术在国内的市场规模将接近 2 亿美元。随着下游市场的呼声越来越高,高通、英特尔、博通等上游芯片厂商必然在 WiFi6 市场展开角逐。

 

在这些厂商中,高通亮出的是“WiFi6+5G”的组合拳。过去十年,高通在无线通信领域进行了大量投入,2011 年,收购了著名 Wi-Fi 芯片供应商创锐讯公司,2014 年,收购了 802.11ad 领域的明星企业 Wilocity,2015 年,收购了蓝牙领域的领军企业 CSR。从 2012 年到 2018 年,高通先后推出了 4 路 MU-MIMO 网络解决方案,2x2 MU-MIMO 移动平台,Wi-Fi 网状网络(Mesh)解决方案,以及顶级吞吐量 802.11ay 产品。在 2019 年推出了 Wi-Fi 6 解决方案、8x8 Wi-Fi 6 网络解决方案。2015 年至今,高通的 Wi-Fi 芯片出货量已经超过 40 亿颗。

 

 

高通产品市场总监胡鹏表示,“我们在蜂窝和 Wi-Fi 两个无线连接技术领域都深耕多年,其中蜂窝技术覆盖了 3G、4G、5G,WiFi4、WiFi5、WiFi6,以及 60GHz Wi-Fi 技术都有研发投入。两者更容易互相借鉴与融合,扩充另一个领域的产品特性。MIMO 最早是应用在蜂窝技术上,经过技术积累很快将其应用在 Wi-Fi 领域,增加网络吞吐量并提高发射接收性能。在毫米波技术方面,高通先推出的支持 60GHz 毫米波频段的商用 802.11ad 产品,随后将 Wi-Fi 上的毫米波技术整合到 5G 中,支持毫米波的 5G 产品很快商用,到了 WiFi6 技术节点,高通的技术组合优势更加突出。”

 

网络侧 Wi-Fi 6:通过“硬核”来支持“硬货”

很多人会问:为什么 Wi-Fi 6 技术要重新定义网络?在 Wi-Fi 4 时代,人们习惯用数天线的方法估计一台路由器的性能,到 Wi-Fi 5 时代,人们习惯用 802.11ac 后面的数字,例如 ac1100、ac1900、ac2100 估计一台路由器的性能。然而,这些只是路由器的其中一个指标,不能完全体现路由器的整体性能。Wi-Fi 6 肩负着高带宽、低时延、多用户连接的使命,用户所需要的不仅只是有线连接,更需要能满足数据爆炸时代高质量的无线连接,因此,我们必须要定义新时代下的“新连接”。

 

20 年前,在家庭网络环境中,Wi-Fi 只为一两台具有 Wi-Fi 功能的设备而服务;在大型公共场所,Wi-Fi 也只需为少量早期移动办公者提供连接服务。10 年前,随着智能手机和平板电脑的兴起,无线路由普及,Wi-Fi 逐渐成为这些设备的重要联网方式;如今,随着物联网的发展,联网终端数量剧增,家庭也成为高密度的 Wi-Fi 使用场景。因此,消费者希望享受到更高带宽、更低时延、更稳定的智能终端的连接体验。目前的 WiFi 信号强度显然无法满足大众的需求。

 

针对 Wi-Fi 网络性能的改善,高通产品经理叶思崑解释,我们做了三点思考: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。

 

 

因此,高通基于 Wi-Fi 6 标准采取了多种措施:

第一,MU-MIMO。MIMO 相当于一个人用一双手去处理事物,最多只能发挥一双手的能力。随着天线数量的增多,需要更高效的并发能力,MU-MIMO 就像千手观音,用多双手同时处理大量终端发起的网络需求,这里的“千手观音”可以看数据流的数量。MU-MIMO 分为上行和下行,下行 MU-MIMO 在 Wi-Fi 5 时已被引入。高通是首家支持 4 路 MU-MIMO 芯片组的厂商,在 2016 年将 Wi-Fi 5 的效率提高了 2-3 倍。由于近年来多终端直播以及云备份需求旺盛,高通的 WifF6 方案提供上行 MU-MIMO。

 

叶思崑强调,高通的 MU-MIMO 方案可以同时支持上行和下行链路,这一点不是所有支持 MU-MIMO 的方案都能做到。上下行支持的链路数量越多就意味着“手”越多,这样在实际使用当中效果也会更好、效率也更高。

 

第二,BSS Coloring(BSS 着色技术),可以通俗地解释为“我的地盘我做主”。Wi-Fi 6 增加该功能的目的在于,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。

 

第三,OFDMA,通过 MU-MIMO 可以并发处理大数据连接以及通讯,对于各种碎片化的数据(例如,用户通过微信、微博发送的小数据)如何确保低时延发送?OFDMA 可以对其进行改善,这是 Wi-Fi 领域引进的新技术,早在蜂窝网络上就已开始运用了。叶思崑表示,我们的方案可以并发处理 37 个用户的 OFDMA 技术,而且同时支持上行以及下行的 OFDMA 技术。另外,8×8 数据流也是业界最高的标准。在 Wi-Fi 6 的标准下,8×8 的数据流就如同“千手观音”的“手”,数据流越多就能够并发处理更多数据,为更多用户提供更好的带宽。时间切换波束成形(TS beamforming)技术能够提供更好的覆盖。

 

第四,TWT(目标唤醒时间),通过协调,高通的方案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,提高终端的可使用时间。

 

高通的 Networking Pro 系列平台具有全新的芯片组架构,由 A53 架构的四核 CPU 组成,最高主频高达 2.2GHz,同时具备两个网络加速器,使硬件可以加速更多数据流,从而释放 CPU 主平台来完成更多应用。该平台最高支持 12 路空间数据流,每个接入点最多支持连接业界最高的 1500 个用户,可以并发处理 37 个 OFDMA 的用户,以及同时处理 8 路 MU-MIMO 数据流。以上特性不仅需要硬件来实现,还需要先进的调度算法使数据管理更高效。在物联网连接方面,该系列支持蓝牙以及 ZigBee 连接,满足智能家居应用场景的需求。同时,该方案上实现了音频、视频、语音的支持,还有专门的能耗管理单元

 

叶思崑总结,面向 Wi-Fi 6 网络基础设施,高通的产品组合包括 Networking Pro 400、Pro 600、Pro 800 以及最高端的 Pro 1200 四条产品线,它们分别对应最高支持 4 路、6 路、8 路和 12 路空间数据流,通过不同规格的平台来协助客户推出不同规格的产品。在整个平台中,我们通过各种“硬核”来支持这个“硬货”。

 

 

手机侧:Wi-Fi 6 满足大数据流量需求

目前,移动设备已经成为人们生活不可或缺的一部分,移动设备本身也成为驱动各种技术革新的动力。有统计数据显示,2017 年至 2022 年,全球移动数据流量将增加 7 倍,相当于每年实现一倍以上的 增长。目前,视频在数据流量中的占比大概是 50%,预计 2022 年,视频数据流的占比将增加到 80%,其中,70%的 IP 数据流量将会通过无线的方式传输,Wi-Fi 将会分流 59%的移动数据。

 

 

随着移动数据流量的更加,多媒体办公用户需要上传大量文件;在复杂网络环境下,越来越多用户需要同时上网;乘坐高铁或地铁时,人们需要高速流畅的移动连接;更多企业强调云计算、云办公,时刻联网至关重要;沉浸式 VR 体验对无线连接和延时的要求更加苛刻,WiFi6 扩大应用刻不容缓。

 

高通的 FastConnect 子系统集成了 Wi-Fi 和蓝牙,同时还和骁龙移动平台系统内的各个子单元之间相互协作,提供更好的多用户连接技术以及动态的功耗管理调整来实现更高的能效比。伴随骁龙 865 移动平台的推出,高通推出了 FastConnect 6800 子系统,该子系统集成了完整的 Wi-Fi 6 功能集合,既对支持基础特性,也对每个特性进一步实现极致化提升。

 

第一,8×8 数据流探测,是 Wi-Fi 6 标准的可选特性之一,高通的技术实现了对最顶级的 8×8 探测能力的支持,在多用户联网的情况下,该特性可以提升单用户和整个网络的吞吐量,另外,还支持目标唤醒时间(TWT)。

 

第二,WPA3 安全,包含大量的对安全加密的提升,分为三个子集,按照 Wi-Fi 6 的标准并不一定要全部支持,高通做到在个人、企业、公共场所等不同场景下,都能够支持 WPA3 安全。

 

第三,2×2+2×2 双频并发,在 1024QAM 调制方式下,Wi-Fi 6 的标准咩有要求在 2.4GHz 和 5GHz 两个频段同时支持 1024QAM。在 FastConnect 6800 上,高通推出 2×2+2×2 的双频并发 Wi-Fi,可以在 2.4GHz 和 5GHz 频段,同时支持 2×2 的 MIMO,并且是基于最高的 1024QAM 调制方式,一方面可以带来吞吐量的极大提升,最大的物理吞吐量可以达到 1.8 Gbps,实际吞吐量能达到 1.3-1.4Gbps。另一方面,因为两个链路同时工作,可以带来更低时延的网络效果。此外,由于能够兼顾 2.4GHz 和 5GHz 这两个网络频段,覆盖范围更大。

 

 

 

目前,已经有 7.5 亿台采用 Qualcomm 的 MU-MIMO 解决方案的客户端设备出货。与传统的路由器和手机之间采用的分时工作、依次进行数据传输的工作方式不同,MU-MIMO 可以支持多用户下的 Wi-Fi 同时工作,如果路由器和手机同时支持 MU-MIMO,就可以实现由一个路由器同时为几部手机提供网络支持,相比传统的工作方式效率更高。

 

随着 5G 和 Wi-Fi 6 技术的融合,两者将共同为用户带来性能和体验的提升。针对 Wi-Fi 6,高通可以提供“端到端”的广泛产品组合,进而带来体验全方位的升级。在整个行业过渡到 Wi-Fi 6 的大趋势下,Qualcomm 在网络侧尤其是无线 AP 侧提供了丰富的产品组合,目前已经有超过 200 款采用 Qualcomm Networking Pro 系列平台。在终端侧方面,大约 70 款搭载骁龙 865 移动平台的终端设计采用了 FastConnect 6800 移动连接子系统,支持 Wi-Fi 6 技术。

 

Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6 Ready 如何共存?

目前,在移动端,高通只有骁龙 865 支持 Wi-Fi 6,骁龙 855 和 765 支持 Wi-Fi 6 Ready。官方曾经表示,骁龙 855 和 765 可以通过后期软件升级,实现支持 Wi-Fi 6。鉴于目前 Wi-Fi 6 终端比较少,对于 Wi-Fi 6 网络端的路由普及也形成障碍。接下来在高通的产品线中,Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6 Ready 将如何共存?

 

在胡鹏看来,在已有 Wi-Fi 6 Ready 的前提下推出 Wi-Fi 6 考虑两方面:第一,通过简单的软件升级,很难将 Wi-Fi 6 Ready 升级至 Wi-Fi 6。从技术层面看,Wi-Fi 6 技术本身变化非常大,其中包括很多需要通过硬件升级来实现的重要功能,例如上下行链路 OFDMA、MU-MIMO。此外,完整的 Wi-Fi 6 功能也要求硬件处理能力的支持。去年 9 月,Wi-Fi 联盟正式推出认证计划,这意味着 Wi-Fi 6 在各厂家之间互操作性和兼容性达到了可用的级别。在 Wi-Fi 联盟的指导之下,高通在 Wi-Fi 联盟的认证发布之前,已经在不同的厂家之间做了密集的互操作性兼容性测试,并在去年 9 月份完成了测试。

 

高通所考虑的是怎样让用户在早期(去年 9 月份之前)就能够使用到 Wi-Fi 6 的功能,既没有很大的兼容性风险,也不带来显著的成本增加。因此,骁龙 855 标配 Wi-Fi 6,骁龙 730、骁龙 765 平台选配了 Wi-Fi 6 Ready。Wi-Fi 6 Ready 有三个重要特性:第一,是支持 8×8 数据流探测 MU-MIMO,可以提升多用户的吞吐量;第二,支持目标唤醒时间,在多用户的情况下能够降低手机的功耗、提升特定应用的性能。第三是支持 WPA3 安全加密。因此,从性能、吞吐量、功耗和安全几个满足了用户需求。

 

第二是兼容性。对于智能手机而言,无线技术的基础特性升级十分重要,同时也非常谨慎。高通希望尽早让客户体验到 Wi-Fi 6 的优势,因此骁龙 730、骁龙 765 上支持 Wi-Fi 6-Ready,骁龙 865 移动平台支持 Wi-Fi 6,随着成本的降低,支持全功能 Wi-Fi 6 的产品会越来越多。

 

笔者看来,在高通的产品线中 Wi-Fi 6 必然会完全替代 Wi-Fi 6-Ready,毕竟 Wi-Fi 6 的功能更加强大。随着芯片价格的下降,用户自然更倾向于选择功能强大,成本更低的产品,这一点毫无疑问。