“要不要买支持 Wi-Fi 6 的手机?什么时候需要换 Wi-Fi 6 路由器?相比 Wi-Fi 5,Wi-Fi 6 到底牛在哪?你听说 Wi-Fi 6E 了吗?”你是不是也经常被这样的问题所困扰?下面我们就一起来聊一聊 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 有关的技术和产品生态。


Wi-Fi 5 已经被用户新增需求死死掐住脖子?


在谈 Wi-Fi 6 之前,我们先来看几组数据。根据美国最大运营商 Verizon 的报告显示,疫情期间,美国协作办公工具的使用率增长了 1200%。另根据 QuestMobile 和中国工信部的数据显示,疫情期间,我国互联网流量较去年年底增长了 50%; 2020H1 移动互联网净新增用户规模超 2019 全年,3 月人均单日使用时长高达 7.3 小时,其中短视频占比 20%,成抢占用户时间黑洞,而远程效率办公使用率更是迎来爆发式增长,月活跃规模在 3 月同比增长 301%,以阿里系钉钉为例,当月月活用户近三亿,成为货真价实的国民级效率办公 APP。这些数据无不印证了一个观点:疫情期间,用户对包括效率办公等在内的网络需求暴涨,甚至在疫情后依然保持了相比疫情前更高的需求。此外,电子办公、在线教育等行业用户习惯同样被重塑。


 
图 1:调研报告统计用户的网络需求激增


 
图 2:受疫情影响,效率办公软件使用率暴增


另有调研数据显示,2017 年至 2022 年这五年间,全球移动数据流量预计将增加 7 倍,在这些数据流量中,目前视频在数据流量中的占比约为 50%,预计至 2022 年,这一比例将会增加至 80%。也有数据显示,到 2022 年,70%的 IP 数据流量将会通过无线的方式传输,在这些无线数据传输中,Wi-Fi 将会分流 59%的移动数据。这意味着高密度无线接入和高容量无线业务将不断增长,为了满足室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景的需求,Wi-Fi 网络除了更大的吞吐量、不断提升的速度以外,还需要考虑能否接入更多的终端,目标是在密集用户环境中将用户平均吞吐量提高至 Wi-Fi 5 的 4 倍,用户并发数提升 3 倍以上。在这样的大背景下,重新定义无线网络连接成为必然,而 Wi-Fi 6 便是顺理成章的产物。


 
表 1:各应用场景对网络带宽的要求


Wi-Fi 6 中有哪些技术革新?


Wi-Fi 6 是新一代 802.11ax 标准的简称,是 Wi-Fi 5(802.11ac)的进阶版,在继承了 Wi-Fi 5 的所有先进 MIMO 特性的同时,为了完成三项技术指标,即高带宽、低时延和泛连接,Wi-Fi 6 还新增了许多针对高密部署场景的新特性,比如 OFDMA 频分多址技术、MU-MIMO 技术、更高阶的调制技术 (1024-QAM) 、空分复用技术(SR)、BSS Coloring 着色技术、扩展覆盖范围(ER)、目标唤醒时间(TWT)和 WPA3 加密技术。下面简单介绍一下这些技术:


    OFDMA 正交频分多址技术


在 Wi-Fi 6 之前,数据传输采用的是 OFDM 模式,在每一个时间片段上,单个用户占据所有子载波,并发送一个完整的数据包。而 Wi-Fi 6 中引入的 OFDMA 正交频分多址技术,通过将子载波分配给不同用户,并在 OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源,即支持从路由器侧向终端同时发送数据包,大大提升了传输效率,降低了传输时延,比较适合低带宽应用和小包报文传输场景。目前,根据设备厂商的不同,有的仅支持下行 OFDMA,有的并发用户数并不高,像高通 Wi-Fi 6 方案这种既支持上下行 OFDMA,并发处理能力又能达到 37 个的,实属少数。


    MU-MIMO 技术


MU-MIMO 技术是使用信道的空间分集在相同带宽上发送独立数据流的一种技术,与 OFDMA 不同,所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。比如在 AP 中引入 MU-MIMO 技术,可以实现 AP 在同一时刻与多个终端之间同时传输数据,大大提升了吞吐量和每用户速率,比较适合高带宽应用和大包报文传输场景。作为 Wi-Fi 6 标准的可选特性之一,目前主流的路由器都是 4x4 MU-MIMO 配置,只有少数厂商的产品可支持 8x8 MU-MIMO,比如高通的 Networking Pro 1200 系列平台。


    1024-QAM 调制技术


为了进一步提高系统容量、降低时延,提高多用户高密场景下的效率。Wi-Fi 6 中引入了 1024-QAM 正交幅度调制,相比 Wi-Fi 5 采用的 256-QAM 正交幅度调制,每个符号位传输数据从 8bit 提升至 10bit,单条空间流数据吞吐量提升了 25%,不过该调制方式对信道质量的要求较高。值得一提的是,细读 Wi-Fi 6 的标准,其中并没有同时在 2.4GHz 和 5GHz 两个频段均需支持 1024QAM 的细则要求。因此,除了像高通这样支持双频最高标准的头部企业外,有的厂商为了节约成本,仅支持 5GHz 频段的情况也是有的,下单前一定要看清楚,否则影响了体验效果就不好了。


    空分复用技术(SR)


与 Wi-Fi 5 只能运行在能在 5GHz 频段不同,Wi-Fi 6 可运行在 2.4GHz 和 5GHz 两个频段。根据 Wi-Fi 传输原理,在任意指定时间内,一个信道上只允许一个用户传输数据,因此信道资源非常宝贵,双频段在一定程度上可以缓解可用信道太少的问题,提升系统整体吞吐容量。进一步来说,我们在选型时,如果选择那些支持双频并发的器件,还可以收获更低的时延效果。就技术角度而言,目前高通的实时双 Wi-Fi 6(2×2+2×2 双频并发)技术是走在前列的。


    BSS Coloring 着色技术


BSS 着色技术是一种同频传输识别机制,可以通俗地解释为“我的地盘我做主”。主要通过在 PHY 报文头中添加 BSS color 字段对来自不同 BSS 的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信 号并停止接收,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,避免收发机时间浪费。


    扩展覆盖范围(ER)


Wi-Fi 6 采用了 Long OFDM symbol 发送机制,用来降低丢包率,每次数据发送持续时间从原来的 3.2us 增加到了 12.8us。同时为了降低频段噪声干扰、增加终端接收灵敏度和系统覆盖距离,Wi-Fi 6 还引入了窄带传输技术,最小可低至 2MHz 频宽。


    目标唤醒时间(TWT)


目标唤醒时间(TWT)是一种资源调度功能,通过协调唤醒,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,这也是 Wi-Fi 6 可选特性之一,一向非常注重功耗的高通便在其 Wi-Fi 解决方案中支持目标唤醒时间功能。


    WPA3 加密技术


WPA3 加密技术并非 Wi-Fi 6 标准本身指定的新的安全增强功能或要求,是一部分龙头企业在推出其产品时新增的功能,比如高通。WPA3 将简化无显示接口设备的安全设置流程,在接入开放性网络时,通过个性化数据加密增强用户隐私的安全性,从算法层面来讲,相比 WPA2 的 128 位加密算法,WPA3 的 192 位 CNSA 等级算法破解难度更高。


最领先的 Wi-Fi 6 端到端解决方案是怎样的?


了解了上述技术后,我们来看一下谁是 Wi-Fi 6 端到端解决方案的王者?关于这一点,其实我们在 Wi-Fi 6 技术优势介绍当中已经有多次提及。此外,我们还考虑了两个方面:一方面,我们要看到企业在无线领域的耕耘累积;另一方面,落地侧产品的强大与否、生态完整程度也是我们考察的重中之重。


    技术累积


根据我们了解,高通在无线领域已有超过 30 年的技术积累。另据 ABI 研究 2020 年第一季度《无线连接技术细分和潜在市场》报告显示,自 2015 年起,高通 Wi-Fi 芯片已出货超过 45 亿颗,全球 Wi-Fi 市场份额列居首位。


 
图 3:高通 Wi-Fi 芯片产品演进


    端到端的完整解决方案


高通同时推出了针对手机终端和无线路由器的 Wi-Fi 6 端到端解决方案,覆盖从路由器到终端等在内的各个领域。


 
图 4:高通 Wi-Fi 6 端到端解决方案


AP/ 网络平台侧,高通早在 2019 年就发布了第二代 Wi-Fi 6 产品组合,即 Networking Pro 系列,包括四个等级:Networking Pro 400 系列、Networking Pro 600 系列、Networking Pro 800 系列以及 Networking Pro 1200 系列,分别对应最高支持 4 路、6 路、8 路和 12 路空间数据流。今年 5 月高通又在 Networking Pro 系列新增了四款支持 16 路数据流的 Wi-Fi 6E 平台,分别是 Networking Pro 610 平台、Networking Pro 810 平台、Networking Pro 1210 平台以及 Networking Pro 1610 平台,最高支持 10.8Gbps 连接速率,高达 1500 个用户连接。


此外,高通在芯片设计以及软件管理能力方面的优化完美地匹配了 Wi-Fi 6 的多用户场景需求。在全屋覆盖的重要指标 Mesh 系统方面,Networking Pro 全平台支持 Wi-Fi SON 的技术, 实现了系统的自我管理、自我配置、自我修复、自我防御的功能。在网络安全方面,除了常规的将 Wi-Fi WPA2 升级到 WPA3 之外,高通还在芯片启动阶段加入了安全启动(secure boot)以及可信执行环境(Trustzone)设置,保护整体软件不被篡改。


 
图 5:高通 FastConnect 6800 的功能特性


终端侧,随着骁龙 865 移动平台的推出,高通也适时地推出了 FastConnect 移动连接系统,集成了完整的 Wi-Fi 6 功能集合,来响应用户对无线连接性能提升的需求,实现了 Wi-Fi 6 和蜂窝之间的无缝切换,进一步提升用户体验。


搭载了 FastConnect 移动连接系统的终端设备在 2.4GHz 和 5GHz 两个频段同时支持 1024QAM 调制;支持 OFDMA;可实现业界最高的 8×8 数据流探测的 MU-MIMO,在多用户联网的情况下提升单用户和整个网络的吞吐量;加入了目标唤醒时间(TWT),在降低功耗的同时,减少了同时竞争无线介质的概率;在个人、企业、公共场所等不同场景下均支持 WPA3 安全设置;支持蓝牙 5.1。


此外,值得一提的是,在 FastConnect 6800 的基础上,高通进一步推出了实时双 Wi-Fi 6 技术,可以在 2.4GHz 和 5GHz 频段同时支持 2×2 的 MIMO,在带来更低时延的同时,最大物理吞吐量可达 1.8 Gbps,实际吞吐量也能达到 1.3-1.4Gbps。


 
图 6:基于 FastConnect 6800 的实时双 Wi-Fi 6 技术


Wi-Fi 6 解决方案出货量与商业选择


显著的解决方案优势带来的是各个系统 / 设备厂商的选择与拥护。


就平台侧而言,目前已经出货以及正在设计的基于高通 Networking Pro 平台的产品数量已超过 200 多款,包括北美厂商正在进行的企业级产品,中国厂商的运营商产品以及家用产品,像小米的 AX3600、AX1800。


就终端侧而言,目前有超过 70 款搭载骁龙 865 移动平台的终端设计采用了 FastConnect 6800 移动连接系统,它们都能实现对 Wi-Fi 6 和蓝牙的支持,像腾讯黑鲨游戏手机 3、腾讯黑鲨游戏手机 3 Pro、FCNT arrows 5G、iQOO 3 5G、iQOO Neo 3 5G、拯救者电竞手机、努比亚红魔 5G、OPPO Find X2、OPPO Ace2、OPPO Find X2 Pro、realme 真我 X50 Pro 5G、Redmi K30 Pro、小米 10、小米 10 Pro 5G、vivo APEX 2020 概念机、vivo NEX 3S 5G、华硕 ROG 游戏手机 3、华硕 ZenFone 7、夏普 AQUOS R5G、索尼 Xperia 1 II、中兴 Axon 10s Pro、OnePlus 8 Pro 和魅族 17 Pro 等。


写在最后


回到文章开头的问题“要不要买支持 Wi-Fi 6 的手机?什么时候需要换 Wi-Fi 6 路由器?”我觉得应该从两个方面来看待,一方面是 Wi-Fi 6 的普及情况,据有关机构预测,到 2022 年,所有供应商的 Wi-Fi 6 芯片年出货量将超过 10 亿颗,其中 56%的新款终端将支持 Wi-Fi 6,到 2024 年,Wi-Fi 6 将成为主流 Wi-Fi 标准。另一方面就是资金情况,有钱任性随便买,没钱稍微等等也要买,因为处在万物互联时代的我们,无线连接质量已直接关乎我们的生活品质好坏,因此 Wi-Fi 6 终将成为我们生活的必然之选。