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WiFi 7性能成倍的提升,背后需要一个非常核心的资源的支持——无线电频谱,WiFi 7最终能够发挥其所宣称的作用,高度依赖各国无线电频谱政策。

 

上周,联发科在其技术峰会上预告将会在CES 2022上演示下一代WiFi 7技术,又引起了业界对WiFi 7一轮热议。

 

作为新一代的WiFi技术,WiFi 7速度是当前开始商用的WiFi 6E的2.4倍,带来更快的速度、更低的延时,抗干扰能力也更强。不过,性能成倍的提升,背后需要一个非常核心的资源的支持——无线电频谱,WiFi 7最终能够发挥其所宣称的作用,高度依赖各国无线电频谱政策,当频谱政策不利时,WiFi7的商用也将遭遇“卡脖子”。

 

给社会带来巨大价值,WiFi持续演进从WiFi问世至今,这一技术已经给全球带来巨大的经济和社会价值,全球各地的个人、家庭、政府,每天都在依赖WiFi连接,也为各行各业注入通信手段,带来大量就业。WiFi联盟发布的数据显示,2021年WiFi为全球经济带来的价值约为3.3万亿美元,到2025年,这一价值预计将增长至4.9万亿美元。

 

WiFi已经成为我们日常生活和工作中不可或缺的元素。根据WiFi联盟统计,截至目前,搭载WiFi的设备累计出货量达到375亿台,在用设备为164亿台,2021年出货量预计达到42亿台。WiFi有效地分担了移动通信网络的流量,大约63%的移动通信流量是由WiFi来分流。 

 

WiFi相关数据(来源:WiFi联盟)

 

目前,WiFi 6作为最新一代商用的技术,已经在全球22亿设备上使用,而WiFi 6的增强版WiFi6E虽然商用时间不长,但发展速度很快,目前已有超过3亿的出货量。

 

在移动通信技术快速发展的背景下,尤其是以5G为代表的蜂窝网络已成为全球的焦点,WiFi技术也在不断演进,很多性能与蜂窝网络性能形成对标。WiFi 7(802.11be)作为在研的新一代技术标准,即将在未来2-3年后面世,彼时5G Advanced(R18)可能也完成冻结,蜂窝网络和无线局域网络演进形成齐头并进的态势。

 

从5G问世起,业界一直存在5G和WiFi 6竞争替代的争论。当然,两者主要的应用场景各有侧重,而且WiFi在配合蜂窝网络流量卸载中发挥重要作用,两者的互补协同性看似更加明显。不过,蜂窝网络和无线局域网同样需要无线电频谱,而且两者可用的无线电频谱资源非常稀缺,尤其是针对一些还未明确用途的频段,对频谱资源的竞争日益激烈。

 

开辟新的频段支持无线技术发展

 

此前,WiFi一直使用2.4GH和5GHz频段部署。早在2017年,WiFi联盟就委托一家咨询公司对未来频谱需求做了深入研究和规划,考虑到未来的无线设备的能力以及商业、住宅和公共场所的部署需求,以及支持高带宽流量所需的信道数量,最终研究结果显示:

到2020年,WiFI设备的数量和多样性不断增加,连接速度和数据流量也不断增加,将超过5GHz频段的频谱容量;

全球各地可能需要500MHz至1GHz的额外频谱,以支持WiFi网络的预期增长;

如果对WiFi网络的需求超过预期,那么到2025年全球可能需要1.3GHz至1.8GHz的额外频谱;

WiFi需要足够带宽的连续频谱,以支持160MHz的信道,这是支持越来越多的带宽密集型应用和实现最大无线效益所必需的。

 

从目前情况来看,这一预期基本都得到了验证,WiFi产业的快速发展,对无线电频谱资源的需求非常迫切。

 

因此,在今年年初正式商用推广的WiFi 6增强版本WiFi 6E就将Wi-Fi 6从原有2.4GHz和5GHz载波频段扩充到支持6GHz载波频段,频段范围为5925-7125MHz之间,共计1200MHz的带宽。因此,WiFi 6E的频段就包含了2.4GHz

 

(2400~2483MHz)、5.8GHz(5150~5850MHz)和6GHz(5925-7125MHz)。 

 

WiFi6E支持频段(来源:高通公司)

 

6GHz频段包含7个160MHz信道、14个80MHz信道、29个40MHz信道、60个20MHz信道,总计110个信道,而5Ghz只有总计45个信道,2.4Ghz仅有4个信道,因此WiFi 6E能够做到吞吐量大幅提升。目前2.4 GHz和5 GHz频段拥挤的现状,使得一些新兴的应用无法保证服务质量,如VR/AR、云游戏应用的大带宽和低延迟无法做到。 而正在研究的WiFi 7也将使用6GHz载波频段,为了达到性能进一步提升,WiFi 7还将支持新的带宽模式,包括连续240MHz、非连续160+80MHz、连续320 MHz和非连续160+160 MHz。其中,连续信道带宽高达320MHz对无线电频谱资源提出很高要求,需要获得连续的频谱资源。

 

为什么要将频段扩展至6GHz?源于这一频段是少有的未被割裂分配、能获得连续带宽的频段。当然,盯着这一频段的并非只有WiFi,蜂窝网络也想使用这一频段。因此,近年来蜂窝通信阵营和WiFi阵营针对这一资源展开争夺,而频谱资源作为各个国家掌握的公共资源,还需要各国政策来明确频段的用途,因而6GHz的政策就成为关键点。

 

针对6GHz频谱的政策,决定WiFi7的命运目前,对于6GHz(5925-7125MHz)频段,各国表现出不同的态度,这种态度直接决定了WiFi 6E以及WiFi 7的命运。这些政策主要集中是否将该频段作为非授权频段允许WiFi接入,包括在三种方案:


(1)6GHz全部(5925-7125 MHz)作为非授权频段可供WiFi使用

(2)6GHz中部分(5925-6425MHz)作为非授权频段可供WiFi使用

(3)6GHz全部(5925-7125 MHz)作为授权频段给蜂窝网络及其他授权接入 对于WiFi玩家来说,第一种方案是最理想的方案,可以使用1200MHz连续频率;

 

第二种方案可以使用500MHz连续频率,基本能够满足目前规划的需求;第三种方案是最不希望出现的,这意味着WiFi 6E和WiFi 7扩展至6GHz的计划无法实现,商用的可能性很小。 截至今年10月,全球各国针对6GHz的政策情况如下图所示: 

全球各国6GHz政策情况(来源:WiFi联盟)

 

可以看出,北美和南美是第一种方案的积极支持者。其中,美国最具代表性和影响力,2020年4月,美国通讯委员会(FCC)批准的方案中,5925-7125MHz之间的1200MHz带宽用于非授权频谱用途,这为WiFi扩展至6GHz创造了条件。 欧洲则采取第二种方案,多个国家将5925-6425MHz的频段划分为非授权频段,可以开放给WiFi使用,为WiFi 6E以及WiFi7商用打下基础;而对于6425-7125MHz频段目前并没有下定论。

 

我国尚未对6GHz给出明确的政策,但从公开资料来看,似乎更加倾向于将该频段作为授权频段,供5G、6G移动通信使用。当前,我国5G发展全球领先优势已建立,我国无线电管理部门也从频率高效使用和长远规划的角度出发,一直致力于为5G和未来6G技术寻求更多的IMT频率资源。

 

早在2019年世界无线电通信大会上,中国代表团就在大力推动将5925-7125 MHz的IMT(国际移动通信系统)标注立项作为2023年世界无线电通信大会的新议题。最终,大会决定将6425-7125MHz频段新增IMT(5G或6G)使用标注列入2023年世界无线电通信大会议题,对6425-7025MHz成为区域性IMT新频段和7025-7125MHz成为全球性IMT新频段进行立项研究。

 

6GHz频谱新增IMT使用划分的成功立项,意味着6GHz频段将成为IMT(5G或6G)全球潜在新增频段,未来各国将在频谱政策上会优先考虑将该频段授予5G和6G。当然,目前多个国家已将6425-7125MHz频段分配给移动通信做了保留,也符合未来6GHz频段用于移动通信的潜在要求。

 

从目前的情况来看,6425-7125MHz频段在我国用于5G和6G的概率很大,那么焦点就在于非授权频段政策是否能扩展至5925-6425MHz频段,若这一频段划分未非授权频段,则给WiFi 6E和WiFi 7在国内规模化商用铺平道路。然而,若这一频段也划分为授权频段,则WiFi 6E和WiFi 7未来在国内商用前景就非常不明朗。

 

目前,WiFi在2.4GHz和5GHz频段已非常拥挤,急需扩大频段范围,而WiFi在国内可用频段资源更少。根据最新发布的《工业和信息化部关于加强和规范2400MHz、5100MHz和5800MHz频段无线电管理有关事宜的通知》,WiFi可用频段资源主要包括以下范围: 

 

 

可以看出,与WiFi联盟公布的WiFi可用频谱资源相比,国内WiFi可用频段资源相对较少。以5GHz为例,在美国市场,Wi-Fi 6可支持4个80MHz和2个160MHz信道,国内则只有2个80MHz信道。 WiFi已成为我们日常生活的“刚需”,WiFi也在不断演进中,WiFi 7更是能到达30Gbps的峰值速率,让人非常期待。然而,现实并不一定如意,WiFi 7对于无线电频谱的需求使其和5G/6G移动通信开始了正面核心资源的争夺,没有获得频谱的支持,则商用前景堪忧。

 

笔者上周撰写的《美国5G部署暂停!原来也是被“卡脖子”了......》一文中提到,美国运营商正是因为中频段频谱的限制暂停了5G部署,频谱已经成为无线通信“卡脖子”的核心资源。未来,WiFi 7在国内的命运如何,国内频谱政策至关重要。

 

作者:赵小飞