以Wi-Fi 7拓展Wi-Fi效能的極限

如果先前跡象不夠明朗，疫情也足以讓我們正視Wi-Fi在人們工作、娛樂和整體生活扮演不可或缺的角色。過去一年來，我們見證了Wi-Fi與許多其他技術(shù)一樣，如何崛起、適應(yīng)、和發(fā)展，以滿足新興和不可預(yù)見的連網(wǎng)挑戰(zhàn)。

Wi-Fi技術(shù)即將以Wi-Fi 7邁入新章節(jié)，高通技術(shù)公司不僅專注于協(xié)助定義其功能，這些功能帶來如我們習(xí)慣在每個新一代Wi-Fi推出時看到的極致連網(wǎng)速度與容量，而且還增加了重大的增強功能，大幅提升低延遲效能。Wi-Fi 7結(jié)合增強的低延遲、連網(wǎng)速度與容量，將成為推動XR、元宇宙、社群游戲、邊緣運算等更多最先進(jìn)使用案例的核心。

過去二十年來，我協(xié)助開發(fā)了多項Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance ）的計劃，并擔(dān)任WFA董事，有幸為業(yè)界制定Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)作出貢獻(xiàn)，并見證其成果。從這個角度來看，討論Wi-Fi 7將帶來的一切，在于Wi-Fi 7的全新與創(chuàng)新技術(shù)來得正是時候，剛好能滿足今日與未來使用案例中對于Wi-Fi顯著成長。

Wi-Fi是至關(guān)重要的連網(wǎng)技術(shù)

Wi-Fi在人們的生活和經(jīng)濟活動中扮演核心角色，且對社會的重要性有增無減。無論對消費者或企業(yè)，Wi-Fi都是不可或缺的資源。

市場分析研究公司IDC預(yù)測，2021年底有超過20億Wi-Fi 6裝置出貨，占所有Wi-Fi產(chǎn)品出貨的50%以上，且在2025年以前，每年出貨量可望成長至52億裝置。像這樣爆炸性成長有許多驅(qū)動因素，但最值得注意的是Wi-Fi技術(shù)持續(xù)演進(jìn)的發(fā)展能與逐漸成長的需求相符。例如為了增進(jìn)Wi-Fi于人口密集網(wǎng)絡(luò)的效能，Wi-Fi 6引進(jìn)多重用戶的相關(guān)功能，Wi-Fi 6E則進(jìn)一步拓展這些功能至全新6 GHz頻段，使頻道數(shù)增加、帶寬更寬，以因應(yīng)提升連網(wǎng)速度和低延遲的需求。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由器是高通技術(shù)公司的一項產(chǎn)品創(chuàng)新，不僅實現(xiàn)涵蓋整個住家的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，更確保在需要的地方能提供高速網(wǎng)絡(luò)存取。


 
圖一 : Wi-Fi 6出貨量預(yù)測

盡管Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E正以前所未見的速度快速地邁向主流采用，對于在多層面推動更高效能的需求仍持續(xù)成長。

Wi-Fi 7帶來更高水平的效能

正如先前我們所討論的，頻譜是無線連網(wǎng)技術(shù)的命脈。綜觀過去，從只有三個窄帶寬頻道的傳統(tǒng)2.4 GHz，到具有額外頻譜、以及更寬的160 MHz頻道的5 GHz，可用頻譜的拓展推動了強大的Wi-Fi技術(shù)創(chuàng)新?，F(xiàn)在新的6 GHz的頻段配置（部分地區(qū)高達(dá)1200 MHz的頻譜）與日益擁擠的2.4 GHz （由于藍(lán)牙和Thread技術(shù)的使用增加）正進(jìn)一步帶動變革。

現(xiàn)代高速Wi-Fi裝置逐漸尋求利用5 GHz與6 GHz的高頻段以提供所需的效能。此一現(xiàn)實不僅確保了連網(wǎng)速度與低延遲，亦釋放2.4 GHz頻段更多容量可用于更適合的應(yīng)用，例如物聯(lián)網(wǎng)和在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)邊緣運作的裝置。

管理與優(yōu)化各種可用頻段或許是Wi-Fi 7的指標(biāo)性差異化優(yōu)勢。Wi-Fi 7的多種功能可用于提供極致連網(wǎng)速度、大容量與低延遲，支持下一世代的應(yīng)用與服務(wù)。以下為指針性功能的概覽。

多重鏈接技術(shù)可于連網(wǎng)速度壅塞環(huán)境中降低延遲

如今的存取點（Access Points）通常在三個頻道上提供支持，一個在2.4 GHz低頻頻段，其余兩個則為5 GHz和6 GHz高頻頻段，到了Wi-Fi 7，這將越來越普遍。取決于區(qū)域的可用性，高頻頻段支持可能為5 GHz頻段的兩個頻道，或于5 GHz和6 GHz頻段中的各一頻道。Wi-Fi 7的多重鏈接功能為單一用戶提供多個選項，能使用這些頻道。最有效的存取路徑為利用容量較大、尖峰速度較高與網(wǎng)絡(luò)壅塞情形較少的高頻頻段。裝置可切換不同頻段，如圖1所示。在此機制下，裝置利用最先可供使用的頻段進(jìn)行傳輸，前次傳輸完成后就能再次選擇頻段。如此將能避免網(wǎng)絡(luò)鏈接壅塞，并降低延遲。



 
圖二 : 多重鏈接切換，裝置能于可用頻段之間切換，以降低延遲

最高效能選項為高頻頻段同步多重連結(jié)，如圖2所示。裝置利用各個可供使用的頻段，且能同時于不同頻段運作，聚合兩個頻道的流通量。由于可在各頻段同時運作，能進(jìn)一步避免網(wǎng)絡(luò)壅塞、降低延遲性。


 
圖三 : 高頻頻段同步多重連結(jié)，聚合高頻頻段以提供最高流通量與最低延遲

拓展所有地區(qū)的寬帶道帶寬

Wi-Fi 6E顯著地擴展了寬帶道頻譜的使用，讓在任何配置6 GHz頻譜的地區(qū)皆可使用多個160 MHz頻道。Wi-Fi 7則使可用頻道帶寬增加一倍至320 MHz。理論上，這能讓容量加倍，大幅改善用戶數(shù)據(jù)傳輸速度。

部分地區(qū)可支持320 MHz連續(xù)頻譜的三個頻道，部份地區(qū)可支持一個頻道，有些區(qū)域完全不支持。5 GHz頻段不具備連續(xù)的320 MHz頻道，因此只有支持6 GHz頻譜的地區(qū)可支持此連續(xù)模式。高頻頻段同步多重連結(jié)可藉由累計兩個可用頻道的流通量，提供帶寬更寬、更有效的頻道。在高頻頻段聚合兩個帶寬為160 MHz的頻道，可建立一個帶寬達(dá)320 MHz的有效頻道。在中國，高頻頻段同步多重連結(jié)實現(xiàn)了帶寬為240 MHz的有效頻道，即使沒有可用的6 GHz頻譜配置，仍能滿足Wi-Fi 7超高流通量的承諾。

即使有干擾仍可使用更寬的頻道

占用部分（如20 GHz或40 MHz）閑置連續(xù)頻道的既有用戶，通常會使存取點無法使用這些頻譜。Wi-Fi 7的創(chuàng)新解決方案稱為「前導(dǎo)碼刪余（Preamble puncturing）」，空下受干擾的頻譜，同時仍使連續(xù)頻道可能存在，如圖2所示。整體帶寬因刪余而降低，但仍可使用比其他情況下可用的更寬的頻道。


 
圖四 : 即使有使用者干擾，前導(dǎo)碼刪余使更寬的頻道仍得以使用

4k 正交調(diào)幅（QAM）與許多其他增強效能的功能

Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)化了更高階的調(diào)變技術(shù)4k QAM，這是高通Wi-Fi 6解決方案中現(xiàn)已支持的技術(shù)。4k QAM可提升接近存取點的用戶連網(wǎng)速度，為其他用戶保留寶貴的容量。

Wi-Fi 7實現(xiàn)令人興奮的全新體驗與使用案例

Wi-Fi 7不僅提升今日現(xiàn)有應(yīng)用的效能，更實現(xiàn)許多全新體驗。例如最先進(jìn)的延展實境（XR）應(yīng)用，由于該應(yīng)用對于延遲性極為敏感，若無法達(dá)成超低延遲，XR裝置甚至無法運作。要打造沉浸式、極為真實的XR體驗，需要具備超高畫質(zhì)影音內(nèi)容和極高的更新率，這需仰賴超高連網(wǎng)速度和帶寬才能實現(xiàn)。此外，需有極大的網(wǎng)絡(luò)容量，才能支持大量用戶同時使用這些應(yīng)用。云端游戲、社群游戲與元宇宙等其他應(yīng)用亦將考驗無線科技的極限，挑戰(zhàn)Wi-Fi 7能否充分發(fā)揮效能。

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)方面，智能與價值正逐漸往邊緣發(fā)展。邊緣云端是企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的基本元素。Wi-Fi是許多企業(yè)使用案例的最后一環(huán)—即使在壅塞、高流量情境中，Wi-Fi 7提供的低延遲與帶寬，對于許多關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用至關(guān)重要。無庸置疑，Wi-Fi 7將迅速成為支持辦公室、娛樂場所與其他高流量使用案例的必要條件。

引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)發(fā)展

高通技術(shù)公司處于Wi-Fi技術(shù)演進(jìn)的最前端，推動標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)發(fā)展，以滿足消費者、裝置、應(yīng)用與服務(wù)不斷成長的需求與期待。

長久以來，我們不斷打造具開創(chuàng)性的技術(shù)，協(xié)助IEEE與WFA等組織標(biāo)準(zhǔn)化這些技術(shù)。我們在幾乎每一個Wi-Fi技術(shù)重要的演進(jìn)階段都扮演關(guān)鍵角色。例如，我們協(xié)助將多重輸入多重輸出(MIMO)與多用戶多重輸入多重輸出(MU-MIMO)引進(jìn)802.11n與11ac，率先將正交分頻多重接?。∣FDMA）引進(jìn)Wi-Fi 6（當(dāng)時稱為11ax），以及其他許多技術(shù)的創(chuàng)新。我們正與IEEE和WFA全體成員密切合作， 使Wi-Fi 7技術(shù)更為完善。

(本文作者Andrew Davidson為高通資深工程總監(jiān))