FCC向Wi-Fi开放全频段6GHz，Wi-Fi 6起飞在即...

 
就在4月23日，美国联邦通信委员会（FCC）宣布，考虑允许将6GHz频段中的1200MHz频谱开放给免许可应用，同时，欧盟也采取了类似的举措，将会释放出足够的频谱给Wi-Fi，只是现在由于疫情的原因，进展有点延后。
 

图1：FCC官方Twitter截图。

 
其实早在2019年9月的时候，FCC就已经表明将会开放6GHz频谱资源，让更多的Wi-Fi联网设备更加顺利地连接网络资源。此次投票表决通过了将6GHz(5.925~7.125GHz)频段的1200MHz频谱部分都开放给了免许可应用。
 
尽管之前遭到了广播公司、公共事业公司和其他公司的反对，特别是汽车行业的反对，因为FCC在1999年时同意了在5.9GHz频段范围内，为V2X通信预留了专用的75MHz短程通信服务（DSRC）频谱，不过，由于汽车行业发展V2X技术的步伐实在太慢，FCC决定重新分配频谱资源。
 
FCC最终还是选择了向Wi-Fi开放6GHz，可见对Wi-Fi的重视，这对Wi-Fi用户来说应该感到高兴，拿到批准后，用户最快可以在2020年底体验到新的超高速Wi-Fi了。
 
就在4月23日晚上，<电子发烧友网>特意邀请到了两位在无线通信产业从业15年以上的嘉宾，他们是来自Qorvo的高级市场经理Jeff Lin和NXP大中华区市场经理邢国峰，跟他们一起讨论了“Wi-Fi 6已来，解决方案如何选”的话题，其中更是谈到了即将引入的6GHz频段。
 
 

Wi-Fi 6为何受欢迎？

 
自从Wi-Fi联盟在2019年9月正式推出Wi-Fi 6认证计划后，受到了业界的广泛关注，下游应用也快速启动，产业链开始逐步完善。比如苹果的iPhone 11系列、三星的Galaxy S10和S20系列、小米10、华为P40，以及近期各个手机厂商发布的旗舰机型基本都支持Wi-Fi 6了，而且路由器端的产品种类也越来越丰富，华为更是将入门版的Wi-Fi 6路由器价格定到了229元。
 
为什么这么多厂商都迅速推出了Wi-Fi 6产品呢？Qorvo的Jeff Lin和NXP的邢国峰分别从市场应用和技术层面进行了解读。
 

图2：Qorvo高级市场经理Jeff Lin。
 

Jeff Lin认为，这主要是因为现在用户是使用习惯越来越多元化，“比如说，以前我们上网可能就只是浏览网页、看看照片、寻找资料，但随着互联网时代的来临，以及科技的发展，用户除了之前的使用习惯，还需要观看高清视频，玩网络游戏等等，这将需要更高的频宽、更低的延时，以及更高的速率。”到了2018年，2019年后，网络应用的多元化，之前的Wi-Fi4，Wi-Fi5开始有点捉襟见肘。因此，Wi-Fi 6便应运而生了，更是得到了业内厂商的大力支持。
 
NXP的邢国峰从另一个角度进行了解读，在他看来，从Wi-Fi诞生，到Wi-Fi 5，一直在解决的问题是：把频宽变宽；速率变高。但依然还存在着一个棘手的问题没有解决，那就是，Wi-Fi的速率看起来很高，但并发数量和网络的利用效率却并不高。
 
“比如说路由器本身速率很快，但终端的IoT设备，手机等是1×1接收天线的，并不是MIMO，因此，整个通信带宽就将受限于终端设备的带宽，这样的话，整体的通信速率其实是不高的。”邢国峰指出。
 
在Wi-Fi 5时，虽然加入了MU-MIMO技术，但只是在路由器侧加入了，也就是说路由器可以用不同的天线同时给不同的终端发送信号，这样可以成倍地提高空口的吞吐量，但依然只是解决了下行问题，上行速率依然没有解决。
 
到了Wi-Fi 6之后，从MAC层引入了两个最新的技术，一个是完整的MU-MIMO技术；另一个是OFDMA。使用这两种技术，可以在频带和载波上，直接让每一个不同的设备可以获得一个稳定的载波通信，完成独立信道的通信，这样就可以保证Wi-Fi的并发数量和容量都很高。又因为是独立信道，所以延时很低。
 
邢国峰还进一步指出，Wi-Fi 6还引入了Long OFDM symbol发送机制，将每个频段的载波发送时间从Wi-Fi 5标准的3.2毫秒提升至12.8毫秒，增强了Wi-Fi的覆盖范围，降低了丢包率；此外，还引入了TWT技术，可以让设备的功耗更低。
 
最后，他总结说，Wi-Fi 6是对前面几代技术的一个很大升级，解决了很多痛点问题，因此，市场上的企业都这么追捧Wi-Fi 6。
 

6GHz对Wi-Fi 6开放意味着什么？

 
在Wi-Fi联盟推出Wi-Fi 6标准后不久，随后又推出了一个Wi-Fi 6E标准，将6GHz引入了Wi-Fi标准当中。就在4月23日，FCC宣布，考虑允许将6GHz频段中的1200MHz频谱开放给免许可应用，允许Wi-Fi使用。这对Wi-Fi 6来说意味着什么呢？
 
在Wi-Fi 5标准时，Wi-Fi有2.4GHz和5GHz两个频段可以使用。不过2.4GHz和5 GHz频段只能支持有限数量的非重叠20MHz和40MHz通道。Wi-Fi 5和Wi-Fi 6 (802.11ax)标准增加了对80MHz和160MHz通道宽度的支持，可实现更高的数据速度。只是在Wi-Fi 5时属于选配项目，而Wi-Fi 6时已经属于标准配置了。但实际上极少部署更宽的通道，因为目前在 5GHz频段中只有六个80MHz通道和两个160MHz通道可用。
 
在人员密集的环境或大型企业中，很难找到一个不受重叠通道上设备干扰的80MHz或160MHz通道。为应对这种情况，网络管理员通常选择禁用这些功能，从而限制其网络上的数据速度。
 

图3：NXP大中华区市场经理邢国峰。

 
邢国峰表示，将6GHz频段引入Wi-Fi应用之后，就有足够的频谱来部署80MHz和160MHz通道，能够实现高吞吐量和无拥塞的网络访问。可以说，引入6GHz频段后，Wi-Fi 6的未来将更加美好。
 
6GHz频段也称为中频带频谱，范围为 5.925 GHz 至 7.125 GHz。按照IEEE的定义，它分为四个频段：
 
UNII-5：5925-6425 MHz (500 MHz)
UNII-6：6425-6525 MHz (100 MHz)
UNII-7：6525-6875 MHz (350 MHz)
UNII-8：6875-7125 MHz (250 MHz)
 
其实，6GHz频段目前是有一些应用在使用的，比如点对点微波链路以及在体育赛事中将信号传回演播室的移动电视转播车；还有一些专用的微波链路，目前，美国约有 10 万个微波链路。这些链路的运营商包括公共运营商（AT&T 和 Verizon 等）、工商机构（公用事业、铁路、石油和天然气）和公共安全机构（安全、紧急服务和交通运输）。
 
这些运营商对与免许可服务的共存和可能存在的信号干扰表示担忧。FCC 裁决可能包括减轻由 6 GHz 频段 Wi-Fi 运行所引起干扰的相关机制，具体措施包括使设备仅以低功率水平在室内运行或部署 AFC（自动频率协调）机制。
 
尽管这些共存过程还没有最终确定，但 Wi-Fi 芯片和设备制造商已经计划在监管机构最终批准后不久便提供产品。IEEE 在 802.11ax 标准的最新草案中增加了全新 6 GHz 频段通道的定义。
 
据公开资料显示，6GHz频段可以让Wi-Fi实现59个20MHz通道；29个40MHz通道；14个80MHz通道和7个160MHz通道。
 
根据FCC的投票决定，美国是UNII-5~UNII-8全部都向Wi-Fi开放的。据Jeff Lin介绍，欧洲应该是只开放UNII-5，其他国家应该会等Wi-Fi联盟和IEEE确定后，根据本地的需求制定相应的标准。
 
Jeff Lin透露说，Qorvo去年开始就已经在跟Wi-Fi主芯片厂商一起开发Wi-Fi 6E的产品了，由于目前市场上主要还是2.4GHz和5GHz的终端设备为主，并没有6GHz的终端产品，因此，开始的6GHz主要应用在骨干网络中。比如mesh网络中，AP与AP的通信就可能会使用6GHz。
 
还有就是，根据他透露，Wi-Fi 6的普及可能会面临一个不确定因素，那就是由于Wi-Fi联盟快速推出了引入6GHz的Wi-Fi 6E标准，一些运营商将他们本来计划今年量产的一些Wi-Fi 6项目推迟了，甚至还取消了不少项目。这主要是因为他们想要等待更新的Wi-Fi 6E标准。
 
但新标准的推出，还需要等待主芯片、PA，滤波器、天线等市场供应链的成熟，即便供应链成熟了，也还需要看产品的价格和应用被用户接受的情况，因此，这个时间可能会推后。也就是说，Wi-Fi 6E的推出将会延缓Wi-Fi 6产品的普及速度。
 
他估计要到2020年底到2023年才会陆续有一些产品推出到市面上。
 

中国的Wi-Fi 6市场有多大？

 
根据Wi-Fi联盟的报告，2018年全球Wi-Fi贡献的经济价值为19.6亿美元，预计到2023年，全球Wi-Fi的产业经济价值将达到34.7亿美元。这里的经济价值主要来源于包括在家庭中和企业Wi-Fi网络中使用的Wi-Fi。
 

图4：Wi-Fi的经济价值。（数据来源：Wi-Fi联盟）

 
现在不仅家里有很多Wi-Fi产品，包括路由器、智能电视、智能空调、智能洗衣机、新风机等等产品，在商场、体育馆、交通枢纽等场所越来越多地使用Wi-Fi热点，Wi-Fi的覆盖范围越来越广。
 
邢国峰表示，从路由器产品来看，包括TP-Link、腾达、华为、中兴、华硕、网件等在内路由器厂商的总出货量大概在8000多万台左右；运营商的路由器总出货量在2019年大概是1500万台左右，加起来应该有1亿的样子。所有的这些路由器产品中，Wi-Fi 5双频路由器占比为92%左右。“现在路由器产品的出货基本每年保持持平的态势。”他指出。
 
对于Wi-Fi 6在中国市场的表现，邢国峰判断2020年将会是Wi-Fi 6快速增长的一年，预计应该会有1500万台左右的出货量。“明年应该会有20%~30%的增长，然后逐年会以5%~10%的增长率逐步替代Wi-Fi 5。”他进一步指出。
 
除了路由器侧，邢国峰还谈到了终端侧Wi-Fi的部署情况。在他看来，智能手机的出货量是最大的，今年基本上所有的旗舰机型都会标配Wi-Fi 6；IoT产品中，智能电视应该会标配Wi-Fi 6，但诸如洗衣机、空调、电冰箱等白色家电由于对网络速率要求不高，还是会以Wi-Fi 4为主；此外，在安防领域，用Wi-Fi 6来传输数据是一个不错的选择，一般来说，别墅和一些商业场景是有需求的，转换率也会更高。
 
Jeff Lin认同邢国峰说的Wi-Fi 6产品出货量数据。他同时指出，Wi-Fi 6最大的市场其实在美国，目前成长速度也数美国最快，因为他们有运营商的加持，在2019年就把Wi-Fi 6当作标配产品出货了。欧洲因为有一些政治地理因素，Wi-Fi 6的普及速度相对缓慢，目前有些国家有相关产品推出，但整体出货量不大。
 
在他看来，目前中国还主要以Wi-Fi 5的产品为主，不过现在小米、华为、腾达、华硕等厂商都推出了Wi-Fi 6产品，“估计今年会有10%~15%的产品采用Wi-Fi 6，不过，至少需要三四年的时间，Wi-Fi 6产品的市占率才会超过50%。”
 

Wi-Fi 6的成本高吗？

 
Wi-Fi 6是一个新的标准，与之配套的主芯片、PA、滤波器、天线等都需要产业链重新设计开发，在市场还没有大量出货之前，总的来说成本是要比之前成熟的Wi-Fi 5标准产品要高一些。
 
在Jeff Lin看来，单纯说Wi-Fi 6模块的成本有点太过笼统，“如果是设备端，比如电视机等使用的Wi-Fi 6模块是不会太贵的。一般简单的2×2、4×4模块，不需要外挂大功率PA，成本相比Wi-Fi 5可能高出15%~20%样子。甚至有的厂商为了推广Wi-Fi 6芯片，价格可能比Wi-Fi 5还便宜。”
 
不过，他也承认，如果是高端路由器的话，就会高出很多，因为需要外挂大功率PA，增加滤波器和天线等外设。
 
对此，邢国峰也表示赞同，“Wi-Fi 6毕竟还是一个新的技术，出货量远没有Wi-Fi 5大，价钱肯定是贵一些的。”
 
他认为Wi-Fi 6芯片的成本要高于Wi-Fi 5的，至于模块成本，邢国峰认为还是要看具体的应用。“总体来讲，会比Wi-Fi 5贵出30%~50%，但随着出货量的上涨，转化比例的提高，成本会迅速下降的。”
 
而且，他认为，以后Wi-Fi 6的产品随着技术的演进，性能会更好，产品也会持续优化。比如现在的路由器方案，如果做三频路由器，就需要三颗路由器芯片，“后面我们可以把多个频段都集成到一颗芯片上，这样只需要一颗芯片就可以了，成本也相应地会降低。”
 
 

Wi-Fi 6设计有哪些注意事项？

 
随着物联网的不断发展，电视机、摄像头、贩卖机等越来越多的设备上搭载了Wi-Fi芯片，据统计，目前Wi-Fi芯片的出货量每年超过10亿片，而且还在增加中。其中，智能手机几乎占了Wi-Fi芯片组出货量的一半。
 
目前，支持Wi-Fi 6的芯片天线模式主要以1×1、2×2、4×4和8×8为主，其中无线AP以5GHz射频支持2×2、4×4和8×8为主；移动终端、笔记本电脑和IoT设备以支持1×1和2×2天线为主。
 
邢国峰分析说，目前几乎所有的智能手机、平板电脑、笔记本电脑等设备都是同时支持2.4GHz和5GHz的Wi-Fi。
 
在我们的直播访谈中，邢国峰还对终端设备和路由器设备的Wi-Fi设计给出了自己的建议。在他看来，路由器主要是用来管理终端设备核负责与外网的交互的，属于网络基础设备。
 
而且路由器分为家用和企业级两种，“一般来说，家用路由器更加注重功耗、成本、覆盖范围和稳定性等因素。目前国内的家庭路由器主流的还是以2×2芯片为主，在2.4GHz上做2×2的MIMO，同时在5GHz上做2×2的MIMO，这对大部分的家庭应用来说够用了。”
 
“当然，如果有的家庭有游戏，VR/AR需求的话，4×4和8×8的天线模式或许会更好。”他坦承。
 
企业Wi-Fi更加注重稳定性和覆盖性能。他建议选择4×4或8×8的MIMO天线模式更加合适，还需要同时支持2.4GHz和5GHz，5G上还要有5.1、5.3、5.8不同的频段支持。“企业Wi-Fi路由器需要支持三频或者四频。主平台CPU需要考虑多核CPU。”邢国峰指出。
 
除了家用和企业Wi-Fi，邢国峰同时还指出，汽车内也同样有Wi-Fi需求，特别是现在为了了减轻汽车的重量，减少线束的使用，越来越多的地方需要用到Wi-Fi，比如导航、手机投屏，将娱乐系统中的音视频信号同步到后排座位上的屏幕等等。
 
据邢国峰了解，目前汽车厂商已经明确要求汽车用的Wi-Fi是Wi-Fi 6标准的，而且是2.4GHz和5GHz能够同时工作的那种。
 
他同时还透露，恩智浦将会在今年年底前推出支持6GHz的4×4和8×8天线Wi-Fi 6芯片。
 
邢国峰分享说，目前很多路由器如果是三频的话，需要使用3颗Wi-Fi芯片，每颗工作在某一个频段上，这样的系统成本会比较高，因此，恩智浦计划明年年中推出一颗SoC，可以让两个频段同时工作的路由器芯片。
 
Jeff Lin认为，要普及Wi-Fi 6，路由器扮演着非常重要的角色。据他观察，Wi-Fi 6路由器中滤波器的使用量越来越大。“也就是说，工程师在设计AP的时候，会用到很多不同的滤波器，有的是为了滤除谐波，有的是为了做多频设计，需要用滤波器将5G的两个频段分开，或者是为了避免干扰，要在天线前端或PA前端加滤波器，过滤掉不需要的信号。”
 
还有就是室外AP，目前有些室外AP是将Wi-Fi跟LTE设计在一个盒子里的。此时，Wi-Fi和LTE之间极易发生干扰，因此需要加滤波器进行隔离。
 
除了使用滤波器减少Wi-Fi之间的干扰，还有一个问题需要注意，那就是散热。现在的路由器性能越来越高，散发的热量也越来越高，这个工程师在设计的时候也需要特别注意。
 
 

结语

 
随着Wi-Fi 6从安全、接入、容量、速率、时延和节电等方面进行了优化后，解决了前面几代Wi-Fi的痛点，再加上智能手机、可穿戴设备、智能家居、智能汽车、AR/VR设备等技术的推动，Wi-Fi 6标准的终端数量有望持续增长。
 
虽然Wi-Fi 6E的推出，让不少厂商开始观望，希望能够采用更新的技术，但现在随着6GHz可用频段的确定，满足Wi-Fi 6标准的产品起飞在即。