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以Wi-Fi 7拓展Wi-Fi效能的極限
 

【作者: Andrew Davidson】   2022年02月25日 星期五

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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與許多其他技術一樣,如何崛起、適應、和發展,以滿足新興和不可預見的連網挑戰。


Wi-Fi技術即將以Wi-Fi 7邁入新章節,高通技術公司不僅專注於協助定義其功能,這些功能帶來如我們習慣在每個新一代Wi-Fi推出時看到的極致連網速度與容量,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結合增強的低延遲、連網速度與容量,將成為推動XR、元宇宙、社群遊戲、邊緣運算等更多最先進使用案例的核心。


過去二十年來,我協助開發了多項Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance )的計畫,並擔任WFA董事,有幸為業界制定Wi-Fi標準作出貢獻,並見證其成果。從這個角度來看,討論Wi-Fi 7將帶來的一切,在於Wi-Fi 7的全新與創新技術來得正是時候,剛好能滿足今日與未來使用案例中對於Wi-Fi顯著成長。


Wi-Fi是至關重要的連網技術


Wi-Fi在人們的生活和經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,Wi-Fi都是不可或缺的資源。


市場分析研究公司IDC預測,2021年底有超過20億Wi-Fi 6裝置出貨,佔所有Wi-Fi產品出貨的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動因素,但最值得注意的是Wi-Fi技術持續演進的發展能與逐漸成長的需求相符。例如為了增進Wi-Fi於人口密集網路的效能,Wi-Fi 6引進多重使用者的相關功能,Wi-Fi 6E則進一步拓展這些功能至全新6 GHz頻段,使頻道數增加、頻寬更寬,以因應提升連網速度和低延遲的需求。網狀網路路由器是高通技術公司的一項產品創新,不僅實現涵蓋整個住家的網路覆蓋範圍,更確保在需要的地方能提供高速網路存取。



圖一 :  Wi-Fi 6出貨量預測
圖一 : Wi-Fi 6出貨量預測

儘管Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E正以前所未見的速度快速地邁向主流採用,對於在多層面推動更高效能的需求仍持續成長。


Wi-Fi 7帶來更高水準的效能


正如先前我們所討論的,頻譜是無線連網技術的命脈。綜觀過去,從只有三個窄頻寬頻道的傳統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技術創新。現在新的6 GHz的頻段配置(部分地區高達1200 MHz的頻譜)與日益擁擠的2.4 GHz (由於藍牙和Thread技術的使用增加)正進一步帶動變革。


現代高速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。此一現實不僅確保了連網速度與低延遲,亦釋放2.4 GHz頻段更多容量可用於更適合的應用,例如物聯網和在Wi-Fi網路邊緣運作的裝置。


管理與最佳化各種可用頻段或許是Wi-Fi 7的指標性差異化優勢。Wi-Fi 7的多種功能可用於提供極致連網速度、大容量與低延遲,支援下一世代的應用與服務。以下為指標性功能的概覽。


多重連結技術可於連網速度壅塞環境中降低延遲


如今的存取點(Access Points)通常在三個頻道上提供支援,一個在2.4 GHz低頻頻段,其餘兩個則為5 GHz和6 GHz高頻頻段,到了Wi-Fi 7,這將越來越普遍。取決於區域的可用性,高頻頻段支援可能為5 GHz頻段的兩個頻道,或於5 GHz和6 GHz頻段中的各一頻道。Wi-Fi 7的多重連結功能為單一使用者提供多個選項,能使用這些頻道。最有效的存取路徑為利用容量較大、尖峰速度較高與網路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行傳輸,前次傳輸完成後就能再次選擇頻段。如此將能避免網路連結壅塞,並降低延遲。



圖二 : 多重連結切換,裝置能於可用頻段之間切換,以降低延遲
圖二 : 多重連結切換,裝置能於可用頻段之間切換,以降低延遲


最高效能選項為高頻頻段同步多重連結,如圖2所示。裝置利用各個可供使用的頻段,且能同時於不同頻段運作,聚合兩個頻道的流通量。由於可在各頻段同時運作,能進一步避免網路壅塞、降低延遲性。



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

拓展所有地區的寬頻道頻寬


Wi-Fi 6E顯著地擴展了寬頻道頻譜的使用,讓在任何配置6 GHz頻譜的地區皆可使用多個160 MHz頻道。Wi-Fi 7則使可用頻道頻寬增加一倍至320 MHz。理論上,這能讓容量加倍,大幅改善使用者資料傳輸速度。


部分地區可支援320 MHz連續頻譜的三個頻道,部份地區可支援一個頻道,有些區域完全不支援。5 GHz頻段不具備連續的320 MHz頻道,因此只有支援6 GHz頻譜的地區可支援此連續模式。高頻頻段同步多重連結可藉由累計兩個可用頻道的流通量,提供頻寬更寬、更有效的頻道。在高頻頻段聚合兩個頻寬為160 MHz的頻道,可建立一個頻寬達320 MHz的有效頻道。在中國,高頻頻段同步多重連結實現了頻寬為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


佔用部分(如20 GHz或40 MHz)閒置連續頻道的既有用戶,通常會使存取點無法使用這些頻譜。Wi-Fi 7的創新解決方案稱為「前導碼刪餘(Preamble puncturing)」,空下受干擾的頻譜,同時仍使連續頻道可能存在,如圖2所示。整體頻寬因刪餘而降低,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,前導碼刪餘使更寬的頻道仍得以使用
圖四 : 即使有使用者干擾,前導碼刪餘使更寬的頻道仍得以使用

4k 正交調幅(QAM)與許多其他增強效能的功能


Wi-Fi標準化了更高階的調變技術4k QAM,這是高通Wi-Fi 6解決方案中現已支援的技術。4k QAM可提升接近存取點的使用者連網速度,為其他使用者保留寶貴的容量。


Wi-Fi 7實現令人興奮的全新體驗與使用案例


Wi-Fi 7不僅提升今日現有應用的效能,更實現許多全新體驗。例如最先進的延展實境(XR)應用,由於該應用對於延遲性極為敏感,若無法達成超低延遲,XR裝置甚至無法運作。要打造沉浸式、極為真實的XR體驗,需要具備超高畫質影音內容和極高的更新率,這需仰賴超高連網速度和頻寬才能實現。此外,需有極大的網路容量,才能支援大量使用者同時使用這些應用。雲端遊戲、社群遊戲與元宇宙等其他應用亦將考驗無線科技的極限,挑戰Wi-Fi 7能否充分發揮效能。


企業網路方面,智慧與價值正逐漸往邊緣發展。邊緣雲端是企業數位轉型的基本元素。Wi-Fi是許多企業使用案例的最後一環—即使在壅塞、高流量情境中,Wi-Fi 7提供的低延遲與頻寬,對於許多關鍵業務應用至關重要。無庸置疑,Wi-Fi 7將迅速成為支援辦公室、娛樂場所與其他高流量使用案例的必要條件。


引領標準制定與技術發展


高通技術公司處於Wi-Fi技術演進的最前端,推動標準制定與技術發展,以滿足消費者、裝置、應用與服務不斷成長的需求與期待。


長久以來,我們不斷打造具開創性的技術,協助IEEE與WFA等組織標準化這些技術。我們在幾乎每一個Wi-Fi技術重要的演進階段都扮演關鍵角色。例如,我們協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802.11n與11ac,率先將正交分頻多重接取(OFDMA)引進Wi-Fi 6(當時稱為11ax),以及其他許多技術的創新。我們正與IEEE和WFA全體成員密切合作, 使Wi-Fi 7技術更為完善。


(本文作者Andrew Davidson為高通資深工程總監)


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