未來(lái)已來(lái)，WiFi7不會(huì)缺席

skysun000001 2020-09-14

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作者：成信大馬文英、葉松

未來(lái)已來(lái)，WiFi7不會(huì)缺席

智慧城市，WiFi7先行

WiFi7，室內(nèi)海量通信的解決方案

WiFi7，真正智慧生活的開(kāi)啟者

頻譜是無(wú)線(xiàn)通信的基礎(chǔ)資源。低于1 GHz 的頻譜通常被稱(chēng)為“覆蓋頻譜”，能夠用宏基站有效地覆蓋大面積區(qū)域。高于1 GHz 的頻譜為“容量頻譜”，能夠在給定時(shí)間內(nèi)使用微基站傳輸更多數(shù)據(jù)，一般用于室內(nèi)通信等有限的區(qū)域。隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，低頻段的“覆蓋頻譜”資源日趨緊張。例如，西班牙電信花費(fèi)了14億歐元購(gòu)買(mǎi)了2GHz及 3.6GHz頻段上90MHz帶寬的頻譜。

嚴(yán)格來(lái)講，30GHz~300GHz的頻段，其波長(zhǎng)約為1~10毫米，稱(chēng)為毫米波。但更多的時(shí)候，人們一般把頻率為20GHz以上的電磁波也歸類(lèi)到毫米波范圍。毫米波通信設(shè)備因具有帶寬大、天線(xiàn)單元間距小、高速率、低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，能最大限度的發(fā)揮大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于高速高容量的數(shù)據(jù)流量日益增加，根據(jù)思科最新的可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)，到 2022 年，IP 視頻流量將占全球 IP 流量（企業(yè)和消費(fèi)者）總量的 82%，這使得新的通信體制，如5G、高速WiFi等逐漸向“容量頻譜”的毫米波(mmWave)頻段遷移。

圖1毫米波頻帶

對(duì)于國(guó)內(nèi)的5G，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于毫米波有衰減快、距離短的特性，在sub-6G和毫米波頻段的網(wǎng)絡(luò)部署上均本著揚(yáng)長(zhǎng)避短的原則：5G中的毫米波會(huì)應(yīng)用于人流聚集的大型活動(dòng)場(chǎng)、交通信號(hào)燈、密集的城市樓宇中，而在交通運(yùn)輸、地廣人稀的鄉(xiāng)村則會(huì)采用傳統(tǒng)的Sub-6GHz。

顯然，在5G時(shí)代，WiFi 仍將繼續(xù)承擔(dān)起卸載流量和填補(bǔ)5G覆蓋缺口的責(zé)任，在我們未來(lái)網(wǎng)絡(luò)生活中會(huì)依然保持著重要支柱的地位。

從商業(yè)角度看，5G是運(yùn)營(yíng)商部署的網(wǎng)絡(luò)，5G的應(yīng)用是面向eMBB（大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)）、mMTC（大連接物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）和uRLLC（超高可靠超時(shí)延通信）場(chǎng)景的，以室外為主如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域。而WiFi (目前以WiFi6為代表)主要以室內(nèi)短距離覆蓋為主，WiFi6的應(yīng)用可以在eMBB和mMTC場(chǎng)景作為5G的補(bǔ)充，是企業(yè)辦公的不二選擇，為企業(yè)更加智能化提供更多選擇。

從成本角度看，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)基站遠(yuǎn)高于WiFi的AP。目前，全世界600多萬(wàn)個(gè)4G基站已有450萬(wàn)個(gè)在中國(guó)。根據(jù)目前國(guó)家的發(fā)展規(guī)劃，5G基站的數(shù)量、成本、及輻射度都將大于4G基站。因此，低成本、高速和超寬帶的WiFi在未來(lái)比較久的時(shí)間內(nèi)都將成為5G的補(bǔ)充。

從技術(shù)角度講，WiFi6和5G的理想速率差別不大。WiFi6的高速是采用了1024QAM通過(guò)MU-MIMO和OFDMA實(shí)現(xiàn)的，帶寬最高160MHZ，天線(xiàn)數(shù)量最多8T8R，理想速率為9.6Gbps。5G的高速是通過(guò)大規(guī)模的MIMO實(shí)現(xiàn)的，采用幾十到幾百個(gè)天線(xiàn)用于傳播無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，理想速率達(dá)到10Gbps。室內(nèi)單用戶(hù)體驗(yàn)的WiFi6 AP最高可以是8T8R，實(shí)際速率至少為3~4Gbps，而典型的室內(nèi)5G小基站天線(xiàn)一般是4T4R，實(shí)際速率是1.5~2Gbps。所以，單設(shè)備的性能WiFi6會(huì)優(yōu)于5G。

WiFi經(jīng)過(guò)了幾代標(biāo)準(zhǔn)的迭代，產(chǎn)品及應(yīng)用在不斷地更新。目前，WiFi6已開(kāi)始準(zhǔn)備進(jìn)入手機(jī)、筆記本電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等終端。而WiFi7將采用60GHz的頻率，波長(zhǎng)為5G 毫米波段26GHz 波長(zhǎng)的1/2，性能將會(huì)得到更提升。顯然，具有更高性能、更多應(yīng)用場(chǎng)景的WiFi7將會(huì)在不久的將來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)。

表1 WiFi的技術(shù)發(fā)展

年份	WiFi 版本	理想最高速率	工作頻率
1997	802.11 legacy	1 和 2 Mbps	2.4 GHz
1999	802.11a	6~54 Mbps	5 GHz
1999	802.11b	1,2,5.5 和11 Mbps	2.4 GHz
2003	802.11g	6~54 Mbps	2.4 GHz
2009	802.11n (WiFi4)	可達(dá)600 Mbps	2.4 GHz 5 GHz
2013	802.11ac (WiFi5)	可達(dá) 6.93 Gbps	5 GHz
2019	802.11ax (WiFi6)	可達(dá) 9.6 Gbps	2.4 GHz 5 GHz 6 GHz
2020(期望)	802.11ay(be) (WiFi7)	可達(dá) 30 Gbps	2.4 GHz 5 GHz 60 GHz

WiFi7最大的優(yōu)勢(shì)是減少溝通延遲，這有助于提高對(duì)延遲敏感的設(shè)備的性能。它將帶來(lái)令人難以置信的體驗(yàn)，如真正身臨其境的無(wú)線(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等游戲終端。

WiFi7可以同時(shí)在多個(gè)頻率上發(fā)送數(shù)據(jù)，提升了應(yīng)用范圍。例如8k 超高質(zhì)量視頻（像素?cái)?shù)為7680×4320，是4k 電視像素的4倍，1080p 電視像素的16倍）每個(gè)用戶(hù)的流量吞吐量將增加到數(shù)百GB。WiFi7使用 4096-QAM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)在三個(gè)以上波段向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足了以上要求。

WiFi7還擁有獨(dú)特的傳感能力，可以檢測(cè)用戶(hù)的物理位，這將為更多創(chuàng)新帶開(kāi)大門(mén)。在沒(méi)有任何其它傳感器的情況下，WiFi7家庭網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)射頻特性和信道特性的改變情況檢測(cè)人們?cè)诓煌块g移動(dòng)的情況（比如是否摔倒了），監(jiān)測(cè)用戶(hù)的呼吸頻率，支持全新的射頻偵測(cè)應(yīng)用，如鄰近存在檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、精確定位的室內(nèi)陸圖構(gòu)建以及優(yōu)化的臉部特征檢測(cè)等。

Facebook 連接副總裁 Yael Maguire說(shuō)，“使用 Terragraph WiFi（即基于60G的WiFi 7），我們的目標(biāo)是使生活在城市地區(qū)的人們能夠獲得高質(zhì)量的連接，這有助于創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)和加強(qiáng)社區(qū)互動(dòng)”。IEEE (電氣和電子工程師協(xié)會(huì))已經(jīng)形成新的毫米波頻段WiFi7標(biāo)準(zhǔn)802.11be或802.11ay。而蘋(píng)果2020年的 iphone 手機(jī)上將會(huì)采用802.11 ay (WiFi 6被稱(chēng)為802.11 ax)。

由于毫米波頻段的射頻器件研發(fā)難度大、成本高，因此，WiFi 7應(yīng)用的普及關(guān)鍵在于集成化射頻芯片的低成本實(shí)現(xiàn)。目前，F(xiàn)acebook 與高通公司合作開(kāi)發(fā)了WiFi7 60 GHz無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)芯片組QCA6438和QCA6428芯片，并構(gòu)建了多節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。

在國(guó)內(nèi)，各研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在努力開(kāi)發(fā)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WiFi芯片。例如，康希通信科技（上海）有限公司已經(jīng)推出了WiFi 6射頻前端芯片，成為繼Qorvo、Skyworks又一WiFi 6射頻前端芯片供應(yīng)商。

而在WiFi7芯片研發(fā)方面，成都銥通科技有限公司積極進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在原有26~28GHz 5G毫米波芯片和27~31GHz 衛(wèi)星通信芯片的基礎(chǔ)上，近日推出了60GHz 的WiFi7 射頻前端芯片。芯片采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，具體包含VCO 和T/R 兩大部分，外形尺寸4.5mm2，功耗小于400mW?？赏瓿砂l(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生、放大，接收信號(hào)放大、混頻及中頻再放大功能。其中，發(fā)射通道包含：驅(qū)動(dòng)放大器（DA）、功率放大器（PA）；接收通道包含：低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）、模擬信號(hào)放大器（Buffer）；VCO帶寬為4GHz。彌補(bǔ)了我國(guó)在WiFi7射頻芯片研發(fā)領(lǐng)域的空白。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著WiFi7的研發(fā)及應(yīng)用的市場(chǎng)化，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商將在工廠(chǎng)、公司和小區(qū)內(nèi)采用千兆光纖 WiFi 的組合，進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，也為我國(guó)打造智慧城市和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。

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