3月17日,在高通Wi-Fi 6技術線上媒體溝通會上再次詳細介紹了其四款六核心的Networking Pro Wi-Fi6解決方案,以及專為移動連線新時代而打造的高通FastConnect子系統。
據介紹,Networking Pro 系列具有四款差異化平臺,及全新的晶片組架構,它由 A53 架構的四核CPU組成,最高層級平臺主頻高達2.2GHz,同時具備兩個網路加速器,使硬體可以加速更多資料流,從而釋放CPU主平臺來完成更多應用。該系列平臺最高支援12路空間資料流,每個接入點最多支援連線業界最高的1500個使用者,同時可以併發處理37個OFDMA使用者,以及同時處理8路MU-MIMO資料流。
而FastConnect是一個子系統,它集成了 Wi-Fi 和藍芽,同時還和驍龍移動平臺系統內的各個子單元之間相互協作,提供更多、更好的多使用者連線技術以及更動態的功耗管理調整來實現更高的能效比。
高通最為人所熟知的是晶片廠商,但如果以Wi-Fi出貨量計,它其實也是家庭、企業、場館和移動Wi-Fi細分市場的全球領軍企業。據高通產品市場總監胡鵬介紹,自2015年起,高通已經出貨超過40億顆Wi-Fi 晶片。羅馬並非一日建成。在Wi-Fi領域,高通非常早就開始進行大量投入。從Wi-Fi4 開始,再到 Wi-Fi5、Wi-Fi6,另外還包括技術獨特且難度較高的 60GHz Wi-Fi 領域,高通不僅有非常豐富的技術積累,還持續在第一時間推出能夠支援技術升級的產品組合。高通2012年在手機側率先推出支援Wi-Fi5(802.11ac)的產品;2014年先後推出首個4路 MU-MIMO 網路解決方案,及業界首個2x2MU-MIMO移動平臺;2016年推出了 Wi-FiSON(自組織 網路)以及 Wi-Fi 網狀網路(Mesh)解決方案;2018年推出業界首批能夠提供頂級吞吐量的 802.11ay產品;2019年,推出首個面向移動終端的 Wi-Fi 6 解決方案,以及首個8x8 Wi-Fi 6 網路解決方案。2020年,高通再次帶來了它在Wi-Fi 6領域的創新成果。
Wi-Fi 6:必須重新定義的“新連線”
2020年,受新冠疫情的影響,無論是中國經濟,還是全球大環境,都受到了嚴重的重創,各行各業也都面臨著最嚴峻的考驗。通訊行業,隨著MWC2020的停辦,沒有了與未來科技的會面,讓科技圈黯然失色不少。不過,無論是運營商,還是手機等終端廠商,都繼續積極推進著5G的發展。除了5G,Wi-Fi 6也是今年的一個熱門。近期,將為200M以下電信家庭光纖寬頻使用者提供免費提速到200M的服務。為了提升使用者的寬頻體驗,其實各大運營商都在逐漸提升寬頻速率,各大電商平臺也在不斷推出支援Wi-Fi 6的路由器,而且各大手機廠商也開始密集釋出自己全新系列的手機產品,都已經支援Wi-Fi 6技術。
20年前,Wi-Fi 網路的任務較為簡單。在家庭網路環境中,Wi-Fi只為一兩臺具有Wi-Fi功能的裝置(例如,膝上型電腦)而服務。10年前,隨著智慧手機和平板電腦的興起,Wi-Fi 逐漸成為這些新興裝置重要的聯網方式,無線路由器也隨之進入更多家庭,也使得更多人、更多終端擁有了在公眾場所連線網際網路的能力。現在,更多移動終端的興起以及智慧家居的廣泛應用,使得家庭成為高密度Wi-Fi 使用場景;各種手遊以及雲服務也催生了大量家庭網路需求。在大型公眾場所中,智慧化建設當中高品質、高可靠的無線網路也成為了數萬使用者以及園區智慧裝置管理連線的重要橋樑。
隨著網路資料的爆發式增長,市場對於上行鏈路的需求也有了顯著提升。Wi-Fi 6也可以說是為了滿足使用者和市場對於上行鏈路效能提升的需求和技術保障而產生的。Wi-Fi 6 肩負著高頻寬、低時延、多使用者連線的歷史使命。新時代下,消費者不僅僅只是聯網的有線連線,更希望享受到更高頻寬、更低時延、更能完全保障大量家中智慧終端的連線體驗,全屋高品質的無縫 Wi-Fi 連線,以滿足資料爆炸時代高品質的連線需求。
跑得快是Wi-Fi 6的最直觀優勢,不過卻並非是它的最重要升級點。對於80Ghz通道上的單個空間流,WiFi 4的理論速度是150Mb/s,Wi-Fi 5的理論速度是866MB/s,Wi-Fi 6的理論速度是1201MB/s。對比可見,Wi-Fi 6較Wi-Fi 5的提升速度遠低於Wi-Fi 5較Wi-Fi 4的提升。Wi-Fi 6其實更重要的是解決了大數量裝置在連線網路時,網路的擁堵問題。
目前Wi-Fi面臨的問題是,裝置越來越多,並且它們對上下行流量的要求也越來越高,此外,還面臨非常嚴重干擾,以及互相搶佔資源。一些大資料顯示,目前絕大部分使用者使用的還是2.4GHz Wi-Fi。事實上,在5GHz頻段上,802.11ac(即Wi-Fi 5)的2x2 MIMO情況下,80MHz頻寬下可以達到867M的吞吐量,實際有效吞吐量可以達到接近700兆。對於大多數使用者,他們遇到的問題不是幾百兆頻寬的Wi-Fi不夠用,而是Wi-Fi時常斷線。Wi-Fi 6最關鍵的一點是極大改善了目前終端使用者的使用者體驗問題。它是將很多控制權放在路由器側,讓路由器決定裝置之間是否組成一個OFDMA的網路,減少不必要的空間競爭,讓裝置有序地通訊(包括MU-MIMO上下行)。
高通產品經理葉思崑表示,高通一直很注重使用者體驗的提升,致力於通過不斷的技術研發和產品升級,能夠真正解決使用者痛點。作為方案提供商,為進一步改善Wi-Fi網路效能,高通一直在做不斷的嘗試和深度的思考。那麼,高通基於Wi-Fi 6標準,都做了哪些事情呢?
Networking Pro:極致的Wi-Fi 6網路體驗
高通此次推出的Networking Pro平臺,實現了上行 MU-MIMO、上行的OFDMA、支援高達37個OFDMA使用者以及支援高達1500個使用者連線等諸多增強特性。除了速率以外,還提供了大量的實用Wi-Fi6特性。下圖是這款晶片的全新架構圖。它由A53架構的四核CPU組成,最高層級平臺主頻高達2.2GHz,同時具備兩個網路加速器,使硬體可以加速更多資料流,從而釋放CPU主平臺來完成更多應用。CPU的資源非常重要,因此高通的解決方案,將資料部分儘可能上傳到網路處理器中。此外,IoT Connectivity可以支援藍芽以及ZigBee連線,滿足家庭應用中智慧家居應用場景的需求。同時,該方案有專門的能耗管理單元,以及基於乙太網、能支援高達10GB的介面,此外還實現了音訊、視訊、語音的支援。
高通Networking Pro平臺晶片架構
下面,我們再來詳細看看這個平臺中的幾項關鍵技術。首先是MU-MIMO。MU-MIMO分為上行和下行,主要是可以併發處理大資料連線以及通訊。高通作為首家支援4路MU-MIMO 晶片組的廠商。與傳統的路由器和手機之間採用的分時工作、依次進行資料傳輸的工作方式不同,它可以支援多使用者下的Wi-Fi同時工作。如果路由器和手機同時支援 MU-MIMO,就可以實現由一個路由器同時為幾部手機提供網路支援,相比傳統的工作方式效率更高。
早在 2016 年時,高通就將下行MU-MIMO引入到Wi-Fi 5,並將效率提高了2至3倍,為多終端的下載速度提升帶來變革性飛躍。到Wi-Fi6 ,基於近年來多終端直播以及雲備份等上行活動愈發活躍的現狀,為滿足時代需求,高通的MU-MIMO 解決方案已經可以同時支援上行和下行鏈路。上下行支援的鏈路數量越多,則在實際使用當中效果也會更好、效率也更高。據介紹,目前,已經有 7.5 億臺採用高通的MU-MIMO 決方案的客戶端裝置出貨。
接來下,我們再來看BSS Coloring(BSS 著色技術)。Wi-Fi 6 增加該功能的目的在於,針對相鄰通道的網路裝置,6 位著色法使裝置能夠區分相互之間的關係,從而降低裝置之間的相互干擾,增加每個裝置自身的網路通訊能力。
第三個,就是最常聽說的OFDMA技術。對於各種碎片化的資料——例如在玩手遊的時候,怎樣確保手遊在大量裝置環境下,依然能保持很好的低時延效果?這其實是通過OFDMA來進行改善,這也是在Wi-Fi領域非常重要的、全新引入的技術,這一技術早在蜂窩網路上就已開始運用了。目前,高通已經能提供支援同時併發處理37個使用者的OFDMA技術, 同時還具有能併發處理 37 個終端側裝置的能力,並支援上行以及下行的 OFDMA 技術,使得上下行能夠對等地提升 OFDMA 效能。這是非常重要的指標,同時也是當前業界領先的水準。
據了解,目前,高通面向Wi-Fi6網路基礎設施的完整產品組合分為 Networking Pro400、Pro 600、Pro 800 以及最高階的Pro 1200四條產品線,它們分別對應最高支援4路、6路、8路和12路空間資料流。此外,該系列平臺具有可擴充套件性,支援一些更智慧的配置,使用過程更加便捷、安全,並且更新時無需更新每個產品,網狀網路中的所有產品僅相當於一臺裝置。這個解決方案適用於家庭側、商業側,以及企業級的應用場景,對火車、飛機以及各種客運大樓等大型場所也同樣適用。目前已經有超過200款採用 NetworkingPro 系列平臺的設計已經出貨,或是正在開發當中。
專為移動連線而生的FastConnect 子系統
移動裝置是現在人們生活不可或缺的一部分。隨著5G、物聯網等新技術的不斷推進,移動資料正逐年持續增長。據相關統計資料顯示,2017年至2022年,全球移動資料流量預計將增加7倍。在這些資料流量中,視訊的佔比將越來越高,例如一些海外的研究報告顯示,Facebook 線上直播每年都在翻倍上漲,觀眾對視訊的品質要求也越來越高,YouTube 每分鐘上傳300小時視訊;在國內市場中,抖音、微信、微博 等各種各樣線上視訊直播需求,以及上傳視訊、線上觀看視訊的需求也非常火熱。目前視訊在資料流量中的佔比大概是50%,而到2022年這一比例將會增加至80%。另有資料顯示,到2022年,70%的IP資料流量將會通過無線的方式傳輸,在這些無線資料傳輸中,Wi-Fi 將會分流59%的移動資料。
Wi-Fi 6 技術正是在這樣的大背景下應運而生。市場對於移動資料流量、使用者上網需求、以及各種各樣複雜應用場景下對於大頻寬、高吞吐量、高能效上網的需求,正是這些要求催生Wi-Fi 技術發展,以應對市場上對於Wi-Fi連線的不同應用需求。高通推出了的FastConnect子系統,正是響應這些對無線連線效能提升的需求。該系統集成了Wi-Fi和藍芽,但它不僅僅是整合 Wi-Fi 和藍芽,它還和驍龍移動平臺系統內的各個子單元之間相互協作,提供更多、更好的多使用者連線技術以及更動態的功耗管理調整來實現更高的能效比。例如 Wi-Fi 和蜂窩之間的無縫切換等各種各樣的應用場景以及使用者體驗的提升,都是通過 FastConnect 子系統在內部進行整合、提供最佳方案來實現的。
隨著驍龍 865 移動平臺的推出,高通推出了整合非常完整的 Wi-Fi 6 功能集合的FastConnect 6800子系統。據介紹,在Wi-Fi 6完整的功能之中,FastConnect 6800子系統既對基礎特性提供支援,同時也對每個特性又進一步實現極致化提升。
如下圖, 首先,8×8 資料流探測的 MU-MIMO是Wi-Fi6 標準的可選特性之一,在高通的解決方案中,實現了對最頂級的 8×8 探測能力的支援。在多使用者聯網的情況下,該特性可以提升單使用者和整個網路的吞吐量。其次,目標喚醒時間(TWT),也是可選特性之一,高通技術中也提供了全面的支援。第三是WPA3 安全,它分為三個子集,包含了大量的對安全加密的提升,Wi-Fi 6的標準並不一定要全部支援,而高通的解決方案可做到在個人、企業、公共場所 等不同場景下,都能夠支援 WPA3安全。最後,在1024QAM調製方式的支援上,Wi-Fi 6 標準並不要求同時在2.4GHz和5GHz兩個頻段同時支援1024QAM,且市場上有些方案也只在5GHz頻段提供支援,高通技術在兩個頻段都能夠支援最高的1024QAM調製方式。在OFDMA和MU-MIMO的支援方面,高通實現了對這兩個特性的上行和下行的全部支援,能夠極大程度地滿足上行和下行鏈路都希望提升吞吐量的需求,為每個使用者帶來網路效能的提升。此外,FastConnect 6800 還可以支援藍芽 5.1。
關鍵技術點:2×2+2×2 雙頻併發
傳統意義上的“雙頻 Wi-Fi”指的是手機的Wi-Fi連線能力,既支援2.4GHz頻段,也支援5GHz頻段,但只有一套基帶,一套 MAC,控制兩個頻段的射頻,沒辦法同時工作,所以並不是雙頻併發。由此帶來的問題是如何在複雜的使用場景下判斷何時連線2.4GHz頻段,何時連線5GHz頻段。路由器由於不了解終端的狀態,很難判斷。同樣的,終端由於使用場景複雜,也很難判斷。
在 FastConnect6800 上,高通進一步推出2×2+2×2的雙頻併發Wi-Fi,可以在2.4GHz和5GHz頻段,同時支援2×2的 MIMO,並且是基於最高的1024QAM調製方式,一方面可以帶來吞吐量的極大提升,最大的物理吞吐量可以達到 1.8 Gbps,實際吞吐量能達到 1.3-1.4Gbps。另一方面,因為兩個鏈路同時工作,可以帶來更低時延的網路效果。此外,由於能夠兼顧2.4GHz和5GHz這兩個網路頻段,覆蓋範圍更大。
雙頻併發是高通進一步改善雙頻切換的方案之一。何時切換,並不僅僅是考慮訊號的好與不好,還要考慮5GHz通道和2.4GHz通道在流量各方面的情況, 比如某個終端上是否在播放視訊。這其中就用到了高通非常成熟的自組網技術。所以在軟體上,路由器側會做更精細的補充,會通過 802.11k 和 802.11v 這樣的技術使得整個切換變得更加無縫。這種連線不僅是2.4GHz 和5GHz之間的,也包括全場景的路由器之間的切換。
Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E、Wi-Fi 6+5G
Wi-Fi 6E 是近期比較熱門的話題。2019年9月,Wi-Fi聯盟正式將Wi-Fi 802.11改名為Wi-Fi 6;2020年1月,Wi-Fi聯盟再次宣佈將使用6GHz頻段的802.11ax無線網路稱為Wi-Fi 6E。它是把 Wi-Fi 6 的協議從現在的雙頻 2.4GHz、5GHz 拓 展至 6GHz 頻段。6GHz 是一個全新的頻段,有 1.2GHz 的總頻寬,可以容納更多的通道數量。據相關資料介紹,Wi-Fi 6E由於與5GHz頻段相鄰,具有更大的可用性和更寬的通道尺寸,並且可以在受到傳統Wi-Fi 4或者Wi-Fi 5裝置干擾的情況下依然獲得清晰的頻譜。
Wi-Fi 6E除了增加對6GHz頻段的支援,對射頻等不管是硬體設計還是其他外圍設計,與Wi-Fi 6也不太一樣。有相關分析人士認為,一旦監管機構開放6GHz頻段,第一批使用該頻段的Wi-Fi裝置將包括Wi-Fi 6E智慧手機。在今年2月,高通基於Wi-Fi 6E的技術架構,做了一個從路由器側到手機側的端到端OTA演示。不過,目前Wi-Fi6E還處於演示階段,商業化要到後續才能實現不過。具體在中國,考慮到中國的具體國情,中國目前還沒有公佈開放6GHz頻段的政策。
葉思崑表示,Wi-Fi 6E增加了對新的頻段的支援,不論是路由器側、網路側還是手機側,都是需要硬體上的更新的。高通會隨時跟進中國最新制定的政策規範,在Wi-Fi 6E(6GHz頻段)開放的時候,基於政策規範做出相應的有針對性的設計。
不過,Wi-Fi 6E只是在Wi-Fi 6的基礎上增加了6GHz頻段,但還並不足以成為新一代的Wi-Fi。怎麼命名不重要,關鍵還是在於怎麼給終端使用者帶來體驗提升。高通認為,在當前實時雙頻Wi-Fi比較能夠提升使用者體驗,超過90%以上的使用者預設連線2.4GHz Wi-Fi時,完全沒有把5GHz頻段利用起來。5GHz頻段穿牆較差,但是當用戶在同一個房間或者隔牆不是很遠的時候,5GHz又具備網路環境乾淨、速率高的優勢,而2.4GHz穿牆效果好。這二者之間怎麼切換是一直以來比較困擾業界的問題。在高通最新推出的Wi-Fi 6方案當中,就採用了2x2+2x2雙頻併發Wi-Fi技術,這個目前高通特有的特性,對增強使用者Wi-Fi體驗非常重要。
胡鵬表示,高通從底層技術角度出發,把 2.4GHz 和 5GHz同時利用起來,兼顧兩者的優勢,目前來看,在5GHz頻段下,160MHz頻寬在中國僅能支援1個通道,因此160MHz 對於Wi-Fi 6來說並不是太實用。不過隨著Wi-Fi 6E的開放, 6GHz頻段帶來的更高頻段,,160MHz可以容納7個通道,這 將能夠更好的地發揮其優勢。
除Wi-Fi 6E外,Wi-Fi 6+5G也是當前行業的一個熱議話題,更是被行業戲稱為“天生一對”。5G和Wi-Fi都是接入技術,它們在不同的場合下各有側重點。在外面的移動場景下,5G毫無疑問更合適,其移動範圍更大;而Wi-Fi的應用場景則是機場、酒店,尤其在家裡用的比較多。從目前的調研資料來看,使用者回家後對Wi-Fi的使用率非常高。而且現在需要接入Wi-Fi的裝置越來越多,人們家裡有掃地機器人、電視機、投影儀、飲水機等,各種物聯網裝置都需要接到Wi-Fi上,使得Wi-Fi上的裝置越來越多。此外,雖然5G的技術很強大,但其頻寬成本也是明顯高於相對輕量化的Wi-Fi6技術。
無論是在國內還是國外,“最後一公里”都是較大的難題,因為鋪設電纜很麻煩,而到家的網路覆蓋又是另外一個問題。葉思崑表示,5G 和Wi-Fi 6是相輔相成、協同發展的。隨著5G和Wi-Fi 6技術的融合,它們將共同為使用者帶來效能和體驗的提升。對於整個業界而言,5G 和 Wi-Fi 6的協同發展將會成為網際網路發展中的一個重要的試點。