科普：为什么Wi-Fi需要6GHz

Wi—Fi作为最常用的上网技术，与我们的生活息息相关。

尤其是近两年，受疫情影响，越来越多的社交活动从线下转移到线上，Wi—Fi在其中发挥了巨大作用，显著降低了疫情对社会和经济的影响。

根据思科网络提供的数据，2021年，全球50%的互联网流量来自Wi—Fi。

图1 2021年全球数据流量接入技术的百分比

在过去的20年里，Wi—Fi依靠仅有的2.4GHz和5GHz频段，承载着日益增长的网络需求。

在上一篇文章中，我们谈到了Wi—Fi 6中的一些新技术这些技术有助于缓解网络拥塞问题

可是，即使无线工程师可以用无数黑科技扩展网络容量，但最近几年来无线设备数量的快速增长和应用带来的越来越高的速率需求，最终导致了网络容量的瓶颈。

目前Wi—Fi使用的2.4GHz和5GHz频段已经非常拥挤反映在用户体验上，就是网络延迟增加，用户速率降低，Wi—Fi路由器之间的干扰越来越频繁

为了迎接这一挑战，在Wi—Fi 6推出后不久，Wi—Fi行业就积极推动Wi—Fi 6E的发展。

Wi—Fi 6E沿用了目前Wi—Fi 6的核心技术，通过将Wi—Fi 6的工作频段扩展至6GHz，扩大了网络容量。

如图2所示，新的1200MHz使Wi—Fi的频谱资源增加了一倍。

图2 Wi—Fi频段发展历史

6GHz的频谱，对于Wi—Fi来说，性能可以有质的飞跃从图3中我们可以看到，6GHz使Wi—Fi通道的数量增加了一倍

图2.4，5和6GHz Wi—Fi信道

目前最常用的40MHz通道，5GHz可以提供4个普通通道和8个DFS通道。

在6GHz上，不受DFS限制的40MHz信道多达29个，可供Wi—Fi设备选择。

你为什么需要这么多频道。

要回答这个问题，我们需要把网络的每个节点作为一个整体来看待。

从手机，电脑到无线路由以及后续的光纤网络，任何一个出现瓶颈的节点都无法提升网络的性能在过去的10兆到100兆光纤时代，网速的瓶颈往往是光纤网络本身仅仅提高Wi—Fi的速率，对网络整体性能的意义并不大

如今，伴随着国家双千兆基础设施工程的发展，越来越多的家庭可以使用千兆光网络，企业光网络的速率可以达到10Gb。

光纤技术在不断更新早在2018年，国际电信联盟的发展蓝图下就出现了50Gbps以上的光纤技术预计很快就会出现商用产品

图4 ITU光纤技术发展蓝图

以前Wi—Fi设备主要使用20MHz和40MHz带宽我们的手机和Pad一般都会配备两根Wi—Fi天线，支持MIMO

根据Aruba network在图5中给出的数据速率计算表，在40MHz的带宽下，MIMO和64QAM调制两个通道的Wi—Fi设备理论最大速率只能达到344Mbps左右。

图5 Wi—Fi下单通道的最大理论数据速率6

当用户已经拥有千兆光纤时，这样的Wi—Fi性能成为网络中的瓶颈这时候提高Wi—Fi的速度就有意义了

将带宽提高到80MHz，最大速率可以超过700Mbps，160MHz的带宽完全可以满足千兆光纤的需求。

从用户的路由器使用情况分析，也可以验证这种带宽增加的趋势根据思科和Aruba对其用户的分析，目前80MHz的带宽已经逐渐成为家庭和企业配置Wi—Fi网络时的默认选项

写到这里，你可能会疑惑，上一篇文章不是提到OFDMA，高阶调制和更多的MIMO技术可以提高速率和网络容量吗为什么需要增加渠道资源

其实原因很简单天下没有免费的午餐

虽然MIMO可以提供多个信道来提高数据速率，但代价是额外的信道需要相应的收发信道，增加了Wi—Fi设备的功耗。

其次，更多信道的高阶调制和MIMO的引入，意味着射频接收机对无线信道的信噪比要求更高，降低了小区的覆盖范围和设备的抗干扰程度。

OFDMA的根本在于如何更有效地把蛋糕分给用户，但又不能把蛋糕做大因此，增加容量最直接有效的方法就是拓宽带宽，增加频谱资源

你可能还会有疑问现在5GHz上的Wi—Fi 6不能支持80和160MHz带宽吗为什么需要Wi—Fi 6E

要回答这个问题，需要从网络多路由器部署的角度来讨论。

目前，业界密集Wi—Fi网络部署的黄金法则是7信道重用方案该方案是平衡频谱效率和小区间干扰的最佳优化点

所谓7信道复用方案，是指一个无线路由周围的6个相邻路由，都使用不同的Wi—Fi信道。

以图6中一楼办公空间的Wi—Fi部署为例。

图6—7信道的Wi—Fi小区部署方案

在具有7信道重用方案的网络中，具有相同频率的Wi—Fi小区可以由两个不同频率的小区彼此分开由于距离较远，小区间同频干扰的风险非常小

以往在使用40MHz信道的基础上，这种部署对频谱没有压力。

可是，当用户将信道升级到80MHz带宽时，目前的5GHz频谱是不够的。

这时候Wi—Fi 6E就派上用场了。

从上面的通道图可以看出，6GHz的80MHz通道多达14个，完全可以满足要求即使未来用户升级到160MHz带宽，6GHz仍然可以提供7个信道满足网络部署

当前Wi—Fi 6e的全球发展

Wi—Fi 6E设备一般支持整个6GHz，但在具体的可用频段内，设备厂商需要满足各国的频段要求。

在国际上，6GHz Wi—Fi的频谱分配主要有两个方向第一种是基于ITU Region 2的一步到位方式，即整个1.2GHz频谱对Wi—Fi开放

第二种方法是循序渐进的方法一是低6GHz频段500MHz开放Wi—Fi使用，而高6 GHz频段6GHz 的规划继续持观望态度

采取这一策略的地区主要是欧盟，澳大利亚，日本等国家。

主要原因之一是WRC 23议程1.2中的一个重要议题对这些国家和地区的频谱划分产生了影响。

本期6425—7125MHz频段可能会被部分地区认可为移动通信频段，用于未来的5G甚至6G中国也是这个问题的积极支持者之一

图7 Wi—Fi 6E在全球的发展

从2021年开始，支持Wi—Fi 6E的终端和网络设备大量出现目前Wi—Fi 6E的整个生态系统发展的非常好预计今年将有更多主流设备开始支持Wi—Fi 6E

图8 Wi—Fi 6E生态圈

中国会批准使用Wi—Fi 6E吗。

在6GHz的问题上，WRC—19前后中国工信部的态度一直是支持将整个6GHz分配给5G和未来的6G移动通信Wi—Fi 6E在国内还没有受到太多关注

这和我们国家的5G产业政策以及目前可用的5G中频段数量有很大关系。

根据下面高通公布的数据，中国在中频段的5G频谱只有2.6GHz上的100MHz和3.5GHz上的300MHz，其中3.3—3.4GHz专用于室内5G。

总的来说，中频段的总频谱比欧盟，北美，日本，韩国要少。

图9全球5G频谱分配

不过，从去年开始，香港特区政府已率先规划Wi—Fi 6E在香港的使用特区政府在去年发出的公众意见征集中，提到了目前Wi—Fi网络拥堵对企业和个人的影响

经过几个月的咨询和讨论，在今年4月香港通信管理局发布的最终决策文件中，香港采取了分步走的模式，即效仿欧盟，先开放6GHz的500MHz低频段供Wi—Fi使用对于高700MHz，香港将关注WRC 23议程1.2的主题讨论

我把通信管理局的政策文件附在参考资料里了，有兴趣的同学可以自己研究一下。

图10香港通信管理局Wi—F i6E公众意见征集

mainland China的频谱政策让人们看到了Wi—Fi 6E的曙光。

从过去的C频段，毫米波5G规划来看，香港与内地基本一致，但在政策发布的时间上往往比内地领先一步如果这个规律成立，工信部可能会在6GHz的频谱规划上考虑未来Wi—Fi的需求

其实Wi—Fi网络拥堵不只是香港，内地的大中城市都有未来要提升企业和家庭网络的性能，从企业成本，设备生态，三大运营商的负载能力来看，只有5G是远远不够的

此外，即使不能和在国际移动通信行业有较大影响力的中兴，华为，中国移动相比，国内Wi—Fi行业还有新华三，烽火，TP—link等大公司，甚至中兴，华为本身的企业网事业部也是Wi—Fi生态的重要合作伙伴。

如果6GHz完全分配给移动通信，对于以Wi—Fi产品和服务为主营业务的企业来说，将是一个重大打击尤其是Wi—Fi 7未来能否在中国发展，很大程度上取决于是否有足够的频谱资源

从国内外技术的发展历史来看，技术的更新往往是不可预测的以政府政策为主导，把所有鸡蛋都放在某项技术上，往往会有误判的风险

对于市场的长期活力和产品的国际竞争力，产业政策通常不如市场政策有效让企业自己通过公平的市场竞争来决定未来的技术发展方向，这将使资本的配置更加合理，资源的配置更加有效，企业自身也具有更强的活力

无线网络的未来

Wi—Fi技术仍在不断更新。

2019年Wi—Fi 6问世后不久，802.11工作组就开始了下一代Wi—Fi技术——Wi—Fi 7的研究Wi—Fi 7的学术名称是802.11be，与现在的Wi—Fi 6E使用相同的频谱资源

目前Wi—Fi 7的标准工作还在紧锣密鼓的进行中，今年年初确定了首次发布完整的标准工作需要在2024年后定稿经过认证的Wi—Fi 7设备要到2025年才能上市

Wi—Fi 7的关键技术将在下一篇文章中重点介绍。

图11 Wi—Fi 7的时间节点

参考

阿鲁巴网络白皮书——Wi—Fi 6e和6 GHz频段技术指南。

Wi—Fi联盟–支持Wi—Fi 6E的国家。

高通，5G频谱创新和全球更新。

香港通讯管理局—设立类别牌照以规管无线局域网络所使用的6 GHz设备的使用及业务活动，并更改提供公共无线局域网络服务的类别牌照。

霍罗夫，e .，列维斯基，I .，ampAkyildiz，I. F. IEEE 802.11be的现状和方向，未来的Wi—Fi 7