Wi-Fi 技術(shù)今年已邁入 20 年大關(guān)，它的成功是有目共睹的，遠遠超出了人們的預(yù)期。美國聯(lián)邦通信委員會 (FCC) 最近宣布，考慮允許將 6 GHz 頻段中的 1200 MHz 頻譜開放給免許可應(yīng)用，與此同時，歐盟也有類似的舉措，承諾釋放出足夠的頻譜，推動 Wi-Fi 邁向全新高性能時代。

在 2018 年末，F(xiàn)CC 發(fā)布了擬定法規(guī)的通知，旨在推進利用 5.925-7.125 (6 GHz) 頻段的 1200 MHz 頻譜部分實現(xiàn)免許可應(yīng)用的新機遇。Wi-Fi 用戶應(yīng)該為之欣喜，因為 6 GHz 頻段的 Wi-Fi 可能在 2020 年成為現(xiàn)實。為了解這一事件為何值得慶祝，我們研究了 6 GHz 頻段在免許可應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注，以及急需額外頻譜來維持 Wi-Fi 發(fā)展的原因。

思科的年度移動視覺網(wǎng)絡(luò)指數(shù) (VNI) 預(yù)測，到 2022年，Wi-Fi 將承載 51% 的全球 IP 流量，高于其他任何有線或無線接入技術(shù)，而 Wi-Fi 熱點（包括家庭熱點）的總數(shù)有望在 2022 年達到 5.49 億個。

Wi-Fi 承載的互聯(lián)網(wǎng)流量高于其他任何無線技術(shù)。盡管可用頻率范圍小于 600 MHz（2.4 GHz 頻段為 70 MHz，5 GHz 頻段為 500 MHz），但這種情況還是發(fā)生了。不過，Wi-Fi 聯(lián)盟委托進行的一項研究預(yù)測，到 2020 年，處理流量的頻譜短缺為 800 MHz，而到 2025 年這種短缺將達到 1.12 GHz。這項研究強調(diào)了提供連續(xù)頻譜來啟用 160 MHz 寬通道（將來可能為 320 MHz）的重要性。6 GHz 頻段及其 1200 MHz 連續(xù)頻譜可以滿足增長需求，這就是 FCC 目前正考慮使用它的原因。

為什么需要更多頻譜？

2.4 GHz 和 5 GHz 頻段中免許可頻譜的使用推動了 Wi-Fi 的發(fā)展。它降低了新用戶的門檻，并推動了低成本的部署，使 Wi-Fi 成為一種無處不在的本地網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。

但是，這也給它帶來了麻煩，由于免許可頻譜被大量設(shè)備（包括使用藍牙、Zigbee 和其他技術(shù)的非 Wi-Fi 設(shè)備）共享，迫使該技術(shù)在與許多用戶共存時做出妥協(xié)。附加免許可頻譜將解決用戶面臨的兩個主要問題:

擁塞- 目前可用的 Wi-Fi 通道數(shù)較少，這迫使許多用戶共用可用帶寬，從而造成擁塞。

80 MHz 和 160 MHz 通道可用性受限- 如今，連續(xù)頻譜十分有限，啟用 80 MHz 或 160 MHz 通道變得十分困難，然而，只有當寬通道可用時，才能實現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量。

通道擁塞

在使用 Wi-Fi 5(802.11ac) 的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)或使用 OFDM（正交頻分復(fù)用）接入技術(shù)的舊版 Wi-Fi 中，連接至同一通道的所有設(shè)備都會占用其容量。當在具有大量設(shè)備的通道上連接時，用戶體驗到的數(shù)據(jù)吞吐量會減少，因為每個用戶都需要等待輪流發(fā)送（或接收）數(shù)據(jù)。擁塞是由連接至同一接入點并共用同一通道的設(shè)備引起的。

盡管可能不那么直觀，但相鄰網(wǎng)絡(luò)中相同通道或重疊通道上的設(shè)備也會引起擁塞。所有這些設(shè)備都在爭奪接入同一 RF 通道頻譜的資格。在人員密集的市區(qū)、機場或體育場館中，Wi-Fi 信號從數(shù)百個接入點和客戶端設(shè)備發(fā)出，通道擁塞問題尤為嚴重。

2.4 GHz 和 5 GHz 頻段支持有限數(shù)量的非重疊 20 MHz 和 40 MHz 通道。Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 (802.11ax) 標準增加了對 80 MHz 和 160 MHz 通道寬度的支持，可實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速度。但實際上極少部署更寬的通道。目前在 5 GHz 頻段中只有六個 80 MHz 通道和兩個 160 MHz 通道可用。

在人員密集的環(huán)境或大型企業(yè)中，很難找到一個不受重疊通道上設(shè)備干擾的 80 MHz 或 160 MHz 通道。為應(yīng)對這種情況，網(wǎng)絡(luò)管理員通常選擇禁用這些功能，從而限制其網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)速度。

以通常與電話、筆記本電腦和平板電腦一起使用的雙天線（MIMO 流）客戶工作站為例，40 MHz Wi-Fi 5 部署中可以達到的最高速度僅為 400 Mbps，而 Wi-Fi 6 部署在物理層上最高只能達到 574 Mbps。在 TCP 層（即可用數(shù)據(jù)吞吐量）上，結(jié)果處于上述數(shù)字的 60% 到 70% 范圍內(nèi)。

顯而易見，頻譜可用性限制將很快阻礙 Wi-Fi 技術(shù)的發(fā)展。同時，寬帶接入速度（DOCSIS、無源光網(wǎng)絡(luò)和家庭光纖）保持快速增長，視頻流、VR/AR 和游戲等應(yīng)用需要的帶寬越來越高。此外，Wi-Fi 是 5G 技術(shù)的關(guān)鍵推動力，它可能會被廣泛用于分擔移動流量，并通過 FWA（固定無線接入）提供 5G 室內(nèi)覆蓋。在不久的將來，如果頻譜可用性沒有任何改善，由于最終需要通過 Wi-Fi 接入所有服務(wù)，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)很可能會遇到瓶頸。

Wi-Fi 6和6 GHz頻段

切勿混淆 Wi-Fi 6 和 6 GHz 頻段 Wi-Fi，因為兩者是兩個獨立但相互關(guān)聯(lián)的主題。

Wi-Fi 6 是 Wi-Fi 聯(lián)盟基于 IEEE 802.11ax 標準打造的一種全新用戶友好型技術(shù)名稱。802.11ac 標準也已更名為 Wi-Fi 5，802.11n 現(xiàn)在更名為 Wi-Fi 4。這種全新命名方案旨在方便公眾識別設(shè)備已發(fā)展到第幾代，而無需記住復(fù)雜的 802.11 這一縮寫。

2×2 站點上可實現(xiàn)的最大物理層速度

IEEE 802.11ax 定義為在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段下運行，許多設(shè)備制造商正在交付運行在這些頻段下的 Wi-Fi 6 設(shè)備?，F(xiàn)階段已為在 5.925-7.125 GHz 頻段的運行做好準備。運行在 6 GHz 頻段上的 Wi-Fi 6 兼容型設(shè)備最早可于 2020 年上市。

Wi-Fi 6 引入了正交頻分多址 (OFDMA) 技術(shù)，已然成為一項革命性的標準。OFDMA 是 Wi-Fi 運行方式的真正顛覆者，因為它允許多個用戶同時傳輸。與用于先前幾代 Wi-Fi 的 OFDM 不同，OFDMA Wi-Fi 通道帶寬（20、40、80 或 160 MHz）可在多個用戶之間分配，這些用戶同時在稱為資源單元 (RU) 的較小子通道上傳輸。802.11ax 是解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的重要一步。它的影響通?？杀扔鳛閺膯诬嚨拦?(OFDM) 升級為多車道高速公路 (OFDMA)。

但是，只有在客戶端設(shè)備和接入點廣泛采用 Wi-Fi 6 技術(shù)后，OFDMA 才有效。實際上，每當傳統(tǒng)設(shè)備（11ac、11n 或更早版本）在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)時，都會恢復(fù)為單次傳輸占用整個頻譜的標準 OFDM 模式。只有 Wi-Fi 6 設(shè)備能夠參與 OFDMA 傳輸。事實是，在大多數(shù)消費類設(shè)備都采用 Wi-Fi 6 之前，用戶可能不會察覺到性能相比舊技術(shù)有了極大提高。

另一方面，將 6 GHz 頻段引入 Wi-Fi 應(yīng)用后，可以即時滿足所有 Wi-Fi 6 用戶的需求。6 GHz 頻段擁有足夠的頻譜來安全部署 80 MHz 或 160 MHz 寬的通道，同時可通過新建部署消除向后兼容性問題，因此可為 Wi-Fi 6 用戶提供極其出色的服務(wù)，能夠即時實現(xiàn)高吞吐率和無擁塞的網(wǎng)絡(luò)訪問。

深入了解6 GHz頻段

6 GHz 頻段也稱為中頻帶頻譜，范圍為 5.925 GHz 至 7.125 GHz。它分為四個頻段：

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)

免許可國家信息基礎(chǔ)設(shè)施 (U-NII) 無線電頻段是 IEEE 802.11a 設(shè)備和許多無線 ISP 使用的無線電頻譜的一部分。U-NII 是 5 GHz 無線設(shè)備的 FCC 管制域。歐洲 HiperLAN 標準在與 U-NII 相同的頻段下運行。

中頻帶頻譜目前已向在這些頻率中部署服務(wù)的授權(quán)用戶開放。例如，用戶包括點對點微波鏈路以及在體育賽事中將信號傳回演播室的移動電視轉(zhuǎn)播車。目前，美國約有 10 萬個微波鏈路。這些鏈路的運營商包括公共運營商（AT&T 和 Verizon 等）、工商機構(gòu)（公用事業(yè)、鐵路、石油和天然氣）和公共安全機構(gòu)（安全、緊急服務(wù)和交通運輸）。

這些運營商對與免許可服務(wù)的共存和可能存在的信號干擾表示擔憂。FCC 裁決可能包括減輕由 6 GHz 頻段 Wi-Fi 運行所引起干擾的相關(guān)機制，具體措施包括使設(shè)備僅以低功率水平在室內(nèi)運行或部署 AFC（自動頻率協(xié)調(diào)）機制。

盡管這些共存過程還沒有最終確定，但 Wi-Fi 芯片和設(shè)備制造商已經(jīng)計劃在監(jiān)管機構(gòu)最終批準后不久便提供產(chǎn)品。IEEE 在 802.11ax 標準的最新草案中增加了全新 6 GHz 頻段通道的定義。

美國很快會向 Wi-Fi 設(shè)備添加大量新通道，這有助于立即緩解擁塞并在運行于 6 GHz 頻段下的 Wi-Fi 6 設(shè)備中實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)速度。

59 個 20 MHz 通道
29 個 40 MHz 通道
14 個 80 MHz 通道
7 個 160 MHz 通道

總之，對于 Wi-Fi 6 用戶而言，6 GHz 頻段 Wi-Fi 意味著即時性能提升。盡管干擾問題仍然亟待解決，但為 Wi-Fi 開放 6 GHz 頻段是一項正確的舉措，可確保這種廣泛采用的無線技術(shù)能夠提供未來應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)需要的性能。