最近，因?yàn)樾∶缀腿A為先后推出了多款 WiFi 6 路由器，加上 FCC 允許將 6Ghz 頻段開放給 WiFi 使用，這就讓產(chǎn)業(yè)界對(duì) WiFi 6 及 WiFi 6E 有了濃厚的興趣。因?yàn)榭吹搅诵聵?biāo)準(zhǔn)帶來的無限機(jī)會(huì)，有不少芯片企業(yè)和相關(guān)的終端廠商也都投入其中。

作為行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的射頻方案供應(yīng)商，Qorvo 在 WiFi 射頻方案上面也有豐富的經(jīng)驗(yàn)。為此，半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者日前采訪了 Qorvo 高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理 Jeff Lin，給大家?guī)砹诵耊iFi標(biāo)準(zhǔn)給產(chǎn)業(yè)界帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)分享。

WiFi 6 帶來的改變

在問到這個(gè)問題的時(shí)候，Jeff Lin 告訴記者，與前幾代 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)相比，Wi-Fi 6 納入很多新的技術(shù)。當(dāng)中 1024QAM 的調(diào)變機(jī)制與 160MHz 帶寬，這兩者增進(jìn)了連線的速率；而 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 與 MU-MIMO（Multi-User Multi-Input Multi-Output）的引入則大大提升了 WiFi 連線的效率 (Efficiency)。除此之外，WPA3 提供了更安全且更簡(jiǎn)易的連線加密機(jī)制。

“還有最近 IEEE 與 FCC 開放了從 5.925GHz 到 7.125GHz 共 1.2GHz 的帶寬來提供給 Wi-Fi 6 使用，并將此擴(kuò)充的頻段正式命名為 Wi-Fi 6E，加上原來的 2.4GHz (2.412GHz – 2.484GHz) 與 5GHz (5.15GHz – 5.825GHz)，Wi-Fi 6 所能利用的頻段 (Frequency band) 與頻道 (Channel) 增多了，在資源配置上也更有彈性?！保琂eff Lin 接著說。他進(jìn)一步指出最近 Wi-Fi Alliance 也啟動(dòng)了新規(guī)范的制定使其標(biāo)準(zhǔn)化與加速新頻段商業(yè)化的進(jìn)程。

正是這些特性讓 WiFi 6 在當(dāng)前的終端市場(chǎng)下?lián)碛芯薮蟮奈?，為此不少?gòu)S商已經(jīng)積極投入其中。

從 Jeff Lin 的介紹我們得知，從 2018 年底，就已開始有 Wi-Fi 6 的產(chǎn)品陸續(xù)的推出市場(chǎng)，產(chǎn)品線也覆蓋了企業(yè)級(jí)的無線 Wi-Fi 路由器到家庭用的 Wi-Fi Access Point。路由器的主流規(guī)格已漸漸從 Wi-Fi 5 升級(jí)成 Wi-Fi 6。

“然而，從 Wi-Fi 的終端設(shè)備來看，卻看不見對(duì)等于 Wi-Fi 路由器與 Access Point 的發(fā)展”，Jeff Lin 強(qiáng)調(diào)。他進(jìn)一步指出，雖然 Samsung 也于 2019 年初在其旗艦機(jī)型 Galaxy S10 正式放入 Wi-Fi 6，并在終端設(shè)備的取得一個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)先的地位，但是終究是曲高和寡，許多手機(jī)廠商認(rèn)為 Wi-Fi 6 的路由器在當(dāng)時(shí)尚未成為市場(chǎng)的主流于是放棄了跟隨 Samsung 的步伐。

然而到了 2019 年底，許多網(wǎng)通設(shè)備廠商如 Netgear、Belkin、ASUS、TP-Link、D-Link、Xiaomi 等等推出了一系列 Wi-Fi 6 的無線路由器，加上 iPhone 11 直接將 2x2 的 Wi-Fi 6 納入正式的技術(shù)規(guī)格，許多手機(jī)廠商開始群起效尤。

“目前在 2020 發(fā)表的高階手機(jī)如 Samsung、LG、Huawei、OPPO、Vivo、Xiaomi 都已將 Wi-Fi 通訊部分的規(guī)格升級(jí)至 Wi-Fi 6，在終端設(shè)備端的推波助瀾下，Wi-Fi 6 在未來兩年內(nèi)的普及率與穿透度將會(huì)更深更廣?！?Jeff Lin 說。

對(duì)開發(fā)者意味著什么？

在前面我們談到，WiFi 6 無論是帶寬、頻段和天線等多多個(gè)方面都迎來了重大的升級(jí)，在筆者看來，這必將給開發(fā)者帶來巨大的挑戰(zhàn)。Jeff Lin 也同意這個(gè)觀點(diǎn)。他指出，Wi-Fi 6 是一個(gè)全新的規(guī)范。相對(duì)于 Wi-Fi 5，Wi-Fi 6 加入了許多新的技術(shù)。正因?yàn)槿绱?，所?Wi-Fi 主芯片的供應(yīng)商與相關(guān)的供應(yīng)鏈廠商都必須針對(duì) Wi-Fi 6 的技術(shù)規(guī)范來開發(fā)新的產(chǎn)品。在相同的起跑點(diǎn)上，誰(shuí)能最快推出 Wi-Fi 6 的產(chǎn)品誰(shuí)就能取得技術(shù)的領(lǐng)先地位。Jeff Lin 強(qiáng)調(diào)。

來到射頻方面，Jeff Lin 舉例說到，Wi-Fi 6 納入了許多新的技術(shù)，頻率調(diào)變技術(shù)由原先的 OFDM 升級(jí)到 ODFMA，調(diào)變也由 256QAM 提升到 1024QAM，串流數(shù)目也從最早的 1x1 進(jìn)階到 2x2、3x3、4x4，甚至到 8x8。

在他看來，這些升級(jí)回歸到設(shè)計(jì)層面，那就意味著愈是高效率、高傳輸速率的裝置需要更復(fù)雜且高規(guī)格的設(shè)計(jì)，對(duì)射頻開發(fā)者而言，當(dāng)中有很多問題是需要他們深入考慮的。例如 1024QAM 調(diào)變機(jī)制要求更低的 EVM Floor，這就要求開發(fā)者必須提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)與成本如 Layout、版材疊層、材料選擇等等來降低或克服訊號(hào)干擾的問題；至于 MU-MIMO 的引入，讓 Wi-Fi 裝置的串流數(shù)目從 2x2、3x3、4x4 甚至到 8x8，這帶來最直接面對(duì)的問題就是不同通路信號(hào)在同時(shí)傳送接收子時(shí)可能造成的互相干擾與多路串流系統(tǒng)讓整體功耗提升進(jìn)而產(chǎn)生的散熱等問題。

“Wi-Fi 6 目前還在起步的階段，Wi-Fi 6E 的相關(guān)規(guī)范也才剛出爐，在整個(gè) Wi-Fi 6 供應(yīng)鏈尚未健全的大環(huán)境下，射頻開發(fā)者除了必須承受更大的產(chǎn)品開發(fā)壓力如方案選擇（Wi-Fi Chipsets、FEMs、Filters、Antennas…）、系統(tǒng)架構(gòu)（2x2、3x3、4x4 或其他…）等等，還有成本偏高所帶來的挑戰(zhàn)?！保琂eff Lin 說。

“對(duì)于不同地區(qū)，因?yàn)橛袩o線通訊的法規(guī)與限制，這給 WiFi 產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來的問題，也需要開發(fā)者深入考慮的”，Jeff Lin 接著說。

他表示，當(dāng)前的無線通信法規(guī)可以歸類為兩種: 一為美規(guī) (美國(guó)FCC-Federal Communication Commission) ，另一個(gè)為歐規(guī) (CE-Conformité Européene )。其中FCC允許Wi-Fi發(fā)射比較高的功率，因此對(duì)于在北美地區(qū)與其他跟隨FCC規(guī)范的國(guó)家 (如中南美洲、臺(tái)灣，印度，新加坡，澳洲…) 通常選擇高功率 (High Power) 的前端射頻模塊 (Front-End Module；FEM)；CE對(duì)于Wi-Fi發(fā)射的功率規(guī)格較為嚴(yán)謹(jǐn)且限制較多，因此跟隨CE法規(guī)的Wi-Fi 產(chǎn)品大多選用中功率 (Middle Power) 的前端射頻模塊。

針對(duì)這些不同的區(qū)域規(guī)范 (Territory Regulation)，Qorvo 除了前端射頻模塊外，還提供了邊帶濾波器 (Bandedge Filter) 與 LTE-WiFi 并存濾波器 (LTE Co-existence Filter) 來協(xié)助開發(fā)者打造性能優(yōu)越的產(chǎn)品。Jeff Lin 舉例說到，在 FCC 規(guī)范中，2.4GHz 的第一個(gè)頻道與最后一個(gè)頻道 (CH1 and CH11) 必須降低發(fā)射功率，理由是因?yàn)?CH1 與 CH11 旁邊緊鄰的就是 LTE 所使用的頻段，F(xiàn)CC 為了預(yù)防 Wi-Fi 2.4GHz 邊帶頻道發(fā)射功率太大進(jìn)而干擾 LTE 的頻段才會(huì)有這個(gè)限制。但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供應(yīng)商來說，降低某特定頻道的發(fā)射功率會(huì)對(duì) Wi-Fi 的覆蓋率造成影響。

此外，歐洲 ETSI EN 300 328 v1.8.1 對(duì) LTE 抗噪聲干擾 (LTE Interferer Immunity) 有明確的規(guī)范。從 2019 年開始，許多的歐洲運(yùn)營(yíng)商皆已將要求 Wi-Fi AP 必須符合 EU Blocker 的法規(guī)。

以上問題都是 WiFi 產(chǎn)品開發(fā)者需要重點(diǎn)考慮的問題。

Qorvo 的應(yīng)對(duì)之策

作為射頻領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商，早在 2 年多前當(dāng) Wi-Fi 6 還處于早期標(biāo)準(zhǔn)制定階段，Qorvo 已經(jīng)與坊間主流的 Wi-Fi 主芯片廠商如高通與博通等進(jìn)行前期的產(chǎn)品規(guī)格制定與技術(shù)交流。經(jīng)過多次的改良與設(shè)計(jì)變更，目前針對(duì)高通與博通的 Wi-Fi 6解決方案，Qorvo 有其對(duì)應(yīng)的中發(fā)射功率 (Middle Power) 與高發(fā)射功率 (High Power) 以及 5V 至 3.3 電壓的前端射頻模塊 (Front-End Module；FEM) 并成功的導(dǎo)入所屬的參考設(shè)計(jì)。

除了前端射頻模塊外，Qorvo也提供了邊帶濾波器 (Bandedge Filter) 與LTE-Wi-Fi 并存濾波器 (LTE Co-existence Filter) 來解決上文談到的不同地區(qū)的不同法規(guī)限制，并同時(shí)能與FEM搭配使用。

首先看邊帶濾波器方面，Jeff Lin告訴記者，Qorvo的這個(gè)產(chǎn)品可以有效地抑制非Wi-Fi 2.4GHz CH1與CH11的邊帶頻率，除了避免Wi-Fi的信號(hào)去干擾到LTE的信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有的2.4GHz頻道全部發(fā)射一樣的發(fā)射功率 (Flat Power) 確保使用者不管使用哪個(gè)頻道都能享有最佳的覆蓋與信號(hào)質(zhì)量。

Bandedge 濾波器實(shí)現(xiàn)了 Wi-Fi 2.4GHz 全頻道的最大發(fā)射功率

再看，LTE Co-existence 濾波器方面。Jeff Lin 表示，Qorvo 的 LTE Co-existence 濾波器可以避免 Wi-Fi 與 LTE 信號(hào)彼此的干擾。

LTE Co-existence 濾波器降低 LTE 對(duì) Wi-Fi 的干擾同時(shí)符合 EU Blocker 的兼容規(guī)范

除此之外，Qorvo 也另辟了一個(gè)名為 iFEM (Integrated FEM) 的產(chǎn)品線。所謂 iFEM，顧名思義就是將之前所提的 Bandedge 或是 LTE Co-existence 濾波器整合進(jìn) Wi-Fi 6 的前端射頻模塊，除了簡(jiǎn)化無線射頻前端的設(shè)計(jì)，同時(shí)降低元件成本與線路匹配調(diào)校的時(shí)間。

得益于在相關(guān)技術(shù)上面的投入和積累，Qorvo Wi-Fi 6 前端射頻的產(chǎn)品已被市場(chǎng)上如高通、博通、英特爾和寬騰達(dá)等主流 Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò)解決方案芯片廠商認(rèn)證并納入其所屬的參考設(shè)計(jì)。按照 Jeff Lin 所說，有了參考設(shè)計(jì)的輔助，產(chǎn)品開發(fā)商能縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間并簡(jiǎn)化產(chǎn)品驗(yàn)證的工作，加速 Wi-Fi 6 商業(yè)化與出貨的時(shí)程。

“同時(shí)，Qorvo 也跟網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開發(fā)商與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商共同參與新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與架構(gòu)，進(jìn)一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的概念與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景”，Jeff Lin 補(bǔ)充說。

WiFi 與 5G 的關(guān)系

進(jìn)入 WiFi 6 時(shí)代，尤其是 WiFi 6E 面世之后，WiFi 的速度有了質(zhì)的飛躍，5G 本身也有了很大的提升。關(guān)于這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展，也有很多的討論。有人甚至認(rèn)為這兩者是一個(gè)替代關(guān)系。

針對(duì)這個(gè)問題，Jeff Lin 告訴記者，5G 與 Wi-Fi 彼此不是競(jìng)爭(zhēng)與對(duì)立，而是一種互相支持互相配合的關(guān)系。這主要是因?yàn)?5G 與 Wi-Fi 在不同的環(huán)境與應(yīng)用場(chǎng)景皆有其各自的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。

例如 5G 的布建必須由電信運(yùn)營(yíng)商來主導(dǎo)，加上頻段使用上會(huì)有收費(fèi)的問題，因此整個(gè)運(yùn)營(yíng)成本會(huì)遠(yuǎn)比 Wi-Fi 來得高，Wi-Fi 本身是使用免付費(fèi)的開放頻段，并且產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈與產(chǎn)品覆蓋率完整。而在 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的場(chǎng)所與應(yīng)用場(chǎng)景如家庭網(wǎng)絡(luò)、公共區(qū)域 (機(jī)場(chǎng)、車站、體育館等等)、特定場(chǎng)所 (校園、旅館、賣場(chǎng)等等)，Wi-Fi 會(huì)是比較經(jīng)濟(jì)的選擇，在 Wi-Fi 無法涵蓋的范圍如農(nóng)村、山區(qū)、離島等等人口密度低且網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)比較薄弱的地區(qū)，就需要 5G 網(wǎng)絡(luò)來支持。

“目前很多的解決方案提供商與電信網(wǎng)路服務(wù)運(yùn)營(yíng)商投入大量的時(shí)間與金錢在發(fā)展 5G，然而，由于 5G 本身的規(guī)模太龐大，從一開始的規(guī)格制訂就受到很多政策面上的限制 (如頻段的分配與專利競(jìng)爭(zhēng))，加上各國(guó)之間的政治角力 (如近日來沸沸揚(yáng)揚(yáng)的華為案與美中貿(mào)易戰(zhàn)等等)，不可諱言的 5G 面臨很多的挑戰(zhàn)。”Jeff Lin 補(bǔ)充說。

反觀 Wi-Fi，Wi-Fi 可說是全球最受歡迎最多人使用且產(chǎn)品覆蓋率最高的一項(xiàng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大部分的關(guān)鍵技術(shù)是由 Wi-Fi 芯片提供商與射頻方案解決方案廠商來主導(dǎo)，因此在新技術(shù)的導(dǎo)入與布建上遠(yuǎn)比 5G 要來的容易，由于 5G 與 Wi-Fi 6 所推出的時(shí)程類似，于是有很多人開始爭(zhēng)論 5G 是否會(huì)取代 Wi-Fi 6。

“基于上述的分析與目前 Wi-Fi 6 在市場(chǎng)上的反應(yīng)，我個(gè)人認(rèn)為 Wi-Fi 6 的產(chǎn)品成熟度與規(guī)范的完整度會(huì)比 5G 來得快且健全?！盝eff Lin 說。

未來的展望和挑戰(zhàn)

在文章前面我們談到，因?yàn)?FCC 允許 WiFi 使用 6Ghz 頻段，這就引發(fā)了大家對(duì) WiFi 未來的更多思考。面對(duì)這個(gè)即將爆發(fā)的新規(guī)，Qorvo 又是怎樣看待的呢？

Jeff Lin 表示，Wi-Fi 6 納入了許多新的技術(shù)，這些技術(shù)大大增進(jìn)了連線的效率與吞吐量 (Throughput)，目前 IEEE 與 Wi-Fi Alliance 正在如火如荼地著手進(jìn)行如何將新增加的 6GHz 頻段 (5925MHz-7125MHz) 納入 Wi-Fi 6 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，2019 年 Wi-Fi Alliance 正式將這個(gè)延伸的 6GHz 頻段命名為 Wi-Fi 6E。而在今年的四月，F(xiàn)CC 也正式投票通過讓 Wi-Fi 6 能夠使用這個(gè)頻段，此舉將 Wi-Fi 所使用的非授權(quán)使用頻段從原先 Wi-Fi 5 的 U-NII 1-3 擴(kuò)展到 U-NII 1-8，其中新增的 6GHz 頻段即為 U-NII 5-8。以下為 U-NII 5-8 的頻率分布與功率限制:

Wi-Fi 6E 新增的頻段與功率限制

在他看來，更高的頻率與更寬的頻帶支持也為 Qorvo 帶來了不少的挑戰(zhàn)。而 Qorvo 目前也正與 Wi-Fi 芯片提供商與系統(tǒng)商密切合作開發(fā) Wi-Fi 6E 所需要的前端射頻模塊 (Front-End Module) 、濾波器 (Filter) 與分路器 (Diplexer)，計(jì)劃在 2020 年底能啟動(dòng)系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試。

Jeff Lin 指出，Wi-Fi 6E 所支持的更大頻寬為網(wǎng)通設(shè)備廠帶來無限的遐想，尤其是針對(duì)企業(yè)級(jí) (Enterprise) 與公共熱點(diǎn) (Wi-Fi Hotspot) 的運(yùn)用。根據(jù)他的觀點(diǎn)，Wi-Fi 6 可以解決 Wi-Fi 5 所遇到的技術(shù)瓶頸如網(wǎng)絡(luò)擁堵與上傳下載時(shí)程分配不均的問題。

“由于企業(yè)級(jí) Wi-Fi Access Point 與 Hotspot 必須能支持大量的使用者同時(shí)連線并對(duì)于頻寬與安全性有完善的管理，高效率的連線與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)機(jī)制能允許每一臺(tái) Wi-Fi AP 連接并管理更多的使用者，WiFi 6E 讓每個(gè)使用者享有更好的使用體驗(yàn)并且在相同覆蓋面積的基礎(chǔ)上減少 Wi-Fi AP 的布建數(shù)目?！盝eff Lin 說。

他進(jìn)一步指出，利用 Wi-Fi 6E 這個(gè)新開放的頻段具有 1.2GHz 頻寬與干擾較少的特性，已有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商著手計(jì)劃利用這個(gè)頻段來做 AP 與 AP 之間的「回載網(wǎng)絡(luò)」(Backhaul)。他表示，Wi-Fi 6 對(duì)于網(wǎng)狀 (Mesh) 或是分布式 (Distributed) Wi-Fi 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在規(guī)范中已有明確的定義與說明。但利用 Wi-Fi 6E 所定義的新頻段來做為 AP 與 AP 之間的 Backhaul，能讓每個(gè) AP 都能有更穩(wěn)定的且更高速的專屬網(wǎng)絡(luò)或通道來互相連線進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全無縫連結(jié) (Seamless Connection) 與室內(nèi)漫游 (Indoor Roaming) 的室內(nèi)全覆蓋環(huán)境。

以 6GHz 作為 Backhaul 來解決信號(hào)覆蓋問題

在 Jeff Lin 看來，隨著 Wi-Fi 6E 規(guī)格的敲板定案，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案提供商也將目前 Wi-Fi 三頻 (Tri-Band) 的架構(gòu)從 2.4G + 5G (Low-Band) + 5G (High-Band) 升級(jí)到 2.4G + 5G (U-NII 1-3) + 6G (U-NII 5-8)。

基于 Wi-Fi 6E 下 Wi-Fi 三頻的架構(gòu)

在 WiFi 6 還沒有普及的時(shí)候，市場(chǎng)上關(guān)于 WiFi 7 的討論也甚囂塵上。在問到對(duì)這個(gè)未來新標(biāo)準(zhǔn)的看法的時(shí)候，Jeff Lin 告訴記者，現(xiàn)在來談?wù)?Wi-Fi 7 并不是很客觀，畢竟 Wi-Fi 6 整個(gè)的規(guī)范制定還未臻完善，F(xiàn)CC 也是剛在今年 4 月 23 日正式投票通過開放 Wi-Fi 6E 的頻段，Wi-Fi 射頻芯片、其他周邊 (如 PAs、FEMs、濾波器、天線) 與測(cè)試設(shè)備廠商正開始如火如荼地開發(fā)新產(chǎn)品來因應(yīng) Wi-Fi 6 日趨成熟的市場(chǎng)與日漸增溫的需求。

“根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)查，Wi-Fi 6 將在 2022 年達(dá)到 50% 以上的市場(chǎng)份額，我覺得那時(shí)候再來討論 Wi-Fi 7 會(huì)比較有意義?！盝eff Lin 說。

但對(duì)于目前市場(chǎng)上謠傳 802.11be 將會(huì)是未來 Wi-Fi 7 的主要架構(gòu)與雛形，802.11be 能夠支持到最大 320MHz 的帶寬，調(diào)變方式也從 Wi-Fi 6 的 1024QAM 晉升到 2048QAM 這些討論。

Jeff Lin 表示，如果要達(dá)到這樣的技術(shù)要求，需要有更好的射頻芯片，更高的頻率與更完整的解決方案與合適的運(yùn)用場(chǎng)景來驅(qū)動(dòng)。而 Qorvo 身為全球射頻元件的領(lǐng)導(dǎo)廠商，將積極地參與前期的規(guī)格制定到后續(xù)與解決方案提供商的共同開發(fā)然后與終端設(shè)備廠商完成產(chǎn)品量產(chǎn)、測(cè)試到布建。