2019年接近尾聲,我們已經感受到5G時代真正到來。2020年將是全球5G真正爆發的一年,據市調機構預測,2020年中國5G手機銷量將達1.5億支,而到2022年全球5G手機累計出貨量將超過14億支。對消費者來說,5G的最大亮點就是速度快,千兆級速度只需幾秒就可以下載一部高畫質電影、線上遊戲和視訊都會十分流暢。只要一直連接5G網路,似乎Wi-Fi就沒必要了,那麼5G真的要取代Wi-Fi嗎?

在近日舉行的紫光展銳Wi-Fi AIoT新品發佈會上,筆者帶著這個疑問請教了紫光展銳負責泛連接事業部的執行副總裁王瀧。他對Wi-Fi技術的歷史發展回顧和未來展望打消了我的疑慮,也讓我對Wi-Fi有了更為全面而深刻的認識。

Wi-Fi與5G發展方向雷同

5G有三大技術發展方向及應用,即增強型行動寬頻通訊(eMBB)、大規模機器型通訊(mMTC),以及超可靠度和低延遲通訊(uRLLC)。

20200102NT61P1 圖1 5G的三大發展方向及相應的應用。(資料來源:ASPENCORE)

Wi-Fi標準和技術的發展有三條主線,即高傳輸量、低功耗和低延遲,也是往eMBB、mMTC和uRLLC方向發展。然而,在Wi-Fi與行動通訊相伴相隨的發展過程中,Wi-Fi速度總是比行動通訊更快一步。即便5G速率可以達到20Gpbs,今年發佈的Wi-Fi 6(802.11ax)協議速率可以達到10Gpbs,而802.11ay在60GHz頻寬上就可以支援20Gpbs。醞釀中的802.11be就是Wi-Fi 7,將可以支援更高的傳輸量,比5G更快。

20200102NT61P2 圖2 Wi-Fi的三大技術方向及相對的協議標準。(資料來源:紫光展銳)

在繼續保持領先於行動通訊傳輸速率的同時,Wi-Fi還更往低功耗機器通訊領域發展。802.11az協議具有第二代定位功能,而802.11ba標準就是針對低功耗物聯網(IoT)應用。此外,802.11bb針對光通訊應用,而802.11bd則針對增強的新一代車聯網(V2X)。

Wi-Fi 20年發展簡史

·1971年美國夏威夷大學研發出第一個Wi-Fi雛形;

·1980年代NCR為解決電子收銀機和POS系統的無線連接而開發出WaveLAN,被公認為是Wi-Fi的先驅;

·1990年基於未授權頻譜的無線通訊IEEE 802.11工作小組成立;

·1991年澳大利亞悉尼大學博士John O'Sullivan開發出無線網技術,並於1996年成功獲得美國專利(Wi-Fi標準的基礎技術);

·1997年Wi-Fi標準第一版802.11無線標準發佈,採用未授權的2.4GHz ISM頻段,傳輸速率僅為2Mbps;

·1999年802.11b協議發佈,速率達到11Mbps,與乙太網路速率相當,稱為無線乙太網路。Steven Jobs率先將Wi-Fi功能導入蘋果電腦,隨後微軟Windows和PC廠商也開始在筆記型電腦中配置Wi-Fi;

·大約在2000年,基於5.8GHz頻段的802.11a標準發佈,速率雖然可以達到54Mbps,但因為不相容802.11b而沒有成為主流標準;

·2003年802.11g發佈,速率達到54Mbps,且採用跟802.11b同樣的頻段;

·2007年蘋果發佈iPhone,率先將Wi-Fi功能引入智慧型手機;

·2009年802.11n發佈,該協議可以工作在2.4GHz或5.8GHz頻段(但不同時運作),還導入了可選的MIMO和40Hz頻寬,使802.11n的頻寬達到了802.11g的兩倍。若採用相同的20Hz頻道寬度配置,802.11n網路可以達到72Mbps的速度。如果使用雙倍寬度的40Hz頻道,以及多個天線,資料速度甚至能夠高達600Mbps;

·2013年802.11ac發佈,由於支持5.8GHz頻段而實現160Hz的頻寬。透過波束成形(beamforming)和支持多達8個MIMO資料流程,所實現的資料速率可以從最低的433Mbps到6.8Gbps;

·2019年802.11ax(Wi-Fi 6)發佈,傳輸速率達到10Gbps。待802.11ay正式發佈就可以達到20Gpbs。

20200102NT61P3 圖3 Wi-Fi與行動通訊的發展同步。(資料來源:紫光展銳)

Wi-Fi成長空間在非手機應用

自從Steven Jobs於2007年第一次將Wi-Fi功能引入蘋果iPhone以來,Wi-Fi已經成為智慧型手機的標配功能。現在全球每年的Wi-Fi設備出貨量大約有30多億部,其中智慧型手機約14億支。而未來幾年智慧型手機基本不會有什麼增長,Wi-Fi的成長空間在於手機之外的其他領域,比如智慧家居和傳統家電的智慧化應用。

20200102NT61P4 圖4 Wi-Fi應用。(資料來源:紫光展銳)

據IDC資料統計預測,到2023年全球Wi-Fi設備出貨量將達到200億部,而每一代Wi-Fi標準的設備出貨量都很大,預計Wi-Fi 6設備到2023年出貨量將達到50億部。那麼這些Wi-Fi晶片和功能模組都用到哪些場景呢?除了手機外,Wi-Fi普遍應用於智慧家居、智慧語音、智慧城市、3D/超高畫質視訊、娛樂和遊戲、VR/AR,以及工業自動化和自動駕駛等高可靠性應用。

20200102NT61P5 圖5 內建Wi-Fi功能模組的電子設備成長預測。(資料來源:紫光展銳)

內建Wi-Fi的電子設備和終端包括:智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦、AP/無線路由器、智慧手錶、無線印表機、智慧音箱、家用電器、IP攝影機,以及TV/STB/OTT等。

即便都更換為5G手機了,是否資料流程量都將透過行動網路傳輸呢?根據思科的一項調查,在目前的4G網路時代,已經有59%的資料流程量是透過Wi-Fi網路傳輸,而到5G時代將有71%的資料流程量經過Wi-Fi,經5G網路處理的流量反而下降到低於30%。

20200102NT61P6 圖6 資料流程量透過行動通訊網路和Wi-Fi網路傳輸的比例。(資料來源:紫光展銳)

其實這一趨勢也不難理解,人機互動和機器對機器(M2M)通訊的資料流程量會成倍增長,雖然5G網路能夠處理的資料流程量也會增長,但因為Wi-Fi傳輸速率的不斷提高,流經Wi-Fi的流量增長更快。此外,Wi-Fi接近於免費,而5G是需要付費的,經濟因素也會影響消費者和商業用戶選擇無線行動營運商網路還是更為廣泛而低廉的Wi-Fi網路。

Wi-Fi晶片領域的投資和併購仍然活躍

在Wi-Fi技術和標準的發展歷程中,有幾起影響比較大的企業併購,比如2011年高通以32億美元收購無線通訊開發商Atheros,並於2015年收購CSR。聯發科也於2011年以6億美元收購Ralink。2019年已經是5G將要進入商用的時期,仍然發生了及其重大的無線連接業務併購案,包括NXP以17.6億美元從Marvell手中買下無線業務;Cypress在2016年以5億美元從博通買下其IoT業務,但今年又以100億美元的高價整體賣給了英飛淩。專注於功率元件和類比技術的安森美今年也出資10億美元買下Quantenna。

20200102NT61P7 圖7 Wi-Fi技術及業務相關的企業併購。(資料來源:紫光展銳)

這些半導體廠商仍然在投入Wi-Fi及其他無線連接技術和產品,這說明5G時代的到來並不會取代Wi-Fi。相反,Wi-Fi仍然是5G手機不可或缺的重要功能和賣點,比如蘋果iPhone 11雖然不能支援5G,但可以支援Wi-Fi 6,這也是蘋果應對三星和華為等Android陣營5G手機領先的一個競爭對抗手段。

此外,雖然5G也包括非授權局域網技術協定,但還不成熟,其前景仍不確定。全球兩個最大的市場也都會繼續支援Wi-Fi的發展,北美為Wi-Fi 6分配了更多頻譜資源。依照王瀧的說法,無論Wi-Fi還是5G網路,其實都是在鋪路,而頻譜資源相當於土地,要能夠拿到地才能修路。

20200102NT61P8 圖8 Wi-Fi將獲得更多的頻譜資源支持。(資料來源:紫光展銳)

中國擁有全世界最為成熟的固網光纖資源,這是其他無線通訊方案短期內無法超越或替代的。現在很多家庭都已經光纖到戶,只要安裝一個無線路由器就可以全家享受免費Wi-Fi的高速上網了。而且營運商為了競爭搶客戶,甚至無線路由器都是免費送的。

中國晶片廠商Wi-Fi佈局和戰略

紫光展銳這次發佈的Wi-Fi產品V5663可同時支援Wi-Fi 5和Bluetooth 5,且內建雙核心Armv8架構的Cortex-M33處理器,是一種針對智慧音箱、視覺辨識、連網智慧家電等新興AIoT應用的無線連接方案。在安全性方面,該晶片方案支援Arm TrustZone,而且已經獲得PSA安全認證。

20200102NT61P9 圖9 紫光展銳基於Wi-Fi/BT V5663方案的開發板。(資料來源:紫光展銳)

王瀧還在發佈會上公佈紫光展銳的Wi-Fi技術規劃,憑藉公司在手機領域多年積累的Wi-Fi和藍牙技術,展銳將持續投入Wi-Fi技術的研發。在高性能Wi-Fi的技術路線上,目前主要集中在Wave1,到2022年將升級到Wave2,速率將達到16~38Gbps。在AIoT Wi-Fi技術路線上,將從目前的802.11ac升級到802.11ax/WUR超低功耗和安全IoT領域。剛剛發佈的V5663目前在中國市場還沒有同類產品,可以說還沒有競爭產品出現。

20200102NT61P10 圖10 紫光展銳執行副總裁王瀧發佈Wi-Fi技術規劃。(資料來源:ASPENCORE)

今年開始從自研自用到對外銷售的上海海思也很看好Wi-Fi IoT的市場,其針對智慧家居、白色家電和小家電應用的Wi-Fi IoT SoC晶片正在開發中,而針對低功耗應用的Wi-Fi晶片3861L100已經發佈。Wi-Fi領域新創公司矽昌通訊已經開發出中國首款無線Wi-Fi路由器晶片SF16A18,目前僅支持Wi-Fi 5,但後續型號也會支援Wi-Fi 6標準。

中國兩家最大的晶片設計公司及一些中小和初創公司也都相信Wi-Fi的未來成長空間,都在手機之外的新興領域探索新的技術和應用創新。在5G時代,Wi-Fi將與5G網路優勢互補,為手機、IoT,以及更多的新興應用提供高速而順暢的資料傳輸通道。

本文為EE Times China原創文章