最近，因為小米和華為先后推出了多款 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 WiFi 6 及 WiFi 6E 有了濃厚的興趣。因為看到了新標準帶來的無限機會，有不少芯片企業(yè)和相關的終端廠商也都投入其中。

作為行業(yè)內(nèi)領先的射頻方案供應商，Qorvo 在 WiFi 射頻方案上面也有豐富的經(jīng)驗。為此，半導體行業(yè)觀察記者日前采訪了 Qorvo 高級市場經(jīng)理 Jeff Lin，給大家?guī)砹诵耊iFi標準給產(chǎn)業(yè)界帶來的機遇和挑戰(zhàn)分享。

WiFi 6 帶來的改變

在問到這個問題的時候，Jeff Lin 告訴記者，與前幾代 Wi-Fi 標準相比，Wi-Fi 6 納入很多新的技術。當中 1024QAM 的調變機制與 160MHz 帶寬，這兩者增進了連線的速率；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易的連線加密機制。

“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。”，Jeff Lin 接著說。他進一步指出最近 Wi-Fi Alliance 也啟動了新規(guī)范的制定使其標準化與加速新頻段商業(yè)化的進程。

正是這些特性讓 WiFi 6 在當前的終端市場下?lián)碛芯薮蟮奈Γ瑸榇瞬簧購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，產(chǎn)品線也覆蓋了企業(yè)級的無線 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 升級成 Wi-Fi 6。

“然而，從 Wi-Fi 的終端設備來看，卻看不見對等于 Wi-Fi 路由器與 Access Point 的發(fā)展”，Jeff Lin 強調。他進一步指出，雖然 Samsung 也于 2019 年初在其旗艦機型 Galaxy S10 正式放入 Wi-Fi 6，并在終端設備的取得一個市場領先的地位，但是終究是曲高和寡，許多手機廠商認為 Wi-Fi 6 的路由器在當時尚未成為市場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 納入正式的技術規(guī)格，許多手機廠商開始群起效尤。

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

對開發(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方面都迎來了重大的升級，在筆者看來，這必將給開發(fā)者帶來巨大的挑戰(zhàn)。Jeff Lin 也同意這個觀點。他指出，Wi-Fi 6 是一個全新的規(guī)范。相對于 Wi-Fi 5，Wi-Fi 6 加入了許多新的技術。正因為如此，所有 Wi-Fi 主芯片的供應商與相關的供應鏈廠商都必須針對 Wi-Fi 6 的技術規(guī)范來開發(fā)新的產(chǎn)品。在相同的起跑點上，誰能最快推出 Wi-Fi 6 的產(chǎn)品誰就能取得技術的領先地位。Jeff Lin 強調。

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

在他看來，這些升級回歸到設計層面，那就意味著愈是高效率、高傳輸速率的裝置需要更復雜且高規(guī)格的設計，對射頻開發(fā)者而言，當中有很多問題是需要他們深入考慮的。例如 1024QAM 調變機制要求更低的 EVM Floor，這就要求開發(fā)者必須提升系統(tǒng)設計與成本如 Layout、版材疊層、材料選擇等等來降低或克服訊號干擾的問題；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，這帶來最直接面對的問題就是不同通路信號在同時傳送接收子時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 的相關規(guī)范也才剛出爐，在整個 Wi-Fi 6 供應鏈尚未健全的大環(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（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。

“對于不同地區(qū)，因為有無線通訊的法規(guī)與限制，這給 WiFi 產(chǎn)品設計帶來的問題，也需要開發(fā)者深入考慮的”，Jeff Lin 接著說。

他表示，當前的無線通信法規(guī)可以歸類為兩種: 一為美規(guī) (美國FCC-Federal Communication Commission) ，另一個為歐規(guī) (CE-Conformité Européene )。其中FCC允許Wi-Fi發(fā)射比較高的功率，因此對于在北美地區(qū)與其他跟隨FCC規(guī)范的國家 (如中南美洲、臺灣，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對于Wi-Fi發(fā)射的功率規(guī)格較為嚴謹且限制較多，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 的第一個頻道與最后一個頻道 (CH1 and CH11) 必須降低發(fā)射功率，理由是因為 CH1 與 CH11 旁邊緊鄰的就是 LTE 所使用的頻段，F(xiàn)CC 為了預防 Wi-Fi 2.4GHz 邊帶頻道發(fā)射功率太大進而干擾 LTE 的頻段才會有這個限制。但對于網(wǎng)絡設備的供應商來說，降低某特定頻道的發(fā)射功率會對 Wi-Fi 的覆蓋率造成影響。

此外，歐洲 ETSI EN 300 328 v1.8.1 對 LTE 抗噪聲干擾 (LTE Interferer Immunity) 有明確的規(guī)范。從 2019 年開始，許多的歐洲運營商皆已將要求 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)者需要重點考慮的問題。

Qorvo 的應對之策

作為射頻領域的領先廠商，早在 2 年多前當 Wi-Fi 6 還處于早期標準制定階段，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行前期的產(chǎn)品規(guī)格制定與技術交流。經(jīng)過多次的改良與設計變更，目前針對高通與博通的 Wi-Fi 6解決方案，Qorvo 有其對應的中發(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) 并成功的導入所屬的參考設計。

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的信號去干擾到LTE的信號質量，同時實現(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頻道都能享有最佳的覆蓋與信號質量。

Bandedge 濾波器實現(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 信號彼此的干擾。

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

除此之外，Qorvo 也另辟了一個名為 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 Wi-Fi 6 的前端射頻模塊，除了簡化無線射頻前端的設計，同時降低元件成本與線路匹配調校的時間。

得益于在相關技術上面的投入和積累，Qorvo Wi-Fi 6 前端射頻的產(chǎn)品已被市場上如高通、博通、英特爾和寬騰達等主流 Wi-Fi 無線網(wǎng)絡解決方案芯片廠商認證并納入其所屬的參考設計。按照 Jeff Lin 所說，有了參考設計的輔助，產(chǎn)品開發(fā)商能縮短產(chǎn)品開發(fā)時間并簡化產(chǎn)品驗證的工作，加速 Wi-Fi 6 商業(yè)化與出貨的時程。

“同時，Qorvo 也跟網(wǎng)絡產(chǎn)品開發(fā)商與網(wǎng)絡服務提供商共同參與新型的網(wǎng)絡應用與架構，進一步結合物聯(lián)網(wǎng)的概念與實際應用場景”，Jeff Lin 補充說。

WiFi 與 5G 的關系

進入 WiFi 6 時代，尤其是 WiFi 6E 面世之后，WiFi 的速度有了質的飛躍，5G 本身也有了很大的提升。關于這兩個網(wǎng)絡未來的發(fā)展，也有很多的討論。有人甚至認為這兩者是一個替代關系。

針對這個問題，Jeff Lin 告訴記者，5G 與 Wi-Fi 彼此不是競爭與對立，而是一種互相支持互相配合的關系。這主要是因為 5G 與 Wi-Fi 在不同的環(huán)境與應用場景皆有其各自的優(yōu)勢與劣勢。

例如 5G 的布建必須由電信運營商來主導，加上頻段使用上會有收費的問題，因此整個運營成本會遠比 Wi-Fi 來得高，Wi-Fi 本身是使用免付費的開放頻段，并且產(chǎn)業(yè)供應鏈與產(chǎn)品覆蓋率完整。而在 Wi-Fi 網(wǎng)絡覆蓋范圍的場所與應用場景如家庭網(wǎng)絡、公共區(qū)域 (機場、車站、體育館等等)、特定場所 (校園、旅館、賣場等等)，Wi-Fi 會是比較經(jīng)濟的選擇，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)絡基礎建設比較薄弱的地區(qū)，就需要 5G 網(wǎng)絡來支持。

“目前很多的解決方案提供商與電信網(wǎng)路服務運營商投入大量的時間與金錢在發(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爭)，加上各國之間的政治角力 (如近日來沸沸揚揚的華為案與美中貿(mào)易戰(zhàn)等等)，不可諱言的 5G 面臨很多的挑戰(zhàn)?！盝eff Lin 補充說。

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無線網(wǎng)絡技術，大部分的關鍵技術是由 Wi-Fi 芯片提供商與射頻方案解決方案廠商來主導，因此在新技術的導入與布建上遠比 5G 要來的容易，由于 5G 與 Wi-Fi 6 所推出的時程類似，于是有很多人開始爭論 5G 是否會取代 Wi-Fi 6。

“基于上述的分析與目前 Wi-Fi 6 在市場上的反應，我個人認為 Wi-Fi 6 的產(chǎn)品成熟度與規(guī)范的完整度會比 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，因為 FCC 允許 WiFi 使用 6Ghz 頻段，這就引發(fā)了大家對 WiFi 未來的更多思考。面對這個即將爆發(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，這些技術大大增進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行如何將新增加的 6GHz 頻段 (5925MHz-7125MHz) 納入 Wi-Fi 6 的標準規(guī)范，2019 年 Wi-Fi Alliance 正式將這個延伸的 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 能夠使用這個頻段，此舉將 Wi-Fi 所使用的非授權使用頻段從原先 Wi-Fi 5 的 U-NII 1-3 擴展到 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)，計劃在 2020 年底能啟動系統(tǒng)驗證測試。

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

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

他進一步指出，利用 Wi-Fi 6E 這個新開放的頻段具有 1.2GHz 頻寬與干擾較少的特性，已有網(wǎng)絡設備商著手計劃利用這個頻段來做 AP 與 AP 之間的「回載網(wǎng)絡」(Backhaul)。他表示，Wi-Fi 6 對于網(wǎng)狀 (Mesh) 或是分布式 (Distributed) Wi-Fi 的網(wǎng)絡架構在規(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 AP 都能有更穩(wěn)定的且更高速的專屬網(wǎng)絡或通道來互相連線進而實現(xiàn)一個完全無縫連結 (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)絡系統(tǒng)方案提供商也將目前 Wi-Fi 三頻 (Tri-Band) 的架構從 2.4G + 5G (Low-Band) + 5G (High-Band) 升級到 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

在 WiFi 6 還沒有普及的時候，市場上關于 WiFi 7 的討論也甚囂塵上。在問到對這個未來新標準的看法的時候，Jeff Lin 告訴記者，現(xiàn)在來談論 Wi-Fi 7 并不是很客觀，畢竟 Wi-Fi 6 整個的規(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) 與測試設備廠商正開始如火如荼地開發(fā)新產(chǎn)品來因應 Wi-Fi 6 日趨成熟的市場與日漸增溫的需求。

“根據(jù)市調機構的調查，Wi-Fi 6 將在 2022 年達到 50% 以上的市場份額，我覺得那時候再來討論 Wi-Fi 7 會比較有意義。”Jeff Lin 說。

但對于目前市場上謠傳 802.11be 將會是未來 Wi-Fi 7 的主要架構與雛形，802.11be 能夠支持到最大 320MHz 的帶寬，調變方式也從 Wi-Fi 6 的 1024QAM 晉升到 2048QAM 這些討論。

Jeff Lin 表示，如果要達到這樣的技術要求，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用場景來驅動。而 Qorvo 身為全球射頻元件的領導廠商，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)然后與終端設備廠商完成產(chǎn)品量產(chǎn)、測試到布建。