高傳輸量低延遲應用時代來臨　Wi-Fi 6帶動新一波無線創新(下)

上集文章詳細介紹了次世代的Wi-Fi新標準：Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7，在6GHz頻段加入後的效能提升，並說明了在汽車、智慧家庭、家庭娛樂、遊戲等等方面的相關應用，以下將接著講解未完的部分。

家庭及企業存取應用的Wi-Fi 6

為了能夠支援各種持續成長的需求，家庭及企業部署的關鍵需求，就是能夠使用可靠、穩健、高傳輸量及完整覆蓋的Wi-Fi存取網路，以便服務持續成長的用戶端裝置和異質裝置類型。前述Wi-Fi 6效益可協助確保所有使用者隨時都享有高效能及高服務品質(QoS)，而Wi-Fi 6E及未來的Wi-Fi 7，則將確保提供迫切需要的額外容量，成為Wi-Fi未來發展的關鍵。這類技術目前可協助在高密度部署大幅提升服務品質及可靠度，如日漸壅塞的住家環境、校園、醫療保健環境、公共場所或其他環境。

企業Wi-Fi存取

Wi-Fi 6已部署於許多大學，協助因應越來越多具Wi-Fi功能的學生裝置，例如筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、遊戲主機、穿戴式裝置、智慧型喇叭及其他許多裝置。此外，另一項需求則是能夠支援新型的教室學習工具，例如擴增實境(AR)及虛擬實境(VR)、線上直播串流，以及遠端教育工具。同時新型Wi-Fi 6標準則可在密集環境提升效能，例如講堂及教室。

至於在辦公室環境，則是期望能夠打造更協作的工作空間，其中需要支援越來越多具Wi-Fi功能的行動裝置，而且需要讓每個裝置享有更高的平均傳輸量。

醫療保健機構運用Wi-Fi的情形也持續增加，以支援行動連線用於心跳監測器、氧氣監測器及智慧病床，同時透過行動裝置即時存取X光、磁振造影(MRI)掃描及電子病歷(EMR)。另一方面，也有越來越多的醫療保健機構，向病患及訪客提供高品質的網際網路連線。這讓人期望Wi-Fi能夠覆蓋整個醫院院區，並更有效地服務更多使用者。

同時Wi-Fi基礎設施在這類企業環境內部的主要效益之一，就是也能支援更廣泛的物聯網(IoT)應用，並在存取點(AP)內部整合IoT技術，範圍涵蓋Wi-Fi監視攝影機、Zigbee或藍牙低功耗(BLE)IoT智慧型建築感測器；AP則可輕鬆納入BLE及超寬頻(UWB)等各樣技術，協助定位服務提供關鍵功能，例如室內導航、資產追蹤、病患監控、門禁控制及其他項目。這有助於在醫療保健、倉庫、旅宿及其他環境降低即時定位服務(RTLS)部署的成本和複雜度。會議中心及其他場所也能受益於AP，現在可同時支援數千名使用者，同時達到比以往更出色的布建效率。

至於運動場館等公共場所，場館Wi-Fi網路將面對更多需求。例如2014年的美式足球超級盃，有3.2TB的資料透過Wi-Fi網路傳送。到了去年的第53屆超級盃，透過Wi-Fi傳送的資料則超過24TB，是2014年的七倍之多，還好智慧型手機已經開始部署5G及Wi-Fi 6連線能力。

有鑑於高度密集的部署情境，以及網路承受的強大壓力，運動場館的最佳部署需要結合行動網路和Wi-Fi技術。Wi-Fi 6最高可讓每名使用者的頻寬增加四倍，搭配Wi-Fi 6E提供的額外容量，將再次扮演關鍵角色，為運動場館提供多項附加價值服務，協助提升營收；其中包括更理想的網路覆蓋範圍、遠端訂餐、4K視訊串流、社群媒體上傳、簡化行動票證、全新AR應用、商品銷售，以及增加使用者互動及行銷分析。

Extreme Networks持續與美國國家美式足球聯盟(NFL)合作，已在多個場館部署Wi-Fi 6。思科(Cisco)已在洛杉磯公羊隊及洛杉磯道奇隊全新的SoFi球場，部署2,500個以上的Wi-Fi 6 AP。Aruba則打破記錄，在俄亥俄體育場(Ohio Stadium)提供25.6TB容量，最多可同時服務45,000名Wi-Fi使用者。

家庭Wi-Fi存取

未來家用Wi-Fi網路必須能夠同時支援各種應用組合，其中包括低延遲的遊戲應用、行動裝置高解析度的內容串流、低功率的IoT節點，以及其他使用案例，而且範圍要涵蓋整個住家環境。這需要穩健、可靠、高傳輸量及高效的Wi-Fi 6，而未來的Wi-Fi 6E網路將能實現前述承諾，不會讓Wi-Fi成為服務瓶頸。OFDMA等強化功能將扮演關鍵角色，在具Wi-Fi功能的裝置數量持續增加的情況下，提供更高效的傳輸量。

全球COVID-19疫情爆發，則再次證明穩健可靠家用網路的重要性。目前觀察到Wi-Fi網路正接受越來越多的考驗，要面對更多使用者、更高流量、上傳增加，並且更需要更廣闊的覆蓋範圍和更低延遲。許多使用者可能會發現，家中現有的Wi-Fi網路及廣泛的寬頻基礎設施，並無法支援前述增加的需求，因為許多設施仍配備舊型的Wi-Fi 4或Wi-Fi 5技術，而不是採用專門設計提供更理想的布建、服務更多使用者的最新Wi-Fi 6技術。這種情形可能會讓用戶端及裝置端，在不久的將來產生動機加速升級為Wi-Fi 6。

此外，由於有更多使用者分散在家中各處，會讓可能的死角問題更加惡化，進而創造全新動機尋求使用網狀網路解決方案，在整個家中向多名使用者提供充分高速及低延遲的覆蓋範圍。服務供應商可能會承受更高壓力提供升級設備，而Wi-Fi 6及網狀網路系統的零售市場也會出現短期成長。

大家也可能發現既有訂閱已不再符合本身需求，並希望升級為更高速度及光纖寬頻，而不是屈就於基本連線能力，進一步產生動機升級為全新標準。如果更廣泛來看，許多人現有連接家庭的管路暴露在外，可提供額外動機進行光纖升級或固定無線接取(FWA)，以便更廣泛提供GB級寬頻服務，並需要投資額外基礎設施因應恢復能力需求。

COVID-19可說是遠端工作的一種考驗，許多員工都已永久轉換為在家上班。雖然辦公室不可能一夜之間就全部消失，但這種轉移為遠端或彈性工作的情形，只會隨時間繼續成長，因此需要強化家用Wi-Fi基礎設施。雖然行動資料流量無疑會在封城結束後反彈向上，但Wi-Fi流量需求仍將隨時間繼續增加，其中的原因包括低延遲遊戲、更高解析度的視訊串流、無線VR、智慧家庭成長，以及越來越多的在家工作人數。

結合以上所有因素，可能會形成全新的託管Wi-Fi服務，確保提供QoS、更高的安全性及最新設備，並將企業級效能導入家庭之中，因應Wi-Fi日漸提升的關鍵必要性；同時，原始設備製造商(OEM)則有更高動機支援最新標準，並運用Wi-Fi效能作為關鍵的差異化因素。服務供應商可能會推出各種解決方案及服務，更妥善地鎖定遠端工作人員，包括透過網狀網路提供更理想的全家覆蓋範圍以及Wi-Fi 6等更可靠的技術。

6GHz及Wi-Fi存取的未來發展

2021年稍早ASSIA等公司表示5GHz頻段的壅塞程度增加30%，再次證明未來6GHz Wi-Fi 6E標準的重要性，除了可大幅提升Wi-Fi容量外，也能在2021年推出後加快採用速度。除了ABI Research先前對6GHz頻段所探討的部分，這項技術最初的主要效益之一，就是能夠針對各種家庭及企業Wi-Fi部署大幅提升容量。

其中有一項重點，就是6GHz Wi-Fi僅支援Wi-Fi 6E及更新技術的裝置。基本上，6GHz AP無法與Wi-Fi 5等舊型Wi-Fi分享無線網路傳輸時間及頻寬。這樣可讓頻段保持乾淨，確保速度較慢的裝置不會造成網路壅塞，對集合住宅單位(MDU)等密集部署帶來重大效益。6GHz頻段供應使用後，也能為Wi-Fi 6用戶端以及在5GHz頻譜運作的舊有用戶端提供確切效益，釋放部分5GHz頻譜協助提升效能，特別是Wi-Fi 6E將能吸收現今大部分位於5GHz頻段的高效能使用案例。

Wi-Fi 6E若頻段未受舊型Wi-Fi裝置污染，可提供空前的可靠及一致效能，大幅超越Wi-Fi 5及Wi-Fi 4。部分企業部署因為考慮延遲及頻寬需求，對轉移使用無線技術感到遲疑。Wi-Fi 6E的初期試驗已證實能夠提供多GB傳輸量，並具備超低延遲時間。

Wi-Fi 6E解決方案預期可提供多GB傳輸量，延遲時間僅2毫秒，而未來Wi-Fi 7上市提供更多功能後，傳輸量可能會隨時間繼續增加。6GHz頻段能夠更妥善支援各種應用，例如VR/AR頭戴式裝置、4K/8K串流、低延遲遊戲、高速無線NAS網路儲存設備，以及住家網狀網路骨幹；前述應用需要的傳輸量持續增加，同時也需要維持超低的延遲時間。現在企業可改為使用IP電話，並透過Wi-Fi支援各種低延遲協作應用或其他關鍵服務，不必使用更昂貴且彈性較低的有線乙太網路解決方案。

乾淨的6GHz頻段可讓特定應用於6GHz頻段加以運用。AR及VR應用可轉移至6GHz Wi-Fi 6E以確保可靠度和效能。同樣地，住家骨幹網路也可轉移至6GHz享有更高傳輸量，不必再仰賴有線解決方案。家用網路現在可運用家庭閘道的6GHz連線能力，將路由器放置在更理想的住家中央位置以提升效能，不必讓AP一定要放置在可能不適合訊號傳播的入口處。網狀網路解決方案將受益於節點間的多GB通道，大幅擴大整個家中的高速覆蓋範圍。在工業應用方面，各式各樣的機械及設備都可利用此頻段，以享有保證效能及低延遲的5G類別服務。乾淨頻段也可協助實現低功率IoT裝置，並延長用戶端裝置的電池續航力。

最後，COVID-19疫情所造成的影響，可能會讓各界更瞭解及認知需要向家庭及其內部建構高速、高度安全、穩定及可靠的無線基礎設施，並更迅速轉移使用多GB、Wi-Fi 6、具6GHz功能，以及更具智慧的分散式家用Wi-Fi網路，因應持續不斷增加的需求。在2025年之前，預期將有75%以上的消費者及90%以上的企業AP出貨時採用Wi-Fi 6或更新標準。

以圖1顯示未來幾年將迅速轉移採用具Wi-Fi 6功能的存取裝置。北美地區具Wi-Fi 6功能的用戶端設備(CPE)，預期將由2020年的5%增加為2024年的85%以上。歐洲也是同樣情況，預期由2020年的4%在2024年之前成長至近76%。不過亞太地區轉換採用Wi-Fi 6的速度較為緩慢，將由2020年的3%在2024年之前成長至約57%。拉丁美洲、中東及非洲地區也同樣預期在2024年之前，達到40%以上的Wi-Fi 6滲透率。經濟實惠的Wi-Fi 6存取晶片組上市之後，就能更妥善因應前述區域市場的需求，在未來5年內成為前述區域轉移技術的關鍵所在。

工業應用的Wi-Fi 6

工業環境就和家庭及企業環境一樣也具備類似需求，要能透過穩健、可靠、安全及彈性的Wi-Fi基礎設施，支援預期不斷增加的無線裝置和使用案例，協助各種工業環境利用關鍵的工業4.0趨勢，例如更靈活的自動化生產線、RTLS、狀況監控、機器人、穿戴式裝置、AR及安全應用，此外也能因應更傳統的需求，例如工業行動及運算裝置的網際網路存取。隨著越來越多這類Wi-Fi裝置獲得青睞，Wi-Fi基礎設施需要因應的需求將持續成長，因此需要使用Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E等全新技術。

OFDMA等強化功能，可支援比以往更具決定性的工業網路效能，確保QoS遠高於過往Wi-Fi標準。更高效的資源管理，可確保隨時都維持可靠效能，特別是在有更多裝置聯網並可能引起混亂的情況下。

TWT可協助各種以Wi-Fi 6為基礎的IIoT感測器延長電池續航力，更靈活設置狀況監控感測器，提供更可靠的輸入資訊，連接過往無法連線的機械，並讓其他易受電源影響的應用享有更長的電池續航力。

Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E也可能在工業及製造環境實現及強化AR應用。智慧眼鏡能夠為組裝及維護工人重疊數位分身，並在螢幕上提供指示說明，逐漸在這類環境中獲得青睞。這類裝置需要穩健及低延遲的連線能力，因為其中非常仰賴視訊、語音並需要即時資料視覺化。大部分現有硬體支援Wi-Fi 5技術，ABI Research預期這類裝置將快速轉移採用Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E技術，以利用其中更高的傳輸量、電池強化功能，以及在擁擠工業環境中更出色的效能。

Wi-Fi 6正開始於工業環境接受試驗，並在前述應用中展現前景光明的試驗結果。無線寬頻聯盟(WBA)最近在英國的Mettis Aerospace工廠完成第一階段Wi-Fi 6試驗；該工廠供應產品給Airbus、Boeing及Rolls-Royce等企業。其中進行的測試包括使用4K視訊串流、大規模檔案傳輸、傳訊及語音/視訊通訊，以及第一階段的IoT感測器和混合實境測試。

過往的Wi-Fi實作測試，在工廠這樣充滿挑戰的環境中並未成功，其中除了具有大量干擾及噪音，此外還要面對熔爐、沖床、高熱、重機械移動及粉塵等其他各種挑戰。不過，這次試驗期間在使用80MHz頻道的情況下，達到700Mbps的速度，而視訊通話及視訊串流等低延遲應用，則展現6毫秒以下的延遲時間。各項試驗共同證明Wi-Fi 6具有潛力在充滿挑戰的工廠環境中順利運作，並提供高品質服務用於監控、發揮最高的機械效能、盡可能減少停機時間，以及強化工廠現場的通訊效果。

Wi-Fi目前也廣泛應用於工業環境。隨時間進展，未來將會產生強烈動機升級為Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E，以提供更理想的效能用於智慧型手機、平板電腦、行動電腦、穿戴式裝置及AR/VR，而且仍然需要因應已經大量安裝的Wi-Fi裝置需求。

最後，Wi-Fi 6及開放的6GHz頻段可說是Wi-Fi的重要契機，在密集的企業及工業環境中提供低延遲、可靠及高效能的室內連線能力。如果以上特點結合Wi-Fi更為低廉的基礎設施成本，以及近乎普及的覆蓋範圍，就可讓Wi-Fi更具吸引力，讓更多使用5G運作的服務，願意採用Wi-Fi作為符合成本效益的支援技術，補足本身的不足之處。

一窺Wi-Fi未來發展

6GHz Wi-Fi未來幾年將越來越重要，因為全球各地將有更多頻譜可供使用。三頻段1×1、2×2 Wi-Fi 6E及具備藍牙(Bluetooth)功能的組合晶片組，將扮演關鍵角色在許多應用帶動效能，於住家、企業、IoT、工業及汽車部門實現穩健的高效能Wi-Fi，並加速推出Wi-Fi 6E技術。

除了Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E以外，Wi-Fi也將持續在未來進一步提升效能。802.11be也稱為極高傳輸量(EHT)，也就是未來的Wi-Fi 7，將在2024年推出使用，其主要目標是完全利用可用的全新6GHz頻段，協助進一步提升傳輸量以支援30Gbps，此外也尋求改善Wi-Fi技術的延遲及抖動問題。新型標準將更能鎖定超高效能應用等目標，例如8K串流、低延遲AR/VR應用、遠端辦公室、雲端運算及其他使用案例。另一方面，電機電子工程師學會(IEEE)工作小組也希望加強與時間敏感網路(TSN)整合，以支援工業應用的異質Wi-Fi和乙太網路部署。像是320MHz頻寬頻道、16個空間串流、4096正交振幅調變(QAM)及其他強化功能，有可能實現前述目標。

這可能讓Wi-Fi 7在未來十年成為更適合5G類別服務的選擇。如圖2所示，ABI Research預期6GHz頻段將在未來幾年更加普及，在2025年之前成長達到近15億的晶片組出貨量。

一般預期在2025年之前，Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E及Wi-Fi 7將聯手主宰市場。如圖3所示，大部分垂直產業預期在2025年之前轉移使用Wi-Fi 6及更新標準。汽車資訊娛樂、個人電腦、存取、智慧型手機、平板電腦和家庭娛樂裝置，都將受益於Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E及Wi-Fi 7在前述市場所能實現的各種強化功能；同時智慧家庭、穿戴式裝置及特定IoT應用，由於Wi-Fi 4成本低廉，並有多家Wi-Fi晶片組廠商廣泛供貨，因此轉移採用新型技術的速度可能較慢。不過這種情形可能改變，因為諸多鎖定IoT應用的公司，未來可能會更廣泛供應成本較低的Wi-Fi 6晶片組。

Wi-Fi射頻前端創新成果

隨著裝置持續演進發展，支援Wi-Fi 6/6E等兩種新的Wi-Fi標準，再加上各種行動5G技術，讓各種可攜式運算裝置的射頻前端(RFFE)面對前所未有的龐大需求，例如效能需求、整合及尺寸限制等等。

恩智浦(NXP)除了Wi-Fi晶片組產品組合之外，在RFFE領域的主要價值主張，是以自家矽鍺(SiGe)技術為基礎的整體解決方案。市面上其他解決方案通常需要使用一種以上技術，用於交換器、功率放大器及其他元件，但SiGe技術可輕鬆將功率放大器、交換器及低雜訊放大器整合至單晶片規模的封裝之中，讓單一晶片能夠涵蓋裝置內部的所有射頻(RF)區塊需求。仰賴多種技術的替代方案，可能會在不同晶片之間的路徑造成額外複雜度、產生設置複雜度，並需要遷就主機板尺寸。而解決方案可減少設計複雜度、縮短上市時間，並縮小整體主機板尺寸。

隨著越來越多Wi-Fi裝置支援新型6GHz頻段，並在美國及南韓等地享有最高1.2GHz的額外頻寬，Wi-Fi頻寬正擴展達到將近2GHz，代表部分傳統RFFE技術可能需要分割頻寬、擴大晶粒尺寸，或實現更複雜的路徑功能，導致整體設計複雜度增加。相較之下，像是SiGe RFFE這類較小的解決方案，可放置於更靠近天線的位置，進一步降低耗電量並減少錯誤。例如WLAN7102C是一款5GHz RFFE IC，其中包含功率放大器、低雜訊放大器(LNA)及交換器，採用體積較小的2毫米(mm)×2毫米封裝。

因此許多客戶開始採用SiGe技術，以便納入Wi-Fi 6技術，並縮小最多20%至25%的尺寸。恩智浦在2020年4月宣布與Murata合作，供應RFFE IC用於Murata的Wi-Fi 6模組。RFFE IC獲選的原因包括能夠縮短設計時間及減少複雜度、加快上市時間，並為即將上市的新型Wi-Fi 6產品縮小主機板空間。

選擇Wi-Fi技術供應商的關鍵考量因素

隨著Wi-Fi進入成熟階段，Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E及Wi-Fi 7都展現光明前景。這些技術將協助確保Wi-Fi能夠更有效因應前述眾多使用案例，並在未來十年開創一系列全新契機。不過，其中仍有許多工作尚待處理，以協助市場擴展及降低開發成本、複雜度及縮短上市時間，特別是長期下來將成為成長主力的IoT應用。智慧型手機及企業AP是最初帶動採用Wi-Fi 6的裝置，因此廣大的Wi-Fi產品組合，將扮演關鍵角色，協助將這項技術擴展到更廣泛的基礎設施、消費者、IoT、汽車及工業市場。

Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E晶片組上市供應後，可鎖定效能頻譜兩端的各種應用，涵蓋高傳輸量低延遲的遊戲應用，乃至於耗電量和成本最佳化的IoT晶片組，並將扮演關鍵角色，為Wi-Fi技術在未來開創全新契機。長期而言，恩智浦將支援各式各樣的低成本1×1解決方案，加強鎖定一連串的IoT應用，涵蓋智慧家庭、消費者IoT及工業環境。其中將包括多重通訊協定IC，支援雙頻段Wi-Fi 6、藍牙5及802.15.4技術。此外，也會更加以廣大的RF及MCU解決方案產品組合，補足連線晶片組的不足之處。Wi-Fi 6及Wi-Fi 6E整體前端模組可協助縮短上市時間、降低設計複雜度及現有解決方案尺寸，同時提供2×2功能。這類解決方案已經部署於主要智慧型手機OEM的5G平台，而前端解決方案能夠與其他Wi-Fi SoC及模組廠商密切配合。部分客戶利用這類解決方案之後，縮小了25%的尺寸。

同時，更多的整合式多重通訊協定IC搭配嵌入式MCU，可協助縮減物料清單(BOM)並加速開發時間，對IoT部署相當重要。Wi-Fi 6/6E及藍牙組合解決方案，也能補足其他產品的不足之處，例如EdgeVerse邊緣運算及安全平台，以及更廣泛的連線套件，其中包含802.15.4、近距離無線通訊(NFC)及UWB技術。

展望未來Wi-Fi發展

Wi-Fi市場的未來發展，需要仰賴各種不同領域的創新成果，以協助簡化轉移採用新型標準，並因應各種新型Wi-Fi使用案例。展望接下來一兩年，Wi-Fi是否能如預期在未來持續成長，將取決於Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E及Wi-Fi 7等各種晶片組產品組合的供應情形，以因應低階與高階的成本、尺寸、電源及效能需求，並且也須仰賴創新的RFFE解決方案協助縮短設計時間、縮減主機板空間，並加速上市時間，同時在多種不同的支援頻段及組態擴展規模。

(本文由恩智浦提供)