迎接無線網路新三頻時代　Wi-Fi 6E技術/應用蓄勢待發

2020年因為新冠疫情讓整個世界無論在日常生活或經濟活動都陷入了停滯狀態，但是，對於Wi-Fi無線通訊技術的革新並沒有因為疫情而中斷，更由於疫情的影響，許多人改變了原本的生活方式，在家上班、在家學習、遠距視訊，因為隔離，觀看大量影音串流與線上遊戲等的行為也讓人們對於Wi-Fi更加的依賴。

Wi-Fi 6(IEEE 802.11ax)通訊技術於2018年開始在市場出貨，到2021年Wi-Fi 6儼然已成為市場主流標準，根據市場調研機構Omdia預估(圖1)，到2022年，Wi-Fi 6的主晶片出貨量將趨近於5億顆，Wi-Fi 5將會持續位居中低階產品主要的Wi-Fi規格，而Wi-Fi 4則會穩定往新興物聯網(IoT)、智慧家庭(Smart Home)、自動控制(Automation)等應用與市場拓展。

頻段釋出增應用彈性

就在Wi-Fi 6前途一片光明的美好氛圍下，電機電子工程師協會(IEEE)與Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)的專家們提出了新的Wi-Fi技術規範，一舉將Wi-Fi的頻譜從原先的2.4GHz與5GHz推升到了6GHz，更多的頻譜(Frequency Spectrum)、更寬的頻段(Channel Bandwidth)與更高的頻率(Frequency)讓Wi-Fi在實際應用上更有彈性與想像空間，也為整個通訊市場帶來新的衝擊與創新。

在2018年年底，Wi-Fi Alliance為了簡化複雜的Wi-Fi標準命名，於是正式將原有的802.11ax改名為Wi-Fi 6，同時溯及既往，將既有的802.11ac改稱為Wi-Fi 5，802.11n則改名為Wi-Fi 4(圖2)。

2020年1月，Wi-Fi Alliance正式宣布開放6GHz(5,925MHz~7,125MHz)，並給予了一個新的名稱—Wi-Fi 6E，同年四月美國FCC(Federal Communications Commission)也投票通過了開放6GHz頻譜為非授權頻段(Unlicensed)並允許給Wi-Fi使用，Wi-Fi也正式地邁入了「三頻」的時代，除了Wi-Fi 6與前代Wi-Fi所使用的2.4GHz與5GHz頻段，Wi-Fi 6E也能在6GHz的頻段下運作。

6GHz的頻段對Wi-Fi帶來哪些優勢呢？ 在無線通訊的世界裡，頻譜(Frequency Spectrum)是最重要也是最有價值的資源，愈大的頻段表示可以傳輸的資料吞吐量(Throughput)愈大，也表示傳輸的速率愈快效率愈好；根據W-Fi Alliance的規畫，Wi-Fi 6E開放了14個額外的80MHz頻道(Channel)，以及額外7個160MHz頻道，這些額外的頻道彼此不重疊(Overlap)，新的頻段與頻道可以幫助降低現有Wi-Fi頻段的壅塞(Congestion)，尤其是在已有多種且多個不同頻段與相同頻段無線網路同時運作下的區域，如大型的公共設施與人群密集的場所如學校、大型賣場、體育館、商店街、演藝廳等等。

圖3為Wi-Fi允許使用的免授權開放頻段與頻道列表。

如以上所述，現有的Wi-Fi技術大多運行在2.4GHz與5GHz這兩個開放頻段，由於是開放的頻段，許多的無線技術都同時運行在這些頻段。尤其是2.4GHz，除了Wi-Fi，Bluetooth、Zigbee甚至是家用無線電話與微波爐等的家電用品都擠在2.4GHz這個窄窄的頻段；也因為如此，5GHz的頻段才會更廣泛地運用在Wi-Fi的技術上並成為Wi-Fi裝置的標準配置，相對於2.4GHz，5GHz的頻段整整比2.4GHz多了10倍(70MHz vs. 700MHz)，為了讓5GHz頻段使用效率更高並避免頻段壅塞與干擾，利用相關硬體如外掛的前端射頻放大器(PA或FEM)、濾波器(Filter)、分路器(Diplexer)與軟體(Mesh、Indoor Roaming)的配合，將5GHz分成兩個單獨的子頻段U-NII 1-2a(Low Band)與U-NII 2c-3(High Band)，結合2.4GHz所組成的Wi-Fi三頻(Tri-Band)無線網路架構也是目前中高階Wi-Fi設備常見的配置(如圖4)。 

Wi-Fi 6E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，圖5為U-NII 5-8的頻率分布與功率限制： 

Wi-Fi 6E的延伸頻段從5,925MHz到7,125MHz，共有1.2GHz的使用頻寬，相對於5GHz(U-NII1~U-NII3)多了近2倍的頻寬可以使用。

根據目前現有的頻譜規畫，美國FCC將會開放所有1.2GHz頻段，而歐洲只會開放U-NII 5(5,925MHz~6,425MHz)。 有一點需要特別關注，Wi-Fi所開放的6GHz頻段，只支援Wi-Fi 6的技術規範，是不能向後相容的(圖6)。

網通廠前景可期

隨著Wi-Fi 6E規格的敲板定案，Wi-Fi網路系統方案提供商也將目前Wi-Fi三頻的架構從2.4G+5G(Low-Band)+5G(High-Band)升級到2.4G+5G(U-NII 1-3)+6G(U-NII 5-8)(如圖7)。

Wi-Fi 6E所支援的更大頻寬為網通設備廠帶來無限的遐想，尤其是針對企業級(Enterprise)與公共熱點(Wi-Fi Hotspot)的運用。Wi-Fi 6可以解決Wi-Fi 5所遇到的技術瓶頸如網路壅堵與上傳下載時程分配不均的問題，由於企業級Wi-Fi Access Point與Hotspot必須能支援大量的使用者同時連線並對於頻寬與安全性有完善的管理，高效率的連線與網路服務機制能允許每一台Wi-Fi AP連接並管理更多的使用者，讓每個使用者享有更好的使用體驗並且在相同覆蓋面積的基礎上減少Wi-Fi AP的布建數目。

另一方面，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，已有網路設備商著手計畫利用這個頻段來做AP與AP之間的「回載網路」(Backhaul)。Wi-Fi 6對於網狀(Mesh)或是分布式(Distributed)Wi-Fi的網路架構在規範中已有明確的定義與說明，利用Wi-Fi 6E所定義的新頻段來作為AP與AP之間的Backhaul，讓每個AP都能有更穩定，且更高速的專屬網路或通道來互相連線進而實現一個完全無縫連結(Seamless Connection)與室內漫遊(Indoor Roaming)的室內全覆蓋環境。 

圖8為目前全球已經承認及正在評估Wi-Fi 6E延伸頻段的國家列表，目前為止還是以美洲與歐洲國家優先開放，有興趣的讀者可以上Wi-Fi Alliance的官方網站獲得最新的訊息。

時至今日，Wi-Fi 6E的產品尚未成熟到可以在市場上大量鋪貨，預計在2021年第4季會開始有支援Wi-Fi 6E規範的商用產品會正式發表，有業者如Qorvo作為無線射頻方案提供商之一，針對Wi-Fi 6E提供了完整的解決方案，同時兼顧低功耗與小封裝的性能，讓網路設備廠商在產品開發上擁有更大的空間與彈性。

(本文作者為Qorvo資深行銷經理)