頻寬不再是唯一目標　Wi-Fi 8實現UHR高可靠體驗(2)

(承前文)本文上半部分回顧Wi-Fi發展史，並說明Wi-Fi 7的關鍵技術；本文下半部分將接續前文討論，窺探Wi-Fi 8的創新技術，了解下世代Wi-Fi將如何改良網路效率與可靠性，提供高可靠連線體驗。

Wi-Fi 8新技術揭密

從聯發科技(MediaTek)所發表的Wi-Fi 8相關技術白皮書^[1]中，可窺見Wi-Fi 8欲實現超高可靠性(UHR)的關鍵技術。以下首先來揭曉這些技術所解決的問題，以及新技術為Wi-Fi系統帶來的好處。表1為MediaTek Wi-Fi 8 Filogic提升傳輸效率與改善延遲的關鍵技術列表。

NPCA(Non-Primary Channel Access)

以下使用MediaTek技術白皮書中所舉的例子來解釋NPCA技術。在Wi-Fi網狀(Mesh)網路環境中，有三台AP分別採用不同的通道與頻寬設定連接三個有著不同網路需求的使用者，如圖1所示。

三台AP皆以5G Low Band作為主要通道，Lila使用的是ch38，頻寬為40MHz，而Rose所使用的則是ch50，頻寬為160MHz。依照理論計算，使用者Lila能夠達到的最高吞吐量只有Rose 的四分之一，在這個網路架構下，Lila註定要花比較久的時間進行等待，同時也將減少另外兩名需要較高網路頻寬使用者的Wi-Fi存取時間。

在多AP協同運作(Multi-AP Coordination)或是網狀網路情境下，同通道干擾(Co-Channel Interference, CCI)是常見的問題，尤其當多個使用者與裝置都使用同一個通道進行連結，同通道干擾的問題會變得更加嚴重。NPCA的機制讓AP與Station在遭受CCI干擾時能互相斡旋，指定原先非主要通道的通道作為雙方的主要通道來進行傳輸，避開同通道干擾，增加網路傳輸效率與吞吐量，如圖2所示。

IDC(In-Device Coexistence)

除了Wi-Fi，我們生活周邊也有愈來愈多的無線裝置同時運行，尤其是藍牙裝置，它跟Wi-Fi一樣在2.4GHz的頻率下運行，雖然藍牙與Wi-Fi的調變方式不同，但是在某些使用場景與連線環境下仍會互相干擾或是降低連線品質。過往的解決方式是讓藍牙裝置在沒有Wi-Fi傳輸的時候發射以避免干擾，然而，這種消極的方式會增加延遲，並且在具有多個Wi-Fi與藍牙裝置的環境下，延遲與干擾會更加嚴重。

Wi-Fi 8的IDC機制透過初始控制訊框(Initial Cotrol Frame, ICF)、初始控制回應(Initial Control Response, ICR) 與控制回應訊框(Control Response Frame, CRF)等資訊交互在AP與Non-AP(Client)之間「溝通協調」來達成所謂的並存(Coexistence)。

圖3為IDC的控制機制，AP與Non-AP Station(Client)利用ICF/ICR/CRF得到傳輸與接收的詳細資訊，如Maximum modulation、Coding Scheme(MCS)、可用的最多串流數(Spatial Streams)、Rate Control等。

TXOP Preemption

為了保證具有較高優先級的資料封包能夠優先被傳送，TXOP Preemption機制允許非TXOP的持有者(Holders)能暫時中斷正在進行的傳輸，以傳輸更緊急的資料，類似在一般道路上交警特地開了一條臨時通道給救護車先行通過，等救護車通過後再恢復成原先的道路狀況。

TXOP的搶占包括以下兩種使用場景(圖4)：

• 當AP(TXOP Holder)有下行傳輸機會(DL TXOP)正在進行，這時只有Wi-Fi Stations(Responder)能發出上行傳輸機會(UL TXOP)的搶占要求。
• 當AP有上行傳輸機會(UL TXOP)正在進行，這時只有Wi-Fi Stations(Responders)能發出下行傳輸機會(DL TXOP)或另一個上行傳輸機會(UL TXOP)的搶占要求。

Hi-Priority EDCA(HIP EDCA)

在Wi-Fi網路架構下，每個終端裝置每筆欲被傳送或接收的資料都會在某一個時間點被執行，透過不同優先級的排序與演算法，大部分的資料傳輸都能在指定的時間內完成。然而，在網路環境日漸複雜，並且有愈來愈多具有低延遲需求跟更高優先級的資料流在等待被處理的當下，Wi-Fi所面臨的挑戰也愈來愈大。因此，在Wi-Fi 8追求的「極高可靠性」目標下，必須要有更好的解決方案來處理這個問題。HIP EDCA就是在Wi-Fi 8被提出的一個亮點技術。

在Wi-Fi的網路架構下，音頻封包原本就被指定具有最高的傳輸優先級，如前文所述，如果剛好有兩個或以上的裝置恰巧在同一個時間點傳輸音頻封包，將造成所有裝置在隨機的時間點停止任何資料封包的傳輸，直到之前提到的高優先級音頻封包被重新傳送，可能因此導致不佳的網路使用體驗，如語音電話斷斷續續、資料傳輸卡住或是傳送失敗等。

現有的增強分配通道存取(Enhanced Distributed Channel Access, EDCA)提供一個更小的退避競爭視窗(Backoff Contention Window)，讓Wi-Fi終端裝置在傳輸AC3或是AC-VO(Voice)封包時，比其他存取分類(Access Categories)的資料具有更高的傳輸優先級。不過，如果遇到上述所描述的狀況，該如何解決呢？圖5為HIP EDCA的封包交換機制，根據MediaTek的技術白皮書所述，該公司提出了一個實現HIP EDCA的機制，該機制利用現有的RTS訊框、fixed date rate與重新設置EDCA的參數，詳細做法如下所述：

1.重新使用具有fixed data rate的non-HT格式作為高優先級的RTS。

2.將EDCA參數重新配置為AIFSN=2、CWmin=0和CWmax=7，以傳輸高優先權的RTS。

透過這些設置，高優先級的AC在與其他AC競爭時可以持續獲得通道存取(Channel Access)的權力，同時，發送RTS並遇到衝突的Station可以在EIFS周期內重傳RTS，因為暫時退避(Backoff)的Wi-Fi終端在此期間不會占用資源。

其他Wi-Fi 8可能技術

MediaTek所發表的技術白皮書對於Wi-Fi 8的幾個關鍵技術進行了詳細的解釋與說明，除了白皮書與本文所提到的新技術，還有一些是目前規格制定機構與業界在激烈討論並計畫納入Wi-Fi 8規格的一些新技術，以下為整理介紹。

分散式RU(Distributed RU, dRU)

Wi-Fi 8規格定義了「分散式資源單位」來增進多重資料單元(MRU)的效率，dRU的原理是透過動態資源單位的大小和分配策略來適應不同場景下的網路使用需求。當網路負載較輕時，dRU可以分配更多資源給使用者，進而提升網路傳輸速度；在網路負載較重時，dRU則會減少資源單位的分配，以確保網路的穩定性與公平性。dRU專為6GHz頻段的低功率室內(Low Power Indoor, LPI)裝置而設計，可顯著提升上行OFDMA的效率並增進整體網路的傳輸性能。

協調空間流複用(Coordinated Spatial Reuse, Co-SR)

MIMO是Wi-Fi 6最重要的功能之一，多個空間流同時傳輸大幅提升網路的吞吐量。在Wi-Fi 6，若有一個AP以最大的功率進行傳輸，其他的AP就必須相應降低其本身的功率以避免干擾，但是這會影響整個Wi-Fi網路的穩定性與可靠性。在Co-SR機制下可以協調AP彼此之間的發射功率允許MIMO傳輸，進而提高總體吞吐量。

協調式波束成形(Coordinated Beamforming, Co-BF)

波束成形對於Wi-Fi來說已經不算是新的技術，在Wi-Fi 8，研究小組提出了「協調式」波束成形的方案，讓同一個空間的AP們互相協調哪一個終端裝置需要訊號而哪一個不需要，進而決定波束成形的時機與發射對象。這個功能在網狀網路與多AP協調(Multiple AP Coordinate)的使用場景中非常有用，能避免傳輸干擾與增進Wi-Fi訊號的覆蓋範圍。

協調式目標喚醒時間(Coordinated Target Wake-up Time, Co-TWT)

Wi-Fi 7制定了限制目標喚醒時間(Restricted TWT)來節省電力並減少不需要的週期性喚醒。Wi-Fi 8將Wi-Fi 7的「限制」目標喚醒時間升級為「協調式」目標喚醒時間，該功能允許Wi-Fi AP與Wi-Fi終端裝置協調傳輸延遲敏感流量的具體時間，大幅降低物聯網裝置的電能消耗，並可最大限度降低與非延遲敏感流量發生搶奪爭用的可能性，進而減少延遲並提高傳輸的可預測性。

Wi-Fi 8仍處討論階段　協調/溝通打造極高可靠性

目前關於Wi-Fi 8的規範與標準制定都還在討論階段，甚至連第一版關於IEEE 802.11bn規範的初稿都還沒公布，以上關於Wi-Fi 8的新技術資料為參考業界先進專家與聯發科技所發表的研究報告所寫成的整理介紹，文章中所涵蓋的內容並非詳盡無遺，其中也加入了筆者的主觀看法與評論。

如本文上半部分開頭所說，相對於前幾代Wi-Fi，新的Wi-Fi已不再一味追求更高的傳輸速度、更大的使用頻寬與更多的頻段，或是更高的調變方式，而是著重於更高的網路效率與可靠性，很多技術與功能都在強調「協調」(Coordinate)與「溝通」(Negotiate)，也許真正讓Wi-Fi升級的最終手段並不是一味增加資源，協同合作才是最終的解決方案。

Wi-Fi 8的極高可靠性為Wi-Fi帶來更多的高級應用與寬廣的未來，如遠端即時高解析度轉播、自動駕駛、遠端遙控、工業級智慧網路與高速AI運算等。至於Wi-Fi 8對於晶片與系統開發商來說是不是一個很大的挑戰？筆者認為答案是肯定的，若要實現Wi-Fi 8的極高可靠性，在硬體的部分必須增強PHY與MAC層的能力，主晶片本身的數字處理速度與運算能力也必須提升到另一個層次才能有足夠的資源來處理複雜且繁瑣的資訊溝通與協調工作。

Wi-Fi 8為下一代的通訊連接技術奠定了更札實的基礎，並為未來面臨的更嚴苛的應用提供更強而有力的支持，讓我們拭目以待！

(本文作者為Qorvo連接事業部高級行銷經理)

參考資料

[1] Pioneering the Future with Wi-Fi 8-MediaTek Filogic While Paper

頻寬不再是唯一目標　Wi-Fi 8實現UHR高可靠體驗(1)

頻寬不再是唯一目標　Wi-Fi 8實現UHR高可靠體驗(2)