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WIFI 6E,5G真正的挑战来了

胖子会飞 | 讲讲武大郎的生意经 2021/10/14 23:15

说在最前面,此篇文章系本人学习了王煜全老师前不久在科技特训营里的讲座之后整理的学习心得,里面涉及了较多的最新通讯技术相关的概念,为了避免小伙伴的混淆,先将一些术语进行如下说明:

  1. 5G技术: 即通常所说的相对于第四代4G蜂窝通讯的第五代通讯技术。从技术细分角度来讲,5G技术还可以分为Sub-6G 5G技术和毫米波5G技术,而名词“ Sub-6G 5G ”中的6G,其实是指使用频谱段为6GHz左右,是一个无线电信号频段概念,而后面那个5G是第五代通讯技术的概念。为了简便起见,在后续文章中凡是Sub-6G 5G技术,都简写为Sub 5G。

  2. WIFI 6技术: 是第6代WIFI 技术,而WIFI 6E,是WIFI 6 Extension(频谱扩展版)的缩写。

  3. 无线电频谱及相关 :所有的可见光和不可见光都是电磁波,因为频率和波长的不同,又被分成了不同的种类,比如无线电波,微波,红外线等等。

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    而本文所涉及的电磁波可以归到微波里面,频率单位为10^9Hz左右。国际通讯联盟对这部分的微波划分了不同的频段(或叫做波段),每一个波段对应的是一个频率区间,比如5GHz频段对应的是5.17GHz ~ 5.835GHz的频率范围。而在划分这个频段时,人们又有不同的划分技术,比如每20MHz作为一个划分单位,或是40Mhz划分等等,这个称之为信道,这就好比在一整块连续的田野上,用不同宽度铺出道路。一个波段内能铺下的信道数量基本是整个波段的宽度除以信道的宽度。


随着网络通讯技术的不断发展,人们越来越热衷于对万物互联的畅想,比如无人驾驶汽车实时的数据回传,运送货物状态的实时监控,智能家居的全面推广,甚至还有AR,VR的大规模应用等等。一个高速网络无处不在的世界呼之欲出。

从公开的网上资料,我们不难找到不同机构对未来IoT市场的预测报告,但不管是哪个机构给出的预估,基本的趋势判断都是一致的。我们以下图为例,可以明显看到,市场对未来几年IoT产业的增长都极为乐观。

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那作为这些应用的底层基础,高速通讯网络技术,5G是否就是当之无愧的主要技术解决方案呢?很可惜,答案是否定。 而且几乎可以判定,在未来的高速通讯技术中,主要应用于局域网的WIFI技术将会占去绝大部分的份额,而5G在整个市场中所占的比重,将微乎其微。

这似乎和我们平常的感觉很不一样,我们平时手机上网,几乎用的都是4G网络和5G网络,很少会注意到WIFI的存在,因此 我们可能还有两个疑问:

1. WIFI的速率比不上5G,它怎能胜出?

2. WIFI毕竟是局域网,如何解决和替代移动通讯的问题呢?

其实,第一个问题已经是我们的错觉了。

2019年9月,WIFI联盟开启了 WIFI 6的认证, 从数据传输的性能上来讲,WIFI 6非常亮眼,它可以实现最高9.6Gb每秒的数据传输,理论最低延迟为10毫秒,而实际最低延迟可达3毫秒。 而为了进一步扩大WIFI 6的频谱范围,WIFI联盟最近有将6GHz的频段也归入到WIFI 6里面,于是就有了WIFI 6E (WIFI 6 增强版)。 那相对于5G技术,这个WIFI 6和WIFI 6E究竟怎样呢?先看一下下面这张表:

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不难发现,目前普遍在采用的5G技术(实际是Sub 5G),其理论最高速率为1.5Gb每秒,实际最低延迟为3毫秒。这一速率其实是比WIFI 6逊色不少的, 而下一代5G技术,也叫毫米波5G技术,其理论最高速率可达10Gb每秒,同样是3毫秒的实际延迟。它才和WIFI 6几乎处在同一水平线上。 由此可见,在网络速率上,5G并不比最新的WIFI 6技术占优,甚至在短时间内,还处于一定的劣势。

OK,尽管速率上稍逊一筹,但5G的速度已经足够我们日常所需了,而毕竟WIFI只是局域网技术,在移动通讯的时代,WIFI又如何能和5G竞争呢?

这就涉及到我们另外一个认识误区了。我们继续看同一个机构的另外一张趋势预测图,我们就会发现一个比较反直觉的现象:

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可以看到,不管是现在,还是将来, 图表下部红色和粉红色部分所代表的的局域网,都占了绝大部分的比重,而5G技术,虽然从2021年开始也有显著的提升,但占比少的可怜。

是不是统计错了?

统计并没有错,我们不妨仔细想一下,我们平时在家里、办公室甚至星巴克上网,多半是用的WIFI,更别说家里一堆所谓的智能家居,用的都是家里的WIFI。而且平时我们在用手机上网时,但凡要打开较大的视频或是下载较大的文件,如果是在4G,5G的联网状态,我们还会被“友善”的提醒:“建议WIFI环境观看,土豪请忽略”。

所以WIFI才是我们接入网络的主要方式,4G和5G现在不是,将来更不是。

另外,抛开应用场景的不同,从网络的接入状态来讲,5G网络和WIFI比较,还存在一个致命的缺陷,就是频谱资源的有限性。 通常我们要开通5G,必须要先购买SIM卡,然后获得一个所谓的手机号码,这个号码所对应的其实是运营商授权给SIM卡用户的一个特定的独享频率。从今以后,只要我不去销卡,那么全网络内这个频率的资源就归我独享。举例来说,我在杭州买了一张卡,对应的频率就算在乌鲁木齐,运营商也不能再卖给其他人。所以, 5G网络分配到客户端的频率资源是有限的。当需要接入的用户不断增加之后,运营商手中的频段资源就会变得越来越紧缺,总会有用完的一天。

再来看WIFI, 因为是局域网,所有的用户只在局域网内分享网络资源,而两个不同的局域网虽然频段相同,但是可以做到互不干涉,互不冲突,所以可实现同样的频段不限地域的无限共享。不要说杭州和乌鲁木齐,哪怕是两个相邻的办公室,都可以使用同样的频段来搭建不同的网络,而且这些网络里面的用户可以互不干涉的高速接入网络。

打个不太恰当的比喻,5G网络很像计划经济,而WIFI网络更像一个自由市场。由此,通过两种不同方式接入到网络的用户,从理论上来讲,数量规模上完全不可比较。

而且,在WIFI 6的基础上,最近推出的WIFI 6E,则进一步打开了通过WIFI实现网络连接的想象空间。为了说明这个问题,有必要先大概说明一下WIFI 6(E)的相关技术细节。

我们现在用的WIFI 绝大部分是WIFI 5, 从这个技术开始,其实已经包含了两个频谱段 2.4GHz和5GHz,大家在连接WIFI上网的时候,也常常会发现同一个路由器会有两个选项,通常来讲选择5G时,网速更快,但连接的距离更短。而WIFI 6E技术,则是在2.4G,和5G两个频段的基础上,又加了一个6GHz的频段。

那为什么2.4G和5G用的好好的,还要再增加一个6GHz呢?这就要说到每个频段的信道了。下面列表大致标识了每个频段的频谱范围(因为每个国家和地区对于频谱的使用都有不同,因此图表仅供参考)

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简单粗暴的理解,就是每多一个信道,就多一条信息沟通的通路,信道的宽度越宽,传输的容量就越大,最终体现在实际的速率上就越高。5GHz的频段比2.4GHz频段的通道要多很多,这也是我们在家里用wifi的时候,用5G联网时,速度要明显快于2.4G的原因。 而6GHz的频段的信道数量又再次大幅超出5GHz频段,所以不难想象,采用了WIFI 6E技术之后,同一个Wifi路由器不仅可以连接更多的设备,还能让每个连接的设备获得更快的网速。

举个我们可能经常遇见的例子,我们平时在家里上网,默认连接2.4G网络时,如果家里上网的设备一多,就能明显感觉到网速的下降。比如要是家里有谁在追剧,其他人可能就几乎不能上网。但如果这时你转到Wifi的5G网络,这一现象就能大大改善,几乎感觉不到网速的变化。这就是因为5G网络比2.4G多了很多的信道之后带来的效果。而这只是家庭上网的情况,如果将场景想象成一个物流中心,所有的设备、货物都要接入网路,那即便是WIFI的5G网络可能也会面临我们家里2.4G网络的情况,因此开放6G频段对物联网的意义就非比寻常了。

讲到这里,还有一个问题没有讲透,就是如何实现移动通讯的问题。WIFI毕竟只是局域网技术,在万物互联的大环境下,如果无法实现实时的移动通讯,终究还会出现联网失败的情况。

从这一点来讲,5G的确有无法替代的优势,这也才是其真正存在的必要原因 。但我们也必须看到在上网场景中,固定区域的局域网要远多于移动上网的场景。 对于个人手机上网来讲,两者的区别可能不大,但如果是公司规模的上网,肯定是局域网的应用规模更大。而且规模越大,局域网的优势更明显。因此,不难预见,在不久的将来,在选择网络接入方式时,WIFI 6和WIFI 6E技术必将对5G技术产生重要的竞争。

那是否以为这5G技术就不再重要了呢?当然不是,由于应用场景的不同,5G有着不可替代的优势。而且由于我国的通讯规模摆在这儿,再小的需求也能变成大市场,因此5G的推广天然就有市场的规模效应。 而那些相对移动通讯的规模不大的国家和地区,5G通讯反倒需求没有那么强烈。他们会更加注重宽带的接入程度,如果宽带接入足够多,除了必须要保持实时在线的通讯接入需要5G之外(比如无人驾驶),其他用户几乎都可以通过不同的局域网实现上网,因此5G就显得不那么重要了。

正因为市场规模和需求的不同,我国在推WIFI 6E这个技术上,可能不会太顺畅。 这里有必要讲一个小插曲,在2019年的无线电通信大会上,有关6GHz频段的分配讨论中,中国就和其他很多国家做出了不同的选择。中国提议将6Ghz频段分配给5G网络,而美国、欧洲等国家则决定将6GHz分配给WIFI.

我们国家将6GHz分配给5G网络最主要的现实原因,是我们现有的5G网络用的3.5GHz 的频段不够,三大运营商加在一起只有300MHz的频谱范围,资源非常有限,如果要想大规模的上5G用户,现有的频谱资源很快就会用光,而将6GHz的频段划给5G网络,就立即可以实现扩容,接入更多的用户。所以今后,在我们国家是否会出现WIFI 6E的应用,还是值得观察的。

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