思科的年度移动视觉网络指数 (VNI) 预测

Wi-Fi 技术今年已迈入 20 年大关，它的成功是有目共睹的，远远超出了人们的预期。美国联邦通信委员会 (FCC) 最近宣布，考虑允许将 6 GHz 频段中的 1200 MHz 频谱开放给免许可应用，与此同时，欧盟也有类似的举措，承诺释放出足够的频谱，推动 Wi-Fi 迈向全新高性能时代。

在 2018 年末，FCC 发布了拟定法规的通知，旨在推进利用 5.925-7.125 (6 GHz) 频段的 1200 MHz 频谱部分实现免许可应用的新机遇。Wi-Fi 用户应该为之欣喜，因为 6 GHz 频段的 Wi-Fi 可能在 2020 年成为现实。为了解这一事件为何值得庆祝，我们研究了 6 GHz 频段在免许可应用中受到广泛关注，以及急需额外频谱来维持 Wi-Fi 发展的原因。

思科的年度移动视觉网络指数 (VNI) 预测，到 2022年，Wi-Fi 将承载 51% 的全球 IP 流量，高于其他任何有线或无线接入技术，而 Wi-Fi 热点（包括家庭热点）的总数有望在 2022 年达到 5.49 亿个。

Wi-Fi 承载的互联网流量高于其他任何无线技术。尽管可用频率范围小于 600 MHz（2.4 GHz 频段为 70 MHz，5 GHz 频段为 500 MHz），但这种情况还是发生了。不过，Wi-Fi 联盟委托进行的一项研究预测，到 2020 年，处理流量的频谱短缺为 800 MHz，而到 2025 年这种短缺将达到 1.12 GHz。这项研究强调了提供连续频谱来启用 160 MHz 宽通道（将来可能为 320 MHz）的重要性。6 GHz 频段及其 1200 MHz 连续频谱可以满足增长需求，这就是 FCC 目前正考虑使用它的原因。

为什么需要更多频谱？

2.4 GHz 和 5 GHz 频段中免许可频谱的使用推动了 Wi-Fi 的发展。它降低了新用户的门槛，并推动了低成本的部署，使 Wi-Fi 成为一种无处不在的本地网络连接技术。

但是，这也给它带来了麻烦，由于免许可频谱被大量设备（包括使用蓝牙、Zigbee 和其他技术的非 Wi-Fi 设备）共享，迫使该技术在与许多用户共存时做出妥协。附加免许可频谱将解决用户面临的两个主要问题:

拥塞- 目前可用的 Wi-Fi 通道数较少，这迫使许多用户共用可用带宽，从而造成拥塞。

80 MHz 和 160 MHz 通道可用性受限- 如今，连续频谱十分有限，启用 80 MHz 或 160 MHz 通道变得十分困难，然而，只有当宽通道可用时，才能实现高数据吞吐量。

通道拥塞

在使用 Wi-Fi 5(802.11ac) 的 Wi-Fi 网络或使用 OFDM（正交频分复用）接入技术的旧版 Wi-Fi 中，连接至同一通道的所有设备都会占用其容量。当在具有大量设备的通道上连接时，用户体验到的数据吞吐量会减少，因为每个用户都需要等待轮流发送（或接收）数据。拥塞是由连接至同一接入点并共用同一通道的设备引起的。

尽管可能不那么直观，但相邻网络中相同通道或重叠通道上的设备也会引起拥塞。所有这些设备都在争夺接入同一 RF 通道频谱的资格。在人员密集的市区、机场或体育场馆中，Wi-Fi 信号从数百个接入点和客户端设备发出，通道拥塞问题尤为严重。

2.4 GHz 和 5 GHz 频段支持有限数量的非重叠 20 MHz 和 40 MHz 通道。Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 (802.11ax) 标准增加了对 80 MHz 和 160 MHz 通道宽度的支持，可实现更高的数据速度。但实际上极少部署更宽的通道。目前在 5 GHz 频段中只有六个 80 MHz 通道和两个 160 MHz 通道可用。

在人员密集的环境或大型企业中，很难找到一个不受重叠通道上设备干扰的 80 MHz 或 160 MHz 通道。为应对这种情况，网络管理员通常选择禁用这些功能，从而限制其网络上的数据速度。

以通常与电话、笔记本电脑和平板电脑一起使用的双天线（MIMO 流）客户工作站为例，40 MHz Wi-Fi 5 部署中可以达到的最高速度仅为 400 Mbps，而 Wi-Fi 6 部署在物理层上最高只能达到 574 Mbps。在 TCP 层（即可用数据吞吐量）上，结果处于上述数字的 60% 到 70% 范围内。

显而易见，频谱可用性限制将很快阻碍 Wi-Fi 技术的发展。同时，宽带接入速度（DOCSIS、无源光网络和家庭光纤）保持快速增长，视频流、VR/AR 和游戏等应用需要的带宽越来越高。此外，Wi-Fi 是 5G 技术的关键推动力，它可能会被广泛用于分担移动流量，并通过 FWA（固定无线接入）提供 5G 室内覆盖。在不久的将来，如果频谱可用性没有任何改善，由于最终需要通过 Wi-Fi 接入所有服务，Wi-Fi 网络很可能会遇到瓶颈。

Wi-Fi 6和6 GHz频段

切勿混淆 Wi-Fi 6 和 6 GHz 频段 Wi-Fi，因为两者是两个独立但相互关联的主题。

Wi-Fi 6 是 Wi-Fi 联盟基于 IEEE 802.11ax 标准打造的一种全新用户友好型技术名称。802.11ac 标准也已更名为 Wi-Fi 5，802.11n 现在更名为 Wi-Fi 4。这种全新命名方案旨在方便公众识别设备已发展到第几代，而无需记住复杂的 802.11 这一缩写。

2×2 站点上可实现的最大物理层速度

IEEE 802.11ax 定义为在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段下运行，许多设备制造商正在交付运行在这些频段下的 Wi-Fi 6 设备。现阶段已为在 5.925-7.125 GHz 频段的运行做好准备。运行在 6 GHz 频段上的 Wi-Fi 6 兼容型设备最早可于 2020 年上市。

Wi-Fi 6 引入了正交频分多址 (OFDMA) 技术，已然成为一项革命性的标准。OFDMA 是 Wi-Fi 运行方式的真正颠覆者，因为它允许多个用户同时传输。与用于先前几代 Wi-Fi 的 OFDM 不同，OFDMA Wi-Fi 通道带宽（20、40、80 或 160 MHz）可在多个用户之间分配，这些用户同时在称为资源单元 (RU) 的较小子通道上传输。802.11ax 是解决网络拥塞的重要一步。它的影响通常可比喻为从单车道公路 (OFDM) 升级为多车道高速公路 (OFDMA)。

但是，只有在客户端设备和接入点广泛采用 Wi-Fi 6 技术后，OFDMA 才有效。实际上，每当传统设备（11ac、11n 或更早版本）在网络中传输数据时，都会恢复为单次传输占用整个频谱的标准 OFDM 模式。只有 Wi-Fi 6 设备能够参与 OFDMA 传输。事实是，在大多数消费类设备都采用 Wi-Fi 6 之前，用户可能不会察觉到性能相比旧技术有了极大提高。

另一方面，将 6 GHz 频段引入 Wi-Fi 应用后，可以即时满足所有 Wi-Fi 6 用户的需求。6 GHz 频段拥有足够的频谱来安全部署 80 MHz 或 160 MHz 宽的通道，同时可通过新建部署消除向后兼容性问题，因此可为 Wi-Fi 6 用户提供极其出色的服务，能够即时实现高吞吐率和无拥塞的网络访问。

深入了解6 GHz频段

6 GHz 频段也称为中频带频谱，范围为 5.925 GHz 至 7.125 GHz。它分为四个频段：

UNII-5：5925-6425 MHz (500 MHz)
UNII-6：6425-6525 MHz (100 MHz)
UNII-7：6525-6875 MHz (350 MHz)
UNII-8：6875-7125 MHz (250 MHz)

免许可国家信息基础设施 (U-NII) 无线电频段是 IEEE 802.11a 设备和许多无线 ISP 使用的无线电频谱的一部分。U-NII 是 5 GHz 无线设备的 FCC 管制域。欧洲 HiperLAN 标准在与 U-NII 相同的频段下运行。

中频带频谱目前已向在这些频率中部署服务的授权用户开放。例如，用户包括点对点微波链路以及在体育赛事中将信号传回演播室的移动电视转播车。目前，美国约有 10 万个微波链路。这些链路的运营商包括公共运营商（AT&T 和 Verizon 等）、工商机构（公用事业、铁路、石油和天然气）和公共安全机构（安全、紧急服务和交通运输）。

这些运营商对与免许可服务的共存和可能存在的信号干扰表示担忧。FCC 裁决可能包括减轻由 6 GHz 频段 Wi-Fi 运行所引起干扰的相关机制，具体措施包括使设备仅以低功率水平在室内运行或部署 AFC（自动频率协调）机制。

尽管这些共存过程还没有最终确定，但 Wi-Fi 芯片和设备制造商已经计划在监管机构最终批准后不久便提供产品。IEEE 在 802.11ax 标准的最新草案中增加了全新 6 GHz 频段通道的定义。

美国很快会向 Wi-Fi 设备添加大量新通道，这有助于立即缓解拥塞并在运行于 6 GHz 频段下的 Wi-Fi 6 设备中实现最高数据速度。

59 个 20 MHz 通道
29 个 40 MHz 通道
14 个 80 MHz 通道
7 个 160 MHz 通道

总之，对于 Wi-Fi 6 用户而言，6 GHz 频段 Wi-Fi 意味着即时性能提升。尽管干扰问题仍然亟待解决，但为 Wi-Fi 开放 6 GHz 频段是一项正确的举措，可确保这种广泛采用的无线技术能够提供未来应用和网络需要的性能。