在物联网时代,5G与Wi-Fi 6将长期共存

摘要 关于Wi-Fi 6与5G之间关系的讨论又起,Wi-Fi 6到底会不会被5G所取代?两者的关系很容易让人联想到NB-IoT与LoRa,在需要公网的场景下,NB-IoT和LoRa具有很强的互补性,但在需要行业、企业级专网的项目中,NB-IoT专网方案就和LoRa、ZETA等其他技术有明显的替代性优势。
        Wi-Fi联盟在2019年9月16日正式发布了Wi-Fi 6标准,相对于目前正在广泛使用的上一代Wi-Fi标准,Wi-Fi 6将具有更快的带宽和更加高效的成熟效率。作为下一代Wi-Fi技术标准,Wi-Fi 6的最高传输速度将达到9.6 Gbps(和5G 10Gb/s的速度差不多),作为比较,目前大家所使用的Wi-Fi标准的最高传输速度是3.5 Gbps ,当然这些都是理论值。
 

        随着Wi-Fi 6标准的正式发布,关于Wi-Fi 6与5G之间关系的讨论又起,究竟5G能不能取代Wi-Fi 6。其实,移动通信和Wi-Fi之争早在2000年的时候就开始了,当时市场上关于2G网络取代Wi-Fi的声音不绝于耳,但是经过20年的发展,移动通信已经发展到了5G时代,进入了新的纪元。而Wi-Fi技术也已经到了Wi-Fi 6的标准,Wi-Fi已经成为社会上不可或缺的一部分。

        由此可见,5G和WiFi其实是相辅相成的。5G是WiFi 6的有力支撑,Wi-Fi 6可以成为5G的补充和延伸,二者融合能够共同推动社会发展。
 
  • Wi-Fi 6标准吸纳了大量5G技术

        事实上,Wi-Fi 6在标准的制定上吸纳了大量5G关键技术,如OFDMA、MU-MIMO、1024-QAM等。而在标准的演进方向上,Wi-Fi 6与5G也并无二致,都是以eMBB、mMTC、uRLLC三大场景为目标,支持多用户高速率并发,优化了设备功耗和覆盖能力,扩展了覆盖范围。

        OFDMA

        在Wi-Fi 6之前,数据传输采用的是OFDM 模式,用户是通过不同时间片段区分出来 的。每一个时间片段,一个用户完整占据所有的子载波,并且发送一个完整的数据包。
 
(图:OFDM工作模式,来源:华为WiFi技术白皮书)

        Wi-Fi 6中引入了一种更高效的数据传输模式——OFDMA,它通过将子载波分配给不同用户并在OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。迄今为止,它已被许多无线技术采用,例如3GPP LTE。

        与OFDM相比,OFDMA有三点好处:

        1、更细的信道资源分配。特别是在部分节点信道状态不太好的情况下,可以根据信道质量分配发送功率,来更细 腻化的分配信道时频资源。下图呈现出了不同子载波频域上的信道质量差异较大,Wi-Fi 6可根据信道质量选择最优RU (Resource Unit,简称RU,每个RU 当中至少包含26 个子载波)资源来进行数据传输。

        2、提供更好的QOS。因为Wi-Fi 6及之前的标准都是占据整个信道传输数据的,如果有一个QOS 数据 需要发送,其一定要等之前的发送者释放完整个信道才行,所以会存在较长的时延。在OFDMA 模式下,由于一个发送者只占据整个信道的部分资源,一次可以发送多个用户的数据,所以能够减少QOS 节点接入的时延。

        3、更多的用户并发及更高的用户带宽。OFDMA 是通过将整个信道资源划分成多个子载波(也可称为子信道),子载波又按不 同RU 类型被分成若干组,每个用户可以占用一组或多组RU 以满足不同带宽需求的业务。

        MU-MIMO

        MU-MIMO 使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流,与OFDMA 不同, 所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。其实MU-MIMO技术在Wi-Fi 5的时候就已经引入了,但只支持DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在Wi-Fi 6中进一步增加了MU-MIMO 数量,可支持DL 8x8 MU-MIMO,借助DL OFDMA 技术(下行),可同时进行MU-MIMO 传输和分配不同RU 进行多用户多址传输,既增加了 系统并发接入量,又均衡了吞吐量。

        因此,在技术演进上二者“英雄所见略同”。而在实际组网中,二者各有所长,5G“主外”,在室外三大移动场景中是当仁不让的首选;Wi-Fi 6“主内”,解决室内覆盖速率等问题。二者融合则能实现“内外兼修”的目标。
 
  • Wi-Fi 6与5G在应用上形成互补

        由于5G在室内覆盖上成本高,终端兼容性弱的限制,Wi-Fi 6在室内覆盖上已经克服了大带宽、大容量、低时延的挑战,可以支撑VR/4K/AGV等大带宽低时延的关键应用,所以对于企业而言,Wi-Fi 6网络与5G网络在大部分的场景里是可以相互协同,达到整个接入系统的性价比最优。对于企业的一些特殊场景,比如油田、矿井、自动驾驶工程车,5G由于其低时延及覆盖广的特点,拥有独特的优势。

        而对于室外的突发流量的高密场景,在不增加5G基站的前提下,5G网络的容量仍然较难满足用户接入的需求。而在这些场所,Wi-Fi 6的高密度接入的能力,是高性价比解决海量用户和终端高密接入的有效方案。Wi-Fi 6“主内”,5G“主外”,两者部署考虑的更多的是方案的达到效果以及所需成本。
 
(图:不同Wi-Fi 标准下的接入量与人均带宽关系)

        今年7月,深圳地铁携手中国联通、华为,采用联通5G网络接入,通过华为Wi-Fi 6技术进行网络拓展,将深圳地铁福田枢纽建成全国首个应用Wi-Fi 6技术的地铁车站,这是一次Wi-Fi 6与5G技术的完美融合。

        Wi-Fi 6与5G的关系很容易让人联想到NB-IoT与LoRa,在需要公网的场景下,NB-IoT和LoRa具有很强的互补性,但在需要行业、企业级专网的项目中,NB-IoT专网方案就和LoRa、ZETA等其他技术有明显的替代性优势。
 
  • Wi-Fi和5G将长期共存

        从网络覆盖上来讲,5G网络技术采用的是超高频频谱,我们都知道,频率越高衍射现象越弱,穿越障碍的能力也就越弱,所以5G信号是很容易衰弱的。如果保持5G信号的覆盖需要比4G建设更多的基站。由于信号的衰减,那么在室内、地下等环境下的衰减会更严重,5G网络很难覆盖所有的环境,在此情况下,Wi-Fi网络可以通过路由器在这些地方提供信号。

        在5G时代,虽然5G网络的容量会大幅提高,但是入网设备的数量也会大幅提升,假设所有的入网设备都连接区域内的基站,我想5G这条高速公路也会堵死,而Wi-Fi则具有很大的分流作用。

        正如需要被处理的海量数据,在某一数值之下,云计算完全有能力实现数据高效、快速处理,但是随着数据的持续增加,继续依靠云计算的能力已然不是最合适的途径,这也是雾计算、边缘计算产生的原因,它们之间也应该是一种互补、协同的关系。

        再者,简单的看,5G要想取代Wi-Fi就需要建设更多的基站,数量可能是当下规划的几倍,这又会涉及到大量的资金投入,本来5G建设的资金投入已经让运营商头疼不已,因此所谓的5G取代Wi-Fi并不现实。

        另一方面,从速率上来看,移动设备厂商宣传的5G最重要的3个特征是高速度、大容量、低时延,而最新一代的Wi-Fi速率比5G 还要快, Wi-Fi 6单流峰值速率1.2Gbps(5G 网 络峰值速率1Gbps),平均来看,Wi-Fi每升级一代所用的时间大约只是移动网络的一半左右,所以从最新的Wi-Fi 6开始,速率会持续领先于移动网络。

        当然,5G取代Wi-Fi还有其他需要考虑的地方,比如流量大涨背后是费用大涨,而免费Wi-Fi优势明显,终端的类型,移动端的电池耗电问题等。

        最后,移动通信在进化,Wi-Fi也在进步,物联网时代会有海量的、多样的设备实现联网,而连接的方式也应该是异构的。Wi-Fi 6与5G不是取代关系,而是互相推动、竞争与共存的关系。

        (来源:华为、钛媒体等,文章内容仅代表作者个人观点,不代表业路网对本文内容观点的赞同与支持。)