802.11ay 802.11ad 毫米波 Wi-Fi

毫米波Wi-Fi潛力可期 晶片/量測商搶進802.11ay

2019-02-12
802.11ay導入MU-MIMO技術與通道綁定機制,可大幅提升傳輸頻寬與速率,支援AR/VR、4K/8K高畫質傳輸等應用。而802.11ay規格發布在即,晶片與量測廠商也紛紛推出解決方案備戰。

IEEE標準協會預計在2019年正式批准802.11ay規格。802.11ay運行於60GHz的毫米波(mmWave)頻段,可提供更高容量的網路傳輸。此外,802.11ay規格將導入多重輸入輸出(MIMO)技術與通道綁定(Channel Bonding)機制,進一步提升傳輸效能,滿足新興應用需求。

毫米波實現大頻寬/大資料量傳輸

不論是Wi-Fi 4、Wi-Fi 5還是最新推出的Wi-Fi 6,這些規格皆運行於2.4GHz或5GHz較低頻的頻段,然而,高頻毫米波頻段因能提供更大的頻寬與更多的頻譜資源,並減少相同頻段上的技術互相干擾的問題,以實現更高的網路容量以及更低的傳輸延遲,成為下世代通訊備受矚目的頻段,也吸引相關業者持續投入60GHz Wi-Fi技術與產品的開發(表1)。

表1 Wi-Fi規格比較

是德科技行銷處資深行銷專案經理郭丁豪表示,雖然毫米波天線與元件技術發展,並不如6GHz以下的技術成熟、快速,且還會面臨訊號穿透性差、訊號衰減嚴重以及傳輸距離等難題,但對於大頻寬與大資料量傳輸的應用來說,毫米波頻段的開發仍有其必要性。

他進一步說明,隨著技術與應用市場的演進,6GHz以下的頻譜會越來越擁擠,能用的頻寬也有限。儘管業界也持續藉由天線技術與調變機制來提升傳輸效能,如Wi-Fi 6導入正交分頻多工存取(OFDMA)與MU-MIMO等全新的傳輸機制,但這些技術對於效能的提升皆有其局限性。因此,隨著自駕車、遠端機械操作、AR/VR與高畫質傳輸等應用的興起,毫米波技術也受到越來越多的關注。

MIMO/通道綁定機制 提升傳輸速率/距離

IEEE標準協會於2017年1月發布802.11ay草案,預計在2019年正式批准802.11ay規格。802.11ay與802.11ad技術同樣使用60GHz的頻段,算是802.11ad的進化版本。此外,802.11ay預計將導入MIMO技術與通道綁定機制,並支援更高階的調變機制(最高可達256QAM),更進一步提升傳輸頻寬與速率。

事實上,802.11ay的單通道最大頻寬與802.11ad一樣是2.16GHz,但802.11ay版本可透過通道綁定機制將四個通道綁定在一起,這麼一來最大頻寬就能達到8.64GHz。此外,802.11ay也將最大空間串流提升至4×4 MIMO;換句話說,單流的最快速率為44Gbps,而運用4×4 MIMO技術可將傳輸速率提升至176Gbps。

對此,郭丁豪進一步說明,802.11ay支援臨近通道綁定(Contiguous Channel Bonding)以及非臨近通道綁定(Non- contiguous Channel Bonding),一次可綁定2~4個通道,即便是不連續的頻譜也能透過此機制相互綁定。

在天線技術的部分,過去802.11ad技術只有導入波束成形(Beamforming)與相位陣列天線(Phased Array Antenna)技術,但並沒有支援MIMO技術。而802.11ay除了在802.11ad的基礎上,進一步強化波束成形的方向性與波束追蹤(Beam Tracking)效能,也導入單用戶MIMO(SU-MIMO)與下行多用戶MIMO(Downlink MU-MIMO)技術。對此,相關產業人士透露,MIMO技術的導入,不但可將802.11ay傳輸速率提升到近200Gbps,其傳輸的距離也可從10~30公尺,大幅提升至近300公尺。

各項傳輸效能的提升,有望讓802.11ay在講究高傳輸速率、大資料量與低延遲性的5G時代中,扮演關鍵的角色。例如,運用802.11ay技術取代既有的有線網路,來支援5G固定無線接入(FWA)功能,讓使用者在室內仍能享有高速寬頻連線;此外,也可提供電信商戶外網路回傳(Backhaul)的服務。

測試/晶片商備戰

802.11ay正式規格發布在即,廠商也紛紛推出解決方案備戰,盼能奪得市場先機。談到802.11ay的量測與開發要點,郭丁豪表示,6GHz以下的頻譜開發較早,因此不論量測儀器還是元件技術也都相對成熟,但毫米波技術發展較晚,還必須克服高頻頻譜特性所帶來的技術挑戰。因此,能否在開發初期就提供晶片廠商所需的量測儀器,是測試設備商投入802.11ay市場的關鍵。

相較於先前推出的802.11ad技術,802.11ay在規格設定了更多的調變及編碼方案(MCS)指數,每組MCS指數都有相應的編碼速率與調變技術,並對應到不同的誤差向量幅度(EVM)與傳輸速率要求。因此,理想的量測解決方案,除了要提供能打出高頻訊號的發射器、高靈敏度的接收器,並盡可能降低雜訊提高取樣率,還必須在不同的環境與MCS條件下,達到協會所規範的EVM與速率要求。

對此,郭丁豪補充說明,不論是發射器、接收器還是示波器,儀器可支援的頻譜範圍與各項性能都必須比待測的產品更好,如此一來,才能準確地量測出產品的效能,並確保產品符合規範要求。

而為滿足市場上不同層級的量測需求,是德科技也提供具彈性的量測解決方案,讓晶片與系統廠商可依產品特性及成本考量,搭配不同的訊號源與示波器來滿足測試規格需求。舉例來說,針對60GHz的Wi-Fi訊號量測,該公司提供降頻與不降頻兩種解決方案,用戶可透過升/降頻器來擴充設備以達到毫米波量測要求,也可以直接選用高階儀器進行量測。

高通率先鳴槍起跑

高通率先在2018年10月推出兩款60GHz的Wi-Fi晶片組,包括QCA64x8及QCA64x1系列,前者主要支援行動通訊的應用,後者則支援FWA的應用。新推出的產品系列皆基於802.11ay規範,同時也是市面上首個Pre-802.11ay晶片解決方案。

高通表示,不同於Wi-Fi技術普遍採用的2.4GHz和5GHz頻段,基於毫米波的60GHz Wi-Fi能夠提供低干擾、高頻寬的頻譜資源,從而實現更高的無線網路容量、千兆級的網路傳輸速率與超低時間延遲性。而這些特性使得60GHz Wi-Fi成為行動通訊、企業網路、室外回傳以及智慧家庭等無線生態系統的理想選擇。

據了解,新推出的60GHz Wi-Fi晶片組,除了進一步提升Wi-Fi技術的傳輸效能,還可以支援Wi-Fi射頻偵測。藉由這項功能,終端裝置可精準辨識人體與物體,執行運動偵測或判定其位置,且不易受到環境光線影響。

談到毫米波技術對於下世代通訊的影響,高通資深副總裁暨連接與網路業務經理Rahul Patel指出,毫米波在提升用戶體驗上具有極大的潛力,而該公司也盼望能透過旗下驍龍X50 5G數據機系列以及60GHz的Wi-Fi晶片組,提供產業靈活的毫米波解決方案,以支援更廣泛且多元的應用市場,加速產業導入毫米波技術。

事實上,早在2018年上半年,高通與Facebook曾共同對外表示,雙方正在運用Facebook的Terragraph技術與高通用於行動通訊的60GHz的Wi-Fi晶片組,一同開發多節點的無線通訊系統,希望能藉此改善熱點區域網路壅塞的問題。

Blu Wireless推出IP解決方案

除了高通搶在2018年推出Pre-802.11ay解決方案外,Blu Wireless Technology也在日前宣布推出HYDRA 2.X系列系統IP解決方案,來滿足光纖級速率的無線通訊需求。據了解,Blu Wireless新推出的IP解決方可透過配置來達到10~100Gbps的傳輸速率,同時,可支援許多802.11ay將推出的新功能,包括通道綁定機制與MIMO技術。

Blu Wireless表示,該公司日前推出的上一代產品HYDRA 1.X已具備Pre-802.11ay的功能,例如靈活的次通道化(Subchannelization)機制、64QAM調變機制、更快速的封包聚合(Packet Aggregation)機制、同頻干擾抑制等功能,並且可達到10Gbps的傳輸速率。而IDT (Integrated Device Technology)也已採用該解決方案,將之導入毫米波雙數據機中。

Blu Wireless執行長Henry Nurser指出,為了讓下游廠商提早布局802.11ay市場,該公司率先推出Pre-802.11ay解決方案,並計畫在規格底定後,於2020年完成802.11ay解決方案的認證,以高效且靈活的解決方案滿足市場多元的應用需求,為AR/VR等視聽服務提供更高畫質的影響傳輸品質,甚至進一步支援V2V、V2X以及FWA等5G應用。

802.11ay/5G亦敵亦友

談到802.11ay與5G行動通訊間的關係,郭丁豪說,兩項技術可能是競爭關係,也可能彼此互補。802.11ay鎖定的應用市場包括超短程通訊、VR/AR、高畫質影音傳輸、網路回傳以及FWA等。而郭丁豪指出,由於5G與802.11ay所運用的天線技術(如MIMO、波束成形)十分相似,可能會導致兩者在VR/AR及高畫質影音傳輸等應用市場中,形成競爭的關係

此外,在5G基地台無法滿足室內覆蓋的情況下,用戶可能會選用802.11ay技術來支援室內應用;但反之,在5G基地台布建密度高、室內覆蓋與傳輸效能良好的情況下,也可能會瓜分掉802.11ay應用市場。而兩種技術究竟會形成什麼樣的關係,必須視各自技術發展以及實際布建情況,才能進一步言之。

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