Wi-Fi 6是什麼?Wi-Fi 6標準、關鍵技術、傳輸速度介紹

2020.05.26 05:05PM
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現代人生活離不開網路,而隨著社交網路、高畫質影片等多媒體傳輸需求日漸增加,Wi-Fi無線網路也隨著科技進步來到下一個世代。Wi-Fi 6是Wi-Fi聯盟在2019年下半根據IEEE推出的最新Wi-Fi認證標準,能夠提供用戶速度更快、更省電的無線傳輸體驗。目前市面上也有不少支援Wi-Fi 6標準的路由器、行動裝置等等,本篇將介紹Wi-Fi 6的革新技術與相關知識。

IEEE 802.11ax又稱為Wi-Fi 6

可能會有些疑惑,這次Wi-Fi聯盟推出了Wi-Fi 6,但過往卻不曾聽見Wi-Fi 5或是Wi-Fi 4的稱呼,反而比較常見到IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac等數字與英文的組合。

IEEE是電氣和電子工程師協會的標準制定機構,制定包括乙太網路(802.3)、區域網路(802.1)等一系列標準,而Wi-Fi聯盟定義Wi-Fi使用IEEE的802.11標準。因此,Wi-Fi無線網路標準被稱為IEEE 802.11,後續也都會依照這個規定,在數字後方新增如a、b、n等英文字作為補充,成為了IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ax等目前常見的Wi-Fi標準規格。

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▲過往Wi-Fi標準都會直接以IEEE所制定的802.11表示,後綴的a、b、g、n可以視為不同代的Wi-Fi標準。圖為三星的手機Galaxy S10規格,支援IEEE 802.11ax,也就是Wi-Fi 6。(圖片來源:三星Samsung)

然而,因為IEEE 802.11與後面的英文字母,對一般人來說比較難了解新舊特性,因此Wi-Fi聯盟決定將最新一代Wi-Fi標準,也就是IEEE 802.11ax命名為Wi-Fi 6,取代原本IEEE數字與英文的命名方式。而在Wi-Fi 6的命名之後,也就可以回溯上一代IEEE 802.11ac為Wi-Fi 5,再上一代的IEEE 802.11n為Wi-Fi 4,後續Wi-Fi連接的圖示上也將會加入數字表示。

不過,數字代稱最多只到Wi-Fi 4而已,更之前的幾代Wi-Fi規格仍然會習慣以IEEE 802.11與後綴英文字母表示,不再另外稱之為Wi-Fi 1、Wi-Fi 2或Wi-Fi 3。更詳細的報導可見:WiFi 聯盟透過別稱方式作為新命名原則讓消費者更容易辨別,802.11ac 未來將稱為 Wi-Fi 5

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▲歷代Wi-Fi標準名稱、支援頻段、傳輸速度、發表年份。(圖片來源:Allion)

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▲和行動網路的3G、4G一樣,未來Wi-Fi顯示圖示也會加上數字,讓用戶明確得知現在使用的是哪一代無線網路。(圖片來源:Wi-Fi.org)

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▲Wi-Fi 6的特色、技術介紹。其中OFDMA、MU-MIMO技術是Wi-Fi 6的重要特色。(圖片來源:Qualcomm)

Wi-Fi 6使用OFDMA技術提高傳輸速度、覆蓋範圍

Wi-Fi 6的關鍵技術大約有OFDMA、MU-MIMO、1024 QAM、 BSS coloring、TWT等等,以下將分別介紹。OFDMA技術是Orthogonal Frequency Division Multiple Access的簡稱,中文又稱為「正交頻分多址」或「正交分頻多重存取」,是進階的OFDM技術,也是Wi-Fi 6最重要的技術。

OFDMA改善了Wi-Fi無線網路的傳輸距離與傳輸速度,它概念是將傳輸的頻道分割成多個小單位,藉此讓多組裝置能夠同時通信,能夠有效提升頻譜的利用效率。舉例來說,瀏覽網頁和觀看影片的網路使用量不同,但過往Wi-Fi都會給予同樣的資源,每次傳輸1項,但OFDMA技術讓它可以依照使用情況調整分配,同時傳輸,藉此提升頻寬的使用效率,並且降低Wi-Fi傳輸時的延遲。

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▲以往Wi-Fi會給予傳輸資料相同的資源,導致無論應用、流量大小,都會佔據整個頻寬。Wi-Fi 6的OFDMA技術能夠根據使用類型調整,讓頻寬的使用更有效益。(圖片來源:NetBridge)

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▲OFDMA技術將資料切割成小單元,重新分配位置,讓需求不同的多部裝置能夠同時進行,不需要再相互競爭。因此OFDMA技術帶來了更高的資料傳輸速度。(圖片來源:National Instruments)

MU-MIMO再改良 同時與多部設備通信

雖然MIMO技術早在802.11n(Wi-Fi 4)時就開始運用了,直到上一代Wi-Fi 5也已經能夠達成多個使用者通訊,也就是MU-MIMO的基礎。然而隨著配有網路的裝置越來越多,Wi-Fi 5的裝置數量逐漸不敷使用,而Wi-Fi 6的MU-MIMO技術同樣是過去的基礎再繼續改良,能夠與最多8個裝置連接、同時通訊與傳送多批資料,並且允許設備回應路由器。這讓需要多裝置連接網路的智慧家庭設備擁有更穩定的網路表現。

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▲MU-MIMO能夠讓路由器同時與多個裝置通訊,Wi-Fi 6最多能與8個裝置配對。(圖片來源:Qualcomm)

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▲如果以車流量比喻,同時傳輸就像是擁有更多的車道,Wi-Fi 6的MU-MIMO技術讓連接裝置能夠使用專屬的車道進行傳輸,不再擁擠,也就能夠更有效率地處理流量。(圖片來源:Aruba)

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▲OFDMA與MU-MIMO。相較於上一代Wi-Fi 5,OFDMA技術可以一次傳送不同的資料,讓數據傳輸更有效率,而MU-MIMO技術可以同時傳送多批資料,增加了資料傳輸的能力。(圖片來源:Qualcomm)

1024QAM增加傳送容量、BSS coloring減少傳輸等待時間

QAM是Quadrature Amplitude Modulation的簡稱,中文稱為「正交振幅調變」,會​定期​調整​正弦​電磁波​的​相位​與​振幅,​以便​傳送​數位​資訊。相較於Wi-Fi 5的256QAM,Wi-Fi 6提高至1024QAM,讓載波之間的間隔更密集,讓它比上一代增加了25%的速度。可以將QAM理解成快遞送貨員的數量,QAM也就是人數越多,送貨的速度越快,也就能夠寄送更多的資料。

而為了避免資料在傳輸時發生碰撞,過往在傳遞資料時,會先查看通道是否正在傳輸,等到通道淨空時才可以開始進行。然而這造成忙碌時需要不停地等待其他資料傳輸完成,耗費許多時間,而BSS coloring就是為了解決這種狀況,它藉由標記存取點的顏色,讓資料忽略其它進行中的傳輸動作,直接開始傳輸,顏色讓同一個頻道的傳輸過程不會互相干擾。

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▲Wi-Fi 5使用256QAM,當時認為已經到達頂峰,想不到在科技技術的革新之下,讓Wi-Fi 6可以繼續往上發展,達到1024QAM的標準。(圖片來源:Aruba)

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▲BSS coloring標記存取點的顏色,避免同個頻道中的不同資料在傳輸時互相干擾。如圖,在標記顏色之後,資料可以忽略其他顏色的傳輸過程,自行傳輸,有利於對抗壅塞的網路環境,提高傳輸效率。(圖片來源:Netgear)

TWT技術讓裝置不使用時進行休眠

TWT技術主要使用在裝置端,全名為Target wake time,目標喚醒時間。TWT技術是因為Wi-Fi 6裝置往往較為耗電,待機時間短,而此技術可以定義每個裝置的不同喚醒時間,也就是只有在需要時間清醒,其他時間休眠,藉此節省使用電量,也延長電池壽命。

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▲TWT技術可以定義不同裝置的不同休眠時間,只有在需要使用時將其喚醒。(圖片來源:Qualcomm)

Wi-Fi 6速度更快、傳輸容量更大 為5G互補

綜上所述,Wi-Fi 6將提供比Wi-Fi 5更快的傳輸速度、更大的傳輸容量、低延遲、以及低損耗的裝置優勢。而在未來5G網絡布局完成時,Wi-Fi 6也將成為電信業者補充5G基地台覆蓋範圍外的互補,同樣提供更高的資料傳輸速度與容量。或許可以想像,未來室內的網路覆蓋由Wi-Fi 6完成,而室外的網路連接則可以透過5G達到高網速、低延遲的效果。

目前已有不少裝置推出Wi-Fi 6服務,而預估2020年下半,Wi-Fi頻段將在傳統2.4GHz、5GHz之外,再多開放6GHz使用,避開2.4GHz與5GHz頻段的壅塞現象,並且將使用6GHz頻段的Wi-Fi稱為Wi-Fi 6E。更詳細的報導可見:Wi-Fi可用頻段除2.4GHz、5GHz外,今年末將追加6GHz頻段的Wi-Fi 6E

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▲Wi-Fi 6的優勢。(圖片來源:Netgear)

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