來源：內容由半導體行業觀察（icbank）編譯自「anandtech」，作者：Brett Howse，謝謝。
在上一代計算中，有很多設備開始利用無線技術來連接以太網，在接下來的發展中，這種趨勢並沒有放緩的跡象。當個人計算機首次使用無線網絡接口卡（NICs）時，它們就成為了網絡上的唯一設備。發展至今，幾乎每個家庭都擁有多個需要聯網的設備，這些設備使用無線電波來進行通信的方式有兩種，一種可以利用蜂窩連接，另外一種是通過連接具有Wi-Fi功能的家庭無線網絡。
在本文關注的PC領域中，蜂窩連接確實存在，但它並不是重點。雖然在PC上直接提供蜂窩連接有很多優勢，但使用這種連接方式需要使用者支出額外的費用（尤其是在北美），而這就意味著大多數PC將選用Wi-Fi來進行網絡通信。
Wi-Fi一詞如今已是無所不在，Wi-Fi聯盟曾採用IEEE 802.11標準對無線網絡通信進行了命名。但最近Wi-Fi聯盟更新了對無線網絡通信的命名規則，如下所示:
為了讓大眾明確標準，Wi-Fi聯盟對原來採用專業術語的標準進行了重新命名。目前，802.11n，802.11ac和802.11ax這三個最新標準已經更新其名稱為：Wi-Fi 4，Wi-Fi 5和Wi-Fi 6。從長遠來看，新的命名對於大多數人來說應該更容易掌握。但我們仍舊對Wi-Fi 6E（為Wi-Fi 6增加的6GHz頻段）產生了一些困惑，所以我們需要關注其後續發展。
在CES 2019上所展出的Wi-Fi 6路由器之一——TPLink AX1800
如今，大多數家庭所使用的設備應該都採用了Wi-Fi 4或以前的802.11n。畢竟，該標準是在2009年問世的。發展至今，應該還有很多家庭設備配備了Wi-Fi 5或802.11ac，這些標準提供了速度升級以及一些可選的額外功能來幫助擴展。而Wi-Fi 6或802.11ax則是一個非常新的標準，直到2019年底，甚至沒有那麼多設備可以通過它連接。那麼，這個新標準的意義何在？您真的需要升級家庭網絡嗎？
本文旨在幫助回答這些問題，並展示我們AnandTech如何將其過渡到Wi-Fi 6，以便將來進行評估。
Wi-Fi 6新在哪裡
每一項新的Wi-Fi標準幾乎都會改進無線速度和延遲，Wi-Fi 6也是如此。值得一提的是，最新標準還提高了電源效率。但最重要的是，它可能有助於解決在非常擁擠的環境中使用Wi-Fi的一些典型問題。
讓我們從最後一點開始，可以說是它是最重要的功能。隨著Wi-Fi的普及，以及連接設備的數量的增長，頻譜的過度擁擠已成為最大的問題之一這可能導致即使最好的網絡設備也會慢得像蝸牛。這有點像是在人口稠密的城市環境，體育場或主題公園中出現的情況。
您的路由器的頻率是多少？
就在幾年前，即使是中高端筆記本電腦也只配備了2.4GHz 802.11n（Wi-Fi 4）網絡適配器。如果它們被用在密集的公寓樓中，它們的表現則十分糟糕。如果在5 GHz信號範圍內使用Wi-Fi 4，則可以暫時緩解這種糟糕的表現。這是因為5 GHz信號的範圍縮小了，也就意味著相鄰接入點受到干擾的可能性減小，而且5GHz還能提供更多的信道。2.4GHz最多隻能提供三個不重疊的信道。但每個國家的規定有所不同，總共有14個信道，每個信道的寬度為22 MHz，但僅相差5 MHz。所以並排的信道會互相干擾。在5GHz方面，則最多可以有23個信道，而且沒有一個是重疊的。
使用的5 GHz時的情況
如果您需要範圍，2.4GHz仍然是您的最佳選擇，因為5GHz信號會通過地板和牆壁等固體物體衰減，但在密集環境中，5GHz實際上是任何無線通信的必備條件。
使用2.4 GHz的情況
但是現在5 GHz的使用空間也已達到極限，因此Wi-Fi聯盟增加了一些功能來直接解決擁擠的頻譜問題。克服此問題的主要方法之一是正交頻分多址（OFDMA），它可以將頻譜分解為時頻資源單元，由接入點進行協調。只要總帶寬不超過信道寬度，就可以將這些資源單元分配給多個連接的設備，從而允許它們同時在同一信道上傳輸。以前，每臺傳輸設備在整個傳輸的時間內都會佔用整個信道，因此導致了多個設備的競爭，它們將不得不使用時分多址訪問，等待輪到它們進行傳輸（每個設備都有一段時間進行傳輸）。OFDMA將信道分配給許多客戶端，這是非常有益的，尤其是在沒有單個設備需要所有可用帶寬的情況下。此外，與以前的Wi-Fi需要固定的數據包大小不同，Wi-Fi 6則允許動態拆分數據包大小，從而使設備可以用較小的數據包填充可用的資源單元。
Wi-Fi聯盟為解決頻譜擁擠問題的另一個方法是空間頻率重用技術，它可以讓設備判斷正在傳輸的信號是其網絡的一部分，還是相鄰網絡的一部分。這意味著，例如，公寓中的兩個人都在使用Wi-Fi 6接入點和設備，連接到其自己接入點的設備將能夠讀取信道傳輸上的標記，並確定該傳輸是否在他們的網絡上。如果不是，並且功率足夠低，則無線設備能夠同時在同一信道上進行傳輸。這些設備將調整它們的傳輸功率，以避免它們干擾彼此的傳輸。
除此之外，Wi-Fi 6還增加了一個額外的網絡分配向量（NAV），這應該有助於防止數據包被重疊的網絡重置。
即使進行了這些更改，Wi-Fi聯盟也知道即使在5 GHz範圍內也只有固定的帶寬量，因此標準中已經支持6 GHz。但它又僅限於標有Wi-Fi 6E的設備，這讓事情變得有點混亂。
關鍵——性能加倍
儘管Wi-Fi的標稱信道帶寬為20 MHz，但Wi-Fi規範已允許將多個信道綁定在一起以提供更高性能的信道。Wi-Fi 4支持40 MHz，Wi-Fi 5支持80 MHz和160 MHz，但後者是可選的。但直到最近，我們才在PC領域真正看到它。因為不是必需的，所以許多Wi-Fi 5接入點和路由器不支持它，因此，即便是你有支持160 MHz的適配器，也無法享受160 MHz的體驗。Wi-Fi 6支持160 MHz的信道寬度，以後，我們應該看到更多的設備會支持160 MHz。但是一個缺點是，它需要併發信道才能運行，並且在信道數量有限的情況下，如果在一個信道上存在很多幹擾，則可能會引起問題。這在Wi-Fi 6中已通過“ 80 + 80”帶寬得到了解決，這意味著160 MHz信道可以由兩組不同的80 MHz信道組成。這在以前的規範中也是可用的，但是是可選的。
為了進一步提高性能，而不僅僅是更寬的信道，Wi-Fi 6還增加了對更高級別的正交幅度調製（QAM）的支持，從Wi-Fi 5中的256-QAM到Wi-Fi 6中的1024-QAM。這從每tone 8 bits變為每tone 10 bits，從而允許在相同的信道帶寬上傳輸更多數據。這意味著單個1x1 20 MHz信道可以以最大143 Mbps的速率進行傳輸。而在具有160MHz信道上的2x2 Wi-Fi適配器的典型筆記本電腦上，則可以以 2.4 Gbps的速率進行傳輸。在典型的Wi-Fi 5接入點上使用相同的2x2解決方案，具有80 MHz的典型信道寬度，僅能提供867 Mbps。因此Wi-Fi 6的性能提升意義重大。
16-Level QAM - By Chris Watts - Own work, CC BY-SA 3.0, Link
此外，Wi-Fi 6還在上行鏈路連接中增加了對多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）的支持，而Wi-Fi 5僅在下行鏈路側提供這種支持。
我需要它嗎？
網絡的永恆問題是，何時才是升級的好時機，在這個時機下，對規範進行最新、最大的補充可以提供切實的好處。在Wi-Fi上，由於接入點或路由器與設備之間的延遲，導致升級的時機難以把握。但Wi-Fi 6的來臨提供了升級的時機，Wi-Fi 6足夠新，很多人甚至還沒有支持Wi-Fi 6的設備，因此，在沒有支持新Wi-Fi 6標準的設備想要升級到新的路由器或接入點，就要換掉Wi-Fi 5或以下標準的設備。但是，如果您仍然在市場上尋求新的路由器或接入點，那麼顯然，獲取該標準的最新規範符合您的最大利益。
Wi-Fi 6可以在許多情況下增加實際利益。如果您的無線頻譜由於處於密集的城市環境中而非常擁擠，則Wi-Fi 6對其網絡堆棧進行一些重大升級，以幫助解決這類應用。此外，如果你有幾十臺設備爭奪Wi-Fi，這可能是有意義的，儘管當接入點和客戶端都使用Wi-Fi 6時才能實現最佳優勢。
與Wi-Fi5相比，性能也顯著提高，因此在性能受限的情況下，升級可能是值得投資的。儘管Wi-Fi6的棘手之處在於，對於最常見的2x2情況，即有兩個發送和兩個接收信道，Wi-Fi性能終於超過了大多數人家中使用的典型千兆位以太網，因此，儘管性能仍將高於Wi-Fi5，但千兆位可能是一個瓶頸，如果是這樣，可能需要額外的網絡設備。對於消費者來說，千兆位以太網已經有了一些發展，但還沒有達到我們現在的預期。因此，Wi-Fi到Wi-Fi可能是實現最佳性能的最便宜的選擇。
性能
為了實現最大性能，最新的Wi-Fi 6標準利用了1024級QAM。但根據信號強度和質量，它會根據需要按比例縮小，因此，為了實現最佳性能，需要非常高的信噪比。由於5GHz在必須穿牆時會顯著衰減，如果您需要最大的Wi-Fi性能，請注意，您將希望無線路由器儘可能靠近終端設備。幸運的是，這在我們的例子中不是問題，因為在測試最大性能時，路由器在同一個房間中。但我們也將在不太理想的情況下對其進行評估。
Wi-Fi5與Wi-Fi6–關閉AP
首先，當接入點與客戶端位於同一房間時，我們將測試TCP性能。
Wi-Fi 6的性能優勢顯而易見。由於接入點位於同一房間，因此SNR非常好，新的802.11ax標準可以真正發揮作用。在具有1024 QAM和160 MHz信道的情況下，性能是具有256 QAM和80 MHz信道的傳出Wi-Fi 5的兩倍以上。令人印象深刻的是，典型的2x2：2連接跨越了千兆位屏障，儘管AX200網卡是第一代產品，但英特爾已經對其進行了出色的調整。160 MHz信道和1024 QAM的理論最大傳輸速率約為1200 Mbps，因此理論上2x2可以達到2.4 Gbps左右，這意味著仍有改進的空間。由於802.11ax也可以在2.4 GHz頻率上使用，它與802.11ac不同，因此在2.4 GHz上，我們也進行了相同的測試，但結果令人失望。2.4 GHz仍可提供40 MHz信道，但AX200似乎無法利用其中的任何優勢。作為參考，筆記本電腦中的無線適配器報告為-21 dBm，這是一個強信號，這很有意義，因為AP幾乎就在筆記本電腦旁邊。
Wi-Fi5與Wi-Fi6–信號降低
將筆記本電腦移到更遠的地方，並添加幾面牆和門來減弱信號，再次測試了相同的場景。
如果有一些牆壁阻礙，則5 GHz會大大衰減，第二個位置的SNR為-78 dBm。由於信號如此低，Wi-Fi 6連接無法利用1024級QAM，因此不得不降低到更低的設置。減少了每個tone的 bits，總信道帶寬仍為160 MHz，但在802.11ax上僅比802.11ac 80 MHz快了一點。2.4 GHz不受牆壁的影響，因此即使它仍然慢得多，但也能夠保持相同的傳輸速率。
結果很明顯，Wi-Fi6的吞吐量比Wi-Fi5高得多，但要做到這一點，它需要很強的信號。在第二次信號衰減測試中，Wi-Fi6的表現仍然優於Wi-Fi5，但性能提升幅度很小。2.4 GHz仍可提供最佳信號強度，因此可以通過更遠的障礙物與更遠的地方連接，但無法提供5 GHz範圍的性能。啟動時會看到支持6 GHz的Wi-Fi 6E設備會很有趣。它將為更多的頻率選擇開放Wi-Fi，但範圍更小。
未來
如果問題是你需要Wi-Fi 6嗎，答案肯定是"也許"。Wi-Fi 6性能的提升是巨大的，但真正依賴於非常強的信號來獲得最大的數據吞吐量。Wi-Fi 6的大多數新功能集中在採用新標準的設備，以及處理連接到同一接入點的許多設備，或連接到不同接入點時試圖共享頻譜的設備。
在Wi-Fi6標準中增加正交頻分多址接入可能是此次修訂中最具影響力的變化。它將允許接入點將信道劃分為更小的頻段，允許更多設備同時通信，使得開銷更少。每個設備都會在峰值吞吐量上有所損失，但延遲的減少應該會有很大幫助，尤其是在非常密集的環境中。當多個設備同時發送許多小數據包時，它應該有助於減少網絡層的過多開銷。這是非常常見的情況，尤其是在辦公室或體育場的情況下。
多用戶MIMO在Wi-Fi5規範中是可選項，因此它並沒有真正地實現。Wi-Fi6應該使這一點更加普遍，並且還增加了對上行MU-MIMO的支持，而不僅僅是下行端。這將增加接入點的容量，以用於更高速度的應用場景。MU-MIMO在Wi-Fi5中並沒有得到很大的關注，因此我們將不得不看看它在WI-Fi6中會得到多大程度的採用。
正如我們在性能測試中看到的那樣，更寬的160 MHz信道將在家庭環境中提供更大的吞吐量。不過，與1024級QAM一樣，要看到最大的好處，你需要一個強信號。絕大多數家庭網絡仍侷限於1Gb以太網，這讓Wi-Fi 6陷入了一個尷尬的境地。因為它比大多數有線家庭網絡傳輸速度更快，但即便如此，與Wi-Fi 5相比，這仍然是一個重大的進步，在最好的Wi-Fi適配器上，Wi-Fi 5的最高速度可達600Mbps左右。如果您處理大量大文件，並且您更喜歡使用Wi-Fi而不是更麻煩的以太網， Wi-Fi 還有很大的提升空間。
Wi-Fi的未來看起來很強大，Wi-Fi聯盟對其標準進行了一些出色的修訂，以幫助改善下一代設備的Wi-Fi。與任何標準變化一樣，Wi-Fi 6的出現並不會馬上看到影響。接入點和客戶端都需要利用新標準，才能顯著提高性能。我們已經看到最新一代的智能手機開始提供Wi-Fi 6，以及隨著英特爾的雅典娜項目的發展PC端也開始向Wi-Fi 6靠攏。如今，任何想要購買新路由器的人都應該選擇Wi-Fi 6型號。但對於大多數人來說，可能不需要立即從Wi-Fi 5接入點轉移。如果你住在一個非常擁擠的無線區域， BSS coloring 和空間頻率重用等功能的優勢應該會在這些場景中有所幫助。但對於純粹關注性能的人來說，Wi-Fi 6在某種程度上遇到了自己製造的障礙。因為它現在可以在典型的2x2:2連接上以超過千兆的速度傳輸。但我們憑什麼質疑他們的表現？
*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第2221期內容，歡迎關注。
★存儲，江湖
★TWS藍牙芯片的新變局
★德州儀器再關閉兩座晶圓廠，冰火兩重天市場局面突顯
“芯”系疫情｜AI｜英偉達｜華為｜晶圓｜CMOS｜射頻｜2020半導體市場
閱讀更多 半導體行業觀察 的文章
