Wi-Fi6同步5G啟航,共享萬物互聯時代盛宴

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1.Wi-Fi 持續演進,Wi-Fi 6 面向應用全面優化

1.1.Wi-Fi 6 元年:iphone11、S10 率先支持,生態有望加速培育

Wi-Fi 誕生 20 年來,已成為當今世界無處不在的技術,為數十億設備提供連接, 其重要性、應用價值及商業價值被行業廣泛認可。Wi-Fi 也是越來越多的用戶上網接 入的首選方式,在無線化、小型化的背景下,有逐步取代有線接入的趨勢。

Wi-Fi 6 是由 WFA(Wi-Fi Alliance,Wi-Fi 聯盟是一個非盈利性組織,旨在推 廣 Wi-Fi 技術並對 Wi-Fi 產品進行標準化認證)提出的對於 Wi-Fi 的新命名方式,以 便於 Wi-Fi 新技術的推廣。其中,Wi-Fi 5 對應 802.11ac;Wi-Fi 6 對應 802.11ax。

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Wi-Fi 6 認證計劃啟動,2019 年成為通信行業的“5G”+“Wi-Fi6”元年。2019 年 6 月 3 日,工信部宣佈發放 5G 商用牌照,我國正式進入 5G 商用元年。另外,在 9 月 16 日,Wi-Fi 聯盟推出了 Wi-Fi 6 認證計劃,該計劃旨在統一使用 Wi-Fi 6 設備的標準,參與認證的製造商可在其設備包裝上標註 Wi-Fi 6 認證徽章,意味著 Wi-Fi 6 的標準正式統一落地。和上一代的 Wi-Fi 5 技術標準相比,Wi-Fi 6 的數據傳輸速 度提高了四成,能夠支持現實增強和虛擬現實技術,擴大了網絡容量,提供更優質的 網絡服務。 Wi - Fi 6 理論上的最快傳輸速率 9.6Gbps, 比 Wi - Fi 5 ( 802.11ac )快 37 %,這個速度與 5G 的速度 10Gbps 相差無幾。

因此,Wi-Fi6 將是 5G 網絡互補的要素,在網絡密度需求快速上升之下,Wi-Fi6 將扮演對無線通訊網絡終端客戶,在物聯網、智慧醫療、智慧城市等新興應用的強力 支援角色。

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Wi-Fi 標準迎來重大升級,Wi-Fi6 與 5G 技術共同構建萬物互聯的世界。自 1999 年以來,Wi-Fi 標準歷經了五個主要版本,目前正面臨歷史上最重大的升級。從 WiFi1 到 Wi-Fi 5 可以被認為是在 802.11 原始標準基礎上的增量改進。Wi-Fi6 則是第 一個為萬物互聯的世界而優化設計的 Wi-Fi 標準,它的核心假設之一是上傳和下載 速度需要對稱。Wi-Fi6 設想的應用場景是萬物互聯互通的世界,信息實時傳輸,時 延一般以毫秒計算。假若按照 ADSL 設計的上行速率小於下行速率,導致信息的傳輸 速率受到較低速率的環節影響,對於信息傳輸速率要求較高的應用場景,例如 VR/AR、 無人駕駛、視頻會議等場景,需要上行速率和下行速率相當,因此 Wi-Fi6 設計上傳 和下載速度對稱,滿足互聯互通要求。較早版本的 Wi-Fi 標準的假設是 Wi-Fi 作為有 線接入的補充,所以預計數據的下載量將遠大於上傳量,因此下行速率高於上行速率, 是一種非對稱的接入方式,不再適用於萬物互聯時代的物聯網需求。

5G 網絡促進 Wi-Fi 技術升級提速,推動多場景應用全面發展。由於 5G 網絡速度 更快、延遲更低,隨著 5G 網絡的發展,必將催生更多的 AR、VR、智慧家居等 5G 應 用,同時也會極大促進光纖寬帶的升級和提速,千兆光纖將逐步進入家庭,而千兆光 纖搭配 Wi-Fi6 路由器也將成為最主流的上網配置。Wi-Fi6 路由器的無線網絡速度更 快、穩定性更好、延遲更低、輻射更低,配合高速光纖網絡,可以輕鬆應對目前主流 的網絡應用,亦可輕鬆支持未來的 5G 應用。

1.2.歷史演進:Wi-Fi 催生寬帶無線互聯時代,Wi-Fi 6 面向萬物互聯時代

20 年無線 Wi-Fi 發展成果顯著,技術變革瞄準無線寬帶有效提升。無線 Wi-Fi 20 年的發展歷程,其實就是人們對高帶寬不斷追求的過程,Wi-Fi 技術不斷進行更新 換代,變革的主要目的是提高帶寬,滿足人民高密度通信要求。IEEE 802.11 是 IEEE 中負責無線局域網的協議標準的工作組。該組織先後制定了數個成功的 WLAN 協議, 如 11g、11n 及 11ac。1997 年 IEEE 制定出第一個無線局域網標準 802.11,數據傳 輸速率僅有 2Mbps。1999 年 IEEE 發佈了 802.11b 標準。802.11b 運行在 2.4 GHz 頻段,傳輸速率為 11Mbps,是原始標準的 5 倍。同年,IEEE 又補充發布了 802.11a 標準,採用了與原始標準相同的核心協議,工作頻率為 5GHz,最大原始數據傳輸率 54Mbps,達到了現實網絡中等吞吐量(20Mbps)的要求,由於 2.4GHz 頻段已經被到處 使用,採用 5GHz 頻段讓 802.11a 具有更少衝突的優點。

進入新世紀後,Wi-Fi 幾乎每經過 4-5 年左右就會出現一次技術變革,最近一次 發佈的 Wi-Fi6 標準(802.11ax),頻段繼承了 2.4GHz 和 5GHz 兩個頻段,最大傳輸速 率達到 9.6Gbps。

從 Wi-Fi 演進歷程,我們不難發現,Wi-Fi 從最早的僅支持簡單通信、到隨後的 多面體通信以及實時視頻通信,2013 年發佈的 Wi-Fi5 開始支持工業互聯網以及移動 互聯網通信,最後到 2019 年的 Wi-Fi 6 開始以萬物互聯為發展目標。因此,Wi-Fi6 在高密度鏈接、網絡效率、能耗等方面實現了全面的提升。

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Wi-Fi 經過了近 20 年的發展,取得了巨大的成功,Wi-Fi 的最大貢獻是將人們 從傳統的有線網絡裡解放出來,為個人用戶、企業及運營商提供了各種服務。在全球 範圍內,Wi-Fi 聯盟 2018 年有關 Wi-Fi 經濟價值的報告預計,2018 年全球 Wi-Fi 經 濟的價值預計會達到 1.96 萬億美元,在 2023 年,Wi-Fi 的經濟價值預計會超過 3.47 萬億美元。但同時,隨著新產品、新技術的革新,無線網絡現在及未來也面臨 著新的挑戰,因此,新一代的 Wi-Fi6 標準也應運而生。

除了 Wi-Fi 這一代表性的無線短距離通信技術外,還有藍牙技術,Zigbee, RFID 等幾種典型、常用的無線短距離通信技術。與這些技術相比,Wi-Fi 技術具有速度高、 部署簡單、成本低等優點,獲得廣泛認可,成為企業,家庭自建網絡首選,能夠適應 地鐵、商場、機場等高密度通信場景。

技術升級,核心功能多重突破。與前幾代 Wi-Fi 標準相比,Wi-Fi6 有著更快速 的連接速度、更高效的聯機效率與更安全的傳輸方法。在此基礎上,Wi-Fi6 擴展了 Wi-Fi 的其他核心優勢,具體包括經濟的性能、高效的運營、安全保障、易用性、自 我部署和長期兼容性,同時還支持高可靠的用戶體驗需求。同 5G 標準目標趨同,WiFi 6 的設計一開始就考慮了萬物互聯、大帶寬等面向新興應用需求。

在商業應用方面,Wi-Fi6 網絡的新速度和帶寬可為客戶提供更快的訪客 Wi-Fi, 並且還可以為諸如信標之類的連接設備供電以向購物者提供附加服務,新技術的效率 可以降低網絡和設備本身的成本,使小型企業能夠利用這些新技術。在家庭方面,隨 著越來越多的智能家居產品以及智能終端產品的聯網接入,Wi-Fi6 面對高併發場景 的能力以及可提供超高帶寬的能力都將變得非常必要。另外,隨著千兆網絡的未來普 及,支持更高帶寬接入速度的 Wi-Fi 6 勢必將同步普及。

1.3.Wi-Fi 6 的市場空間巨大,升級換代激活新一輪產業機遇

Wi-Fi 功能成為設備標配,Wi-Fi 廣泛滲透至消費類電子等行業。2000 年以來 全球累計交付了超過 200 億部攜帶 Wi-Fi 功能的設備,當前 Wi-Fi 在智能手機和筆 記本電腦中的配售率已經接近 100%,而且 Wi-Fi 的採用正在快速擴展到創新性消費 類電子設備、物聯網(IoT)和車輛中。只要有 Wi-Fi 連接可用,即使用戶有足夠的 運營商流量,很多用戶也會選擇使用 Wi-Fi 連接,因此,Wi-Fi 幾乎是所有電子設備 的標準配置。

當前智能手機、平板電腦爆發式增長熱潮有所消退,但相關市場的穩定增長依然 具有較強的確定性,主要驅動力包括:(1)存量功能機尚未被完全替代,智能手機增 量需求可期,發展中國家智能手機滲透率增長空間依然可觀;(2)技術升級提升產品 迭代速度,消費者更新換代週期進一步縮短。2-3 年更換新機幾乎成為常態,持續的 產品更新需求促進了智能手機市場的持續發展。(3)隨著物聯網等技術的強勢推動, 形式各樣的終端類型層出不窮,作為新興移動智能終端領域的可穿戴設備、智能家居、 智能汽車、VR 設備等,都很有可能催生巨大的潛在市場。2019 年市場上逐漸出現支 持 Wi-Fi6 標準的終端設備,而且會逐漸形成燎原之勢,搭載最新技術 Wi-Fi6 標準 的終端數量預計將呈指數級增長。

根據 IDC 最新發布的全球季度 WLAN(2019Q2)跟蹤結果,企業部門 WLAN 在第二 季度同比增長 3.1%,達到近 16 億美元。企業 WLAN 市場目前由 802.11ac 標準主導,該標準佔企業依賴接入點(AP)出貨量的 86.8%,佔 WLAN 依賴 AP 收入的 92.3%。2019 年第二季度,802.11ac 標準佔據了 52.6%的出貨量和 75.2%的收入。下一代標準 802.11ax,也被稱為 Wi-Fi 6,將在 2019 年下半年和 2020 年增加市場份額。根據 Dell'Oro 公司預測,從 2020 年開始 11ax 市場佔有率將明顯增長,隨著 Wi-Fi 6 芯片的成熟及支持 Wi-Fi 6 終端的日益普及,Wi-Fi 6 將成為市場的主流,到 2023 年,預計支持 11ax 的企業級室內 AP 出貨量將達到 30M Units, 佔全球企業級室內 AP 出貨量的 90%。

全球企業無線局域網市場的狀況各不相同,802.11ax 標準將為企業帶來新一輪 的更新週期,預計將推動市場變革。世界前五大企業級 WLAN 設備供應商思科、阿魯 巴 HPE、Ubiquiti、康普/Ruckus 以及華為,在 2019 年第二季度的 WLAN 收入表現也 有所不同。思科的全球企業 WLAN 收入在 2019 年第二季度同比增長 6.3%,環比增長 7.2%。思科在第二季度的全球市場份額為 44.9%,略高於該公司在 2018 年第二季 度的 43.6%份額。阿魯巴 HPE 收入在 2019 年第二季度同比下降 4.2%,但比 19 年第 一季度增長 29.6%。阿魯巴 HPE 的市場份額在 2018 年第二季度為 14.0%,低於 2018 年第二季度的 15.1%。Ubiquiti 在 2019 年第二季度同比增長 22.4%。 Ubiquiti 在 2018 年第二季度佔企業市場 6.8%,高於 2019 年第二季度的 5.7%。康 普/Ruckus 在 2019 年第二季度同比下降了 11.4%,比上一季度增長了 24.3%。康普 /Ruckus 現在佔企業 WLAN 市場的 5.8%,高於 2018 年同期的 6.7%。華為在 19 年第 二季度上漲了 8.2%,使該公司的市場份額為 5.4%,而在 2018 年第二季度的市場份 額為 5.1%。

國內 WLAN 市場在 2018 年同比增長 9.9%,受 4G 不限量流量套餐和投融資減少的 影響,國內 WLAN 建設開始放緩。進入到 2019 年,隨著適配 802.11ax 的新一代終端 設備亮相,預計將會引領新一輪的增長。

根據 IDC 2017 年統計數據,國內 WLAN 三大廠商新華三、銳捷網絡、華為的市場 佔比總計超過 7 成,成為國內 WLAN 市場版圖的主要佔有者,其中新華三、銳捷網絡 和華為的市場佔有率分別為 33.97%、20.65%和 19.23%,相比較第四名深信服旗下信銳(Sundray)技術、思科等廠家,市場佔有率優勢明顯,同時中國 WLAN 市場經過多 年的競爭已經逐步完成了市場向巨頭集中的過程。

移動設備聯網流量的 Wi-Fi 佔比有所降低,但仍然是主流連接方式。根據 wind 數據顯示,2016 年末 Wi-Fi 在移動設備聯網中佔據的比例高達 71.87%,相應的 4G/3G/2G 在移動設備聯網佔比分別為 23.81%、1.78%、2.54%。隨著移動通信技術的 進步和普及,4G 通信連接移動設備的佔比在 2019 年 7 月佔比達到 43.29%,而 3G/2G 佔比分別下降至 0.33%、0.40%,技術較為落後的 3G/2G 技術將會逐漸退出歷史舞臺。 另一方面,Wi-Fi 技術也在不斷進行升級換代,其在移動設備聯網中的佔比雖然在 2019 年 7 月份降低至 55.98%,但仍佔據主流地位。在可以期望的將來裡,Wi-Fi 技 術將會繼續在無線通信裡佔據重要位置,並且不斷進行技術進步,新發布的 Wi-Fi6 技術標準,將有望和 5G 技術一起形成互補,構建萬物互聯的世界,成為移動互聯網 流量的主流技術之一。

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綜上,我們認為 Wi-Fi 無論是商業應用或個人移動互聯應用,隨著應用帶寬需求 的增加以及物聯網驅動的聯網設備的增加,傳統的 Wi-Fi 在面對新興應用的場景下其 性能將顯得捉襟見肘。另外,固網寬帶價格相比於流量價格依舊存在較大優勢,而 Wi-Fi 作為將固網寬帶快速轉為無線接入的方式,將依舊佔據移動互聯接入的主流位 置。再者,隨著萬物互聯時代的到來以及在高清、低延時等應用驅動之下,Wi-Fi 6 的出現恰逢其時,將助推 Wi-Fi 技術和應用的持續升級換代,產業鏈也將再次迎來發 展機遇。隨著 5G 建設的開啟,以 5G 為目標應用場景的設備和應用將逐步普及,考慮 到 5G 建設週期相較於 4G 或更長,通過 Wi-Fi 接入的方式有望緩解流量增長的壓力以 及培育更多高帶寬、高速接入的應用,培養用戶習慣。

2. 5G 建設投資較大週期拉長,Wi-Fi 6 推出或可緩解流量增長衝擊並培育新興應用

2.1.5G vs Wi-Fi6:目標場景&底層技術逐漸趨同

Wi-Fi 6(802.11ax)繼承了 Wi-Fi 5(802.11ac)的所有先進 MIMO 特性,並新增 了許多針對高密部署場景的新特性。Wi-Fi 6 的核心新特性包括:(1)OFDMA 頻分復 用技術;(2)DL/UL MU-MIMO 技術;(3)更高階的調製技術 (1024-QAM);( 4)空分 複用技術(SR) & BSS Coloring 著色機制;(5)擴展覆蓋範圍 (ER)。

OFDMA :正 交 頻 分 多 址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA):OFDMA 是 OFDM 技術的演進,將 OFDM 和 FDMA 技術結合,在 4G 通信標 準中被採用。Wi-Fi 6 標準裡也採納了這種技術來提高頻譜的利用效率。在傳統方式 中,每個用戶要發送數據(無論數據包的大小)都會佔用整個信道,由於無線網絡中 傳輸大量的管理幀與控制幀,這些幀雖然數據包小但還是要佔有整個信道,就像一輛 大公共汽車只拉了一個乘客;將無線信道劃分為多個子信道(子載波),形成一個個 頻率資源塊,用戶數據承載在每個資源塊上,而不是佔用整個信道,從而實現在每個 時間段內多個用戶同時並行傳輸,不必排隊等待、相互競爭,提升了效率,降低了排 隊等待時延。

MU-MIMO 在 802.11ac 就已經引入,但 802.11ac wave2 的 Downlink MU-MIMO 也 成為最大的亮點之一,其 AP 節點可以同時向多個支持 MU-MIMO 的客戶端發送數據包, 解決了無線 AP 之前一次只能和一個終端通信的問題。Wi-Fi 6 保持了這一技術,併發 揚光大,可以同時支持向 8 個終端發送數據。而且 Wi-Fi6 裡將支持 Uplink MU-MIMO, 最多支持 8 個 1x1 用戶的併發上行。

總結來說,OFDMA、MU-MIMO 分別從頻率空間和物理空間兩方面提高多路併發處 理能力,從而帶來整體網絡性能和速度的極大提高,全面優化用戶和應用體驗,更好 的適應萬物互聯以及高帶寬、多併發場景應用。從頻率以及物理空間尋求信道增益也 是 5G 相對於 4G 持續演進的重要方向。

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11ax 的一個主要目標是改善性能的同時保持或改進電力消耗,可以看到在 IoT 發展的背景下,電力消耗與網絡性能擺在了同樣重要的位置上。歷代的 802.11 標準 中存在一些節電機制,它們在 11ax 中也將繼續被支持。目標喚醒時間 TWT(Target Wake Time)是 Wi-Fi 6 支持的另一個重要的資源調度功能,它允許設備協商什麼 時候和多久會喚醒發送或接收數據,無線接入點可以將客戶端設備分組到不同的 TWT 週期,從而減少喚醒後同時競爭無線介質的設備數量。TWT 還增加了設備睡眠時間, 從而大大提高了電池壽命。

TWT 功能充分體現了 Wi-Fi 6 擁抱物聯網的決心,是對“使用 Wi-Fi 耗電快” 最有力的回應。TWT 可以為電池供電的 IOT 設備節約 30% 以上的電量,使 Wi-Fi真正成為 IoT 傳輸標準中的重要一員。TWT 可配合 OFDMA 技術,採用一種稱為“廣 播 TWT”操作,AP 可以設定編排議程並將 TWT 值提供給多個 STA,這樣一來,雙方 之間就不需要存在個別的 TWT 協議,同時喚醒多個設備,實現傳輸視頻、語音和數 據等不同業務的多設備並行連接,並根據不同業務調整流量比例和優先級,從而提升 用戶體驗。

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為了提高密集部署環境中整體性能以及頻譜利用效率,Wi-Fi 6 提出信道空間復 用技術——BSS(Basic Service Set)-Color,即在幀結構中增加 6bit 的標識符, 區分不同 AP 相同信道的 BSS。標識符置於報文頭部,這樣 AP 收到非自己的報文時無 需像以前那樣整包解封裝後才丟掉,只要解封裝物理導碼即可丟棄從而避免衝突,這 樣使用信道資源更有序、更確定,從而大幅提升密集環境中系統整體性能,同時有效 避免了在部署多個 AP 時出現的同頻干擾問題。

調 802.11ax 標準的主要目標是增加系統容量,降低時延,提高多用戶高密場景 下的效率,但更好的效率與更快的速度並不互斥。802.11ac 採用的 256-QAM 正交幅 度調製,每個符號傳輸 8bit 數據(2^ 8 =256), 802.11ax 將採用 1024-QAM 正交 幅度調製,每個符號位傳輸 10bit 數據(2^ 10 =1024),從 8 到 10 的提升是 25%, 也就是相對於 802.11ac 來說,802.11ax 的單條空間流數據吞吐量又提高了 25%。

Wi-Fi 6 依舊支持 2.4G、5G 兩個頻段,現階段仍有數以億計的 2.4GHz 設備在線 使用,對有些流量不大的業務場景(如電子圍欄、資產管理等),終端設備非常多, 使用成本更低的僅支持 2.4GHz 的終端是一個性價比非常高的選擇。在無線化的驅使 下,越來越多的聯網終端採用電池供電,電池的耐用性不僅於業務以及使用頻率相關, 在無線通信中能耗與信號接入質量同樣息息相關。當信號變差時,移動終端為了確保 給用戶提供一個良好的體驗,會自動增加發射功率來提升信號質量,這就導致電池耗 電量增加。由於 Wi-Fi 的信號源基本是在室內範圍,而 5G 信號在室外較遠的基站, 這樣就導致移動終端上傳數據時,Wi-Fi 的傳送距離遠遠小於 5G 信號。通常情況下 5G 的通信距離是 Wi-Fi 的幾千倍以上,這樣就需要手機的信號發射強度大大增加, 也就增加了耗電量。

一般而言,每一代移動蜂窩網絡標準的升級,都涉及到運營商大量的資本開支以 及相對較長週期的基站建設和室內覆蓋等龐大的工程量。而反觀 WLAN 網絡,使用和 建設主體一般是運營商、園區、商業體以及個人消費者等,因此可將整體的升級換代 化整為零,從而在資本開支以及工程建設方面有望領先運營商的升級週期。因此平均 來看,Wi-Fi 每升級一代所用的時間大約只是移動網絡的一半左右,所以從最新的 Wi-Fi6 開始,速率有望持續領先於移動網絡。

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綜上所述,對比 5G 最重要的 3 個特徵是高速度、大容量、低時延,Wi-Fi 6 在 升級中都相應考慮,因此 Wi-Fi 6 將推動 Wi-Fi 繼續成為有線寬帶的無線延續以及 移動網絡的有力補充。同時,我們看到 Wi-Fi 6 的演進與 5G 的演進在技術底層以及 目標使用場景優化方面存在明顯的趨同。一方面,Wi-Fi 6 和 5G 都通過持續改進優 化提高頻譜利用率和空間利用率,並優化高併發和低延時應用。另一方面,都將物聯 網連接作為目標優化設計場景重點,能耗和連接數成為兩個標準考慮重點。

2.2.Wi-Fi 與蜂窩移動通信互補關係將長期存在 (略)

從 1G 到 5G,整個移動蜂窩通信標準經歷了快速的演進,帶寬、時延、覆蓋等關 鍵指標都實現了飛躍性的發展,從而也推動了移動應用從簡單的通話到現在的萬物互 聯發展進程。而最初作為 LAN 網絡的無線延伸的 WLAN 技術在誕生之後也經歷持續 和快速的演進,並在此過程中和運營商的無線網絡一直都是互為補充,相互促進。

2019 年,作為 5G 技術以及 Wi-Fi 6 技術元年,我們預計兩種主流無線通信技術 未來將依舊保持互補的角色定位,5G 將更多完成無線網絡的廣域覆蓋為移動終端提 供廣域高質量的帶寬接入,而 Wi-Fi 技術將作為有線寬帶的延伸提供更加定製化、 更加具備性價比以及更加穩定的室內或者園區等無線接入服務。

Wi-Fi6 與 5G 峰值相近,將作為重要補充,特別是室內覆蓋

鑑於 Wi-Fi 和 5G 標準持續的演化,以及各自目標的應用場景互補性強,我們認 為 5G 到來之後,Wi-Fi 不僅不會被淘汰,而會不斷演進,5G 與 Wi-Fi 在工業物聯網 領域都有巨大的應用與想象空間,兩者不是取代關係,而是將長期保持相互促進、競 爭與共存的關係。

首先,Wi-Fi6 的優勢之一就是速度可達到將近 10Gbps,5G 無線網絡的理論最高 共享速度可達 10 Gb/s 至 20 Gb/s。Wi-Fi6 和 5G 的速度取決於多種因素,因此實際 應用不一定能達到這些理論最高速度。這些因素包括連接到單個 5G 蜂窩小區的設備 數量,以及 5G 聯網設備和 5G 鐵塔之間的距離和障礙物。最終,如果 Wi-Fi6 部署的 設計和構建適當,與 5G 備選方案相比,單個無線連接很可能將擁有更高的吞吐量和 更低的延遲。除提供同量級的速度外,Wi-Fi6 還可在一組設備中拆分網絡容量。華 為 Wi-Fi 6 技術和設備可以提供 4 倍於傳統 Wi-Fi 的帶寬,單個 AP 支持用戶數提升 4 倍,平均時延降低 50%,覆蓋範圍提升 20%。此外還加入了第三代相控陣智能天線, 確保用戶有良好的信號覆蓋;智能調優技術自動檢測空口質量,智能優化網絡,有效 提升網絡容量和用戶體驗;智能應用加速技術,多隊列分組調度,不懼擁塞,業務時 延低至 10 毫秒。

第二,Wi-Fi 路由器/AP 相較於宏基站更加靠近用戶端,因此上傳信息時其傳輸 距離遠遠小於 5G 信號,通常情況下 5G 通信距離是 Wi-Fi 的幾十倍以上,這就需要手 機信號發射強度更大,因此也將不可避免地增加了耗電量。5G 網絡技術採用的是超 高頻頻譜,頻率越高衍射現象越弱,穿越障礙的能力也就越弱,所以 5G 信號的衰弱是很強的,如果保持 5G 信號的覆蓋需要比 4G 建設更多的基站。從應用場景上考慮, 對於建築物這種固定物體,Wi-Fi 相對 5G 的優勢就更加明顯,尤其是要重點研究 WiFi6 在智慧園區、社區、商圈、樓宇等中的廣泛應用價值和成本優勢。越來越推廣的 智能家居,幾乎都是需要聯網使用的,Wi-Fi 的存在就使這一功能成為了可能。

因此,在室內環境以及園區環境中,WLAN 技術將是獲得能耗、帶寬較好均衡的 最好無線解決方案。

另外,在進入 5G 時代的初期,相關的 WLAN 採購依舊進行。2019 年 6 月 6 日, 中國電信陽光采購網公示了 2019 年 WLAN 設備集中採購中標企業。

綜上所述,WLAN 定位於無線局域網,隨著近年來無線化終端的發展以及寬帶接 入速度的提升,伴隨著 WLAN 自身在技術和應用方面的進化,WLAN 技術逐漸成為固網 寬帶接入的有效延伸,在運營商、園區、商業區以及個人家庭等應用場景實現較大規 模應用。相較於移動蜂窩網絡,WLAN 技術標準同步演化,兩者在多項技術方面逐步 趨同,未來演進都目標萬物互聯的多應用場景。同時,相較於運營商集中升級換代的 蜂窩移動網絡所需的大規模資本開支,WLAN 技術的普及更多的是化整為零的多應用 場景生態,因此相較於移動蜂窩網絡,WLAN 技術標準的迭代週期在 3 年左右,也因 此在技術以及應用生態的建設引導方面,WLAN 為移動通信標準探索和驗證了方向。 基於歷史數據來看,WLAN 標準的普及為蜂窩網絡的應用生態的建立打下了基礎,並 持續培育用戶習慣和相關生態。最後,我們認為隨著 5G 和 Wi-Fi6 技術的發展,未來 特別是在 5G 網絡建設初期,4G、5G、WLAN(Wi-Fi5&Wi-Fi6)等多制式網絡仍將長期 並存並協同發展,共同滿足多場景的需求,推動萬物互聯生態的形成。

3.Wi-Fi 6 推動全產業鏈升級換代機遇

3.1.芯片:巨頭割據,Wi-Fi 6 升級預備

隨著物聯網的不斷普及,電視機,攝像頭,販賣機,越來越多的設備上搭 Wi-Fi 芯片,據統計,目前 Wi-Fi 芯片的出貨量每年超過 10 億片,而且還在增加。其中智 能手機幾乎佔 Wi-Fi 芯片組出貨量的一半,智能手機一般搭 1x1 天線的 11ac 芯片; 移動筆記本以 2x2 天線的 11ac 芯片為主。而且幾乎所有的終端都同時支持 2.4G、5G Wi-Fi。企業 Wi-Fi 以 2x2 及 4x4 芯片為主,3x3 芯片在 11ac wave2 階段逐步被 4x4 芯片取代。另外支持 11n 的企業級芯片預計在 2019 年會完全退出歷史舞臺。

2018 年下半年,芯片廠商已經開始為 Wi-Fi 6 的芯片做準備,紛紛推出支持 Wi-Fi6 的全系列芯片。這些芯片大多是基於 802.11ax 標準的 draft2.0 或 3.0 方 案,可以實現對 Wi-Fi 6 主要功能的支持,並有望通過升級滿足 Wi-Fi 聯盟的 WiFi 6 認證。2019 年初,大量搭載 Wi-Fi 6 芯片的無線 AP 及移動終端將出現在市場 上。支持 Wi-Fi 6 的芯片天線模式主要以:1x1,2x2,4x4 與 8x8 為主,其中無線AP 以 5G 射頻支持 2x2,4x4 與 8x8 為主,移動終端、筆記本及 IoT 設備將以支持 1x1 及 2x2 天線為主,全部支持 2.4G 與 5G 雙射頻。預估具有 Wi-Fi 6 標準的芯 片,全球出貨量將由今年的約 3 億套,快速成長到 2022 年的超過 20 億套,市場規模 大幅超越 5G 基帶芯片的出貨規模。

近幾年關於 Wi-Fi 模組的重點正從手機、平板向物聯網遷移,推動 Wi-Fi 芯片和 標準的低功耗轉型,而這一轉型也為眾多產業鏈企業創造了發展機會,例如國外芯片 原廠高通、Broadcom、Marvell、TI 等;中國臺灣 MTK、瑞昱等;大陸樂鑫、新岸線、 聯盛德、南方硅谷等。目前,包括 Broadcom,Celeno,英特爾,Marvell,高通,聯 發科和 Quantenna 都在製造預標準的 Wi-Fi 6 芯片組,並且幾家供應商已經推出了企 業級接入點草案,包括 Aerohive Networks,Aruba Networks 和華為。

3.2. 模組:面向應用,產業鏈中移趨勢明顯

Wi-Fi 模塊又名串口 Wi-Fi 模塊,屬於物聯網傳輸層,功能是將串口或 TTL 電平 轉 為 符 合 Wi-Fi 無 線 網 絡 通 信 標 準 的 嵌 入 式 模 塊 , 內 置 無 線 網 絡 協 議 IEEE802.11b.g.n 協議棧以及 TCP/IP 協議棧。傳統的硬件設備嵌入 Wi-Fi 模塊可以 直接利用 Wi-Fi 聯入互聯網,是實現無線智能家居、M2M 等物聯網應用的重要組成部 分。

Wi-Fi 模塊可分為三類:(1)通用 Wi-Fi 模塊,比如手機、筆記本、平板電腦上 的 USB 或者 SDIO 接口模塊,Wi-Fi 協議棧和驅動是在安卓、Windows、IOS 的系統裡 運行並需要非常強大的 CPU 來完成應用;(2)路由器方案 Wi-Fi 模塊,典型的是家用 路由器,協議和驅動是藉助擁有強大 Flash 和 Ram 資源的芯片加 Linux 操作系統;(3) 嵌入式 Wi-Fi 模塊,32 位單片機,內置 Wi-Fi 驅動和協議,接口為一般的 MCU 接口 如 UART 等。適合於各類智能家居或智能硬件單品。

Wi-Fi 模塊工作方式可分為兩類:(1)主動型串口設備聯網,由設備主動發起連 接,並與後臺服務器進行數據交互(上傳或下載)的方式。典型的主動型設備,如無線 POS 機,在每次刷卡交易完成後即開始連接後臺服務器,並上傳交易數據。PUSH 型串 口設備聯網的拓撲結構如右圖所示。其中,後臺服務器作為 TCP Server 端,設備通 過無線 AP/路由器接入到網絡中,並作為 TCP Client 端;(2)被動型串口設備聯網, 在系統中所有設備一直處於被動的等待連接狀態,僅由後臺服務器主動發起與設備的 連接,並進行請求或下傳數據的方式。典型的應用,如某些無線傳感器網絡,每個傳 感器終端始終實時的在採集數據,但是採集到的數據並沒有馬上上傳,而是暫時保存 在設備中。

Wi-Fi 模塊的海外廠商主要包括日本村田、TDK、太陽誘電,韓國的三星機電等; 國內廠家包括中國臺灣的正基科技、海華科技,大陸的博鵬發科技、必聯電子等都能 夠提供相應的 Wi-Fi 模塊。其中,Wi-Fi 模塊的主控芯片生產廠家為博通、高通、聯 發科等全球領先的芯片製造商。

3.3.應用先導驅動 Wi-Fi6 未來加速普及

無線網絡憑藉部署容易、建設成本低、適用環境廣泛等優勢,被廣泛應用於終端 設備,物聯網,VR/AR,4K 視頻等領域。據華為 Wi-Fi6 技術白皮書的介紹,未來 WiFi6 的應用場景包括視頻會議,4K 視頻,遊戲,VR,企業辦公物聯網等多個方面,所 需寬帶速度最高達到 300Mbps,時延最低 10-20ms。基於企業無線網絡,使得辦公、生 產現場的數據能夠通過無線網絡直接上傳和共享,極大的提高了企業辦公和生產效率。 隨著更多更大範圍的應用加入無線網絡,甚至工業通訊也開始利用無線網絡,如今的 企業無線網絡不再僅僅是釋放一個無線信號和快速安全的無線接入,特別是 VR、4K 視頻、AGV 工業應用等大帶寬低時延的無線應用將快速崛起,從現在開始,企業在建 設無線網絡時就需要考慮應對未來的行業應用,同時還要兼顧工業生產物聯場景,實 現大互聯。

隨著視頻會議、無線互動 VR、移動教學等業務應用越來越豐富,Wi-Fi 接入終 端越來越多,IoT 的發展更是帶來了更多的移動終端接入無線網絡,甚至以前接入終 端較少的家庭 Wi-Fi 網絡也將隨著越來越多的智能家居設備的接入而變得擁擠。因 此 Wi-Fi 網絡仍需要不斷提升速度,同時還需要考慮是否能接入更多的終端,適應 不斷擴大的客戶端設備數量以及不同應用的用戶體驗需求。

Wi-Fi6同步5G啟航,共享萬物互聯時代盛宴

在企業端,隨著物聯網的發展,安全和高效的接入數以百計的物聯網設備已經成 為越來越嚴峻的考驗。相較於傳統的 IT 設備例如筆記本電腦、手機,IoT 設備對耗 電量、安全性以及穩定性有較高的要求,以往這些要求往往需要通過有線網絡或者運 營商網絡來支撐,然而隨著技術的發展,以 Wi-Fi 為基礎的企業級網絡接入由於其經 濟性以及容易維護等特點越來越多地被選作室內 IoT 平臺。根據 Cisco 預測,Wi-Fi 未來將依舊是僅次於藍牙和 NFID 的主流 IoT無線連接技術。

Wi-Fi6同步5G啟航,共享萬物互聯時代盛宴

3.3.1.物聯網連接設備持續增長,構建未來萬物互聯互通世界

2018 年物聯網連接數達到 70 億套,根據物聯網分析預測,未來數年裡,物聯網 連接數將以每年接近 10%的增長率發展,到 2025 年,預計突破 200 億套。

無線網絡與企業新技術新產業發展息息相關,企業智能化過程中會用到大量的物 聯網(IOT)設備,平滑地引入物聯網並進一步強化業務應用並非易事。Wi-Fi6 已經 從安全、接入、容量、時延及節電等方面為物聯網做好了充分準備。同時 Wi-Fi 作為 數據的重要入口,為大數據分析提供各種數據來源,有了物聯網設備的加持,大數據 分析在準確性及內容上進一步加強。

因此,我們認為數以百億計的移動終端互聯,海量邊緣數據產生、計算與傳輸, 越來越多的超融合應用,快速、穩定、安全、智能的企業 Wi-Fi 網絡,將為企業數 字化轉型的成功保駕護航。

3.3.2.VR/AR 產業迅速發展,虛擬現實技術增強用戶體驗

AR/VR 通過遮擋用戶的現實視線,將其感官帶入一個獨立且全新的虛擬空間,為 用戶提供更深入、代入感更強的體驗;AR 能夠補充或增強用戶眼中的現實世界。 VR/AR 的出現使視頻體驗從平面擴展到了立體沉浸,改變了人們的生活方式。傳統的 VR/AR 頭盔笨重、難以長時間佩戴、視頻圖像不清晰導致頭暈和目眩等不好體驗。但 隨著 5G 及 Wi-Fi 6 的逐步普及,傳輸速率的極大提升及時延的降低,VR/AR 的用 戶體驗會有很大提升。隨時隨地體驗 5G 及 Wi-Fi6 帶來的高質量 AR/VR,並逐步降 低對終端和頭盔的要求,實現雲端內容發佈和雲渲染,是未來的發展趨勢。

從市場預測來看,2018 年全球 VR/AR 設備發貨量約在 1000 萬臺,據預測到 2025 年全球 VR/AR 出貨量將暴增至 2.5 億臺,而且幾乎 100% 的設備都支持 WiFi 連接。據華為無線應用場景實驗室(Wireless X Labs)和 ABI Research 估計, 到 2025 年 AR/VR 市場將創造 2920 億美元的價值(AR:1510 億美元,VR:1410 億美元)。

不同階段 Cloud VR 業務(VR 雲化將進一步降低網絡時延和帶寬)對網絡帶寬 和時延要求也不同,視頻業務要實現舒適體驗,Wi-Fi 網絡時延要在 20ms 以內,同 時單終端帶寬還需要有 75Mbps 以上;交互式 VR 業務則要求時延在 15ms 以內,同 時單終端帶寬高達 260Mbps。

目前主流 VR/AR 應用有兩大類:基於全景視頻技術的在線點播和事件直播;基 於計算機圖形學的 VR/AR 單機遊戲、VR/AR 聯網遊戲、VR/AR 仿真環境等。高盛預 測,2025 年 VR/AR 將在遊戲、直播、醫療保健、房地產、零售、教育等 9 大行業 得到廣泛應用。

3.3.3.4K 視頻高清體驗,畫面清晰流暢

Wi-Fi6 的網速高、不限流量、時延低的特性還能滿足 4K 視頻的要求,4K 不僅僅 是視頻分辨率的提升,還帶來了視頻質量的 4 大優化:首先是畫面更清晰;其次是 畫面更流暢;再次是色彩更真實;最後是色彩更自然。一般情況下,4K 視頻流的碼 率是相同幀率 / 相同壓縮編碼方式的全高清(FHD)視頻流碼率的 4 倍以上,對網 絡帶寬的要求也隨之大幅增長。從這個趨勢來看,Wi-Fi 承載運營級 4K 視頻要求單 終端至少 50M 帶寬,在將來單終端需要有 100M 的帶寬。

當面對單終端 100M 以上的帶寬需求時,目前主流的 Wi-Fi 技術已經逐漸捉襟見 肘,未來 10G PON 配合 Wi-Fi 6 技術的升級在家庭端將成為發展趨勢。帶寬需求的 增長和 Wi-Fi / PON 接入升級,在未來幾年將呈現相互驅動發展的局面。

3.3.4.AGV(無人化),工業物聯網,未來智慧工廠的方向

智慧工廠是傳統制造型企業工廠改造的目標,也是未來企業必須擁有的生產化技 術。無人化則是未來智慧工廠的大趨勢,而替代人工完成包括物件運輸、分揀等環節 的機器人無疑是智慧工廠的重要設施,越來越多的貨物搬運工作將交由 AGV 小車完 成。移動搬運機器人 AGV 叉車從簡單的把貨物搬運到指定的位置,技術發展到大數據、物聯網、雲計算等貫穿於產品設計中,讓移動搬運機器人 AGV 叉車成為一種實時感應、 安全識別、多重避障、智能決策、自動執行等多功能的新型智能工業設備。作為在工 業場合運行的設備,首先需要確保通訊的可靠性,同時,由於 AGV 小車裝卸作業需 要往返於不同工作區域且各個位置金屬遮擋面不同,要求 Wi-Fi 既要做到無死角覆 蓋,又要 AGV 小車能夠在多個 AP 之間無損漫遊,確保與後臺的交互正常無誤。

因此,我們認為在 5G 之餘,Wi-Fi 6 將構成未來工業互聯網底層鏈接生態的關 鍵一環。Wi-Fi 工業物聯網管控方案包括 Wi-Fi 智能視頻系統、Wi-Fi 人員/設備定位 系統、Wi-Fi 通信網絡系統組成。通過這些系統的集成,可以實現在 Wi-Fi 覆蓋的網 絡,對於複雜的人員/設備進行定位和追蹤監測任務,準確的搜索到目標,實現對目 標的實時定位和監管。由此為基礎,Wi-Fi 將在工業物聯網系統裡,發揮重要的作用。

4.投資建議 (略,詳見報告原文)

4.1.星網銳捷—企業 WLAN 領先廠商,雲生態運營

4.2.紫光股份—WLAN 市場領先,率先出貨 Wi-Fi 6

4.3.天邑股份—主營寬帶網絡終端設備,積極佈局 5G&Wi-Fi 6

4.4.劍橋科技—ICT 終端設備行業翹楚,發力光模塊業務

……

(報告觀點屬於原作者,僅供參考。報告來源:華西證券)

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