物聯網專題報告:高質量網絡連接與物聯網發展驅動WiFi6需求

一、Wi-Fi 標準持續進化

Wi-Fi 是實現 WLAN 的一種技術。無線局域網(Wireless Local Area Networks/WLAN) 是利用射頻技術,使用電磁波取代網線,以彌補有線網絡覆蓋缺陷,達到網絡延伸的目 的。Wi-Fi(Wireless Fidelity)是符合 IEEE 802.11 系列的無線網絡規範,具有相互 兼容性的通信技術。從定義而言,Wi-Fi 是實現 WLAN 的一種技術。雖然實現 WLAN 的技 術和標準眾多,但由於消費領域常見的 WLAN 都是基於 Wi-Fi 標準構建,所以 Wi-Fi 是 目前最為主流的技術。

1.1 Wi-Fi 發展歷程

Wi-Fi 已歷經二十餘年發展。802.11 協議始於 20 世紀 90 年代,電氣和電子工程師協會 (IEEE)在 90 年代初即成立相關工作組,專門研究和制定無線局域網的保準協議。隨著 時間推移,802.11 協議有不同版本進行迭代以滿足網絡需求。

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第一代協議 IEEE 802.11-1997 於 1997 年 6 月推出,但由於其在傳輸速度和距離上不具 備競爭力,所以其普及程度較低。其後,IEEE 802.11 a/b 協議被推出,其中 802.11 a 協議將頻段定在 5GHz,其在物聯層的最高速率有較大幅度提升,達到 54Mbps,但由於 芯片開發緩慢等原因,發展受到了限制;而 802.11 b 協議則基於 2.4GHz,雖然其傳輸 速度較 802.11 a 低,但其在覆蓋範圍和穿透能力較好。由於 802.11 a/b 協議無法兼容, 而 b 協議在實用性上更勝一籌,所以其在當時佔領了市場。

802.11 g 協議是 IEEE 在 2003 年 7 月制定的第三代標準,其融合了前一代協議的兩個版 本,在 2.4GHz 和 5GHz 均能實現傳輸。此外,從這一代協議開始,IEEE 將向後兼容的特 性加入到新協議制定中,為實際使用提供便利。由於流媒體等服務興起以及家庭和企業 對帶寬需求不斷上升,前幾代協議已無法滿足使用要求,所以在 2009 年新一代協議 802.11 n 被推出,其基於 2.4GHz 使用了多輸入多輸出(MIMO)、波束成形和 40Mhz 綁 定等技術,使得傳輸距離更遠且速率最高可達 600Mbps。

隨著時間推移,使用 2.4GHz 頻段進行傳輸的協議越來越多,可用帶寬被嚴重壓縮。所 以,第五代協議 801.22 ac 聚焦於 5GHz 頻段優化。在這一代協議中,在維持良好向後 兼容性的同時,提高了單個通道的工作頻寬和頻率調製效率。此外,其還支持多用戶-多輸入多輸出(MU-MIMO)。MU-MIMO 路由信號可在多維度進行拆分;與上一代 MIMO 技 術相比,其能實現並行處理。相關技術引進在提高即時傳輸率的同時,也對網絡資源進 行優化。

目前, 802.11 ax 協議是最新版本,其是在 2019 年 9 月推出。與 802.11 ac 相比,新 版協議除對 5GHz 頻段進一步優化外,對 2.4GHz 頻段也給予關注。對於 802.11 協議而 言,每一次迭代都通過引入新技術,從而實現網絡性能提升。

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Wi-Fi 聯盟推動相關標準發展。Wi-Fi 聯盟前身是無線以太網路相容性聯盟(WECA)。在 1999 年,為推動 IEEE 802.11b 規格的制定,組成了無線以太網路兼容性聯盟。此外, 聯盟還為符合相關標準的產品提供驗證服務,解決不同設備間兼容問題,從而推動 IEEE 802.11 協議發展。在 2002 年,WECA 改名為 Wi-Fi 聯盟。目前,Wi-Fi 聯盟已經將部分 標準名稱進行了簡化,其中最新一代協議 IEEE 802.11 ax 稱為 Wi-Fi 6;IEEE 802.11 ac 稱為 Wi-Fi 5。

1.2 Wi-Fi 6 實現創新和優化

Wi-Fi 6 在性能實現較大幅度提升。隨著視頻會議、移動教學等應用場景日漸增加,使 用網絡的終端設備數量也在持續攀升,日益增加的終端設備將影響網絡效率。目前, Wi-Fi6 引入上行 MU-MIMO、OFDMA 正交頻分多址接入、1024-QAM 高階調製等技術,將從 頻譜資源利用、多用戶接入等方面解決網絡容量和傳輸效率問題。目標是在密集用戶環 境中將用戶的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi5 提高至少 4 倍,併發用戶數提升 3 倍以上。

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1.2.1 正交頻分多址(OFDMA)

從 OFDM 向 OFDMA 轉變。在 Wi-Fi6 之前,數據傳輸是使用 OFDM 模式進行傳輸。在這種 模式下,在一個時間片段中,單個用戶將佔據所有子載波,併發送一個完整的數據包。 這種傳輸模式雖然能滿足單個用戶的使用需求,但在數據包較小的情況下,單個用戶並 不需求使用所有子載波。所以,這種傳輸模式在一定程度上將造成網絡資源浪費,且在多用戶的情況下將會增加其他用戶等待時間。為改善用戶網絡體驗,OFDMA 被引入 Wi-Fi6 協議中。OFDMA 通過將子載波分配給不同用戶並在 OFDM 系統中添加多址的方法來實現多 用戶複用信道資源。此外,在 Wi-Fi6 協議中,最小子信道“資源單位”(RU)至少包 含 26 個子載波,由於用戶數據通過子載波承載在 RU 上,所以在每一個時間片上,可實 現多個用戶同時進行傳輸。

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OFDMA 傳輸模式能更好適應小數據包使用場景。由於在實際傳輸過程中存在部分節點信 道狀態不佳的情況,若無法進行有效調節則存在數據丟失的可能。但這種現象在 Wi-Fi6 中能得到有效緩解,由於 OFDMA 傳輸模式中 RU 為最小子信道且 Wi-Fi6 可根據信道質量 來分配發送功率,所以其能實現使用最優 RU 資源進行傳輸。對於用戶而言,在使用中 對於帶寬的需求不盡相同;在 OFMDA 模式下,單個客戶可使用一組或多組 RU 從而滿足 對帶寬需求。而在多用戶場景中,由於 OFDMA 傳輸中能實現多個用戶共享信道,與 OFDM 相比,在時延上將得到有效改善。OFDMA 傳輸模式能滿足用戶的不同需求,其在小數據 包的傳輸效率更高、效果更好。

1.2.2 多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)

MIMO 技術提升數據吞吐量。MIMO 技術包含空間分集和空間複用。其中空間複用能在不 改變信道帶寬的前提下,同時傳輸單個用戶的多個數據或者多個用戶的數據。在 MIMO 技術中,可分為單用戶 MIMO(SU-MIMO)和多用戶 MIMO(MU-MIMO)。SU-MIMO 在傳輸過程中 AP 只能與一個用戶通信,這種通信方式能增加單用戶的吞吐量。MU-MIMO 與 SU-MIMO 相 比,能與多個終端同時進行傳輸。由於 MU-MIMO 技術能實現 AP 與多個終端併發傳輸, 所以同一時間的數據吞吐量得到提升。在 802.11ac Wave2 標準中,其所引入 MIMO 技術 只支持數據下行且最多隻能同時給 4 個用戶傳輸數據,對於用戶的上行數據仍然採用一 個一個發送的方式,不能併發。但在 Wi-Fi6 中,這種技術得到更為充分利用。

Wi-Fi6 使用完整 MU-MIMO 技術。在數據下行端,在 802.11ac 協議中,部分版本已支持 DL 4X4 MU-MIMO;而在 Wi-Fi6 中,DL MU-MIMO 得到進一步提升,其已支持 8X8 傳輸模 式。而在數據上行端,在之前協議中僅支持 UL SU-MIMO,Wi-Fi6 則首次將 UL MU-MIMO 引入,實現在多用戶的情況下使用相同的信道資源在多個空間流上傳輸數據。所以,在 Wi-Fi6 中引入 DL MU-MIMO 後,在協議中已支持 DL/UL MU-MIMO 技術。Wi-Fi6 在 MU-MIMO 技術加持下,在多用戶數據傳輸環境中性能將得到提升。

小結:

在 Wi-Fi6 標準下,OFDMA 與 MU-MIMO 協同發展。從技術角度而言,OFDMA 支持多用戶通 過細分信道(子信道)來提高併發效率,MU-MIMO 支持多用戶通過使用不同的空間流來 提高吞吐量。在 Wi-Fi6 協議中,這兩種技術可以同時使用,基於不同的技術協同發展 使得在時延有效減低的同時,實現傳輸速度提升。在多用戶的情況下,用戶網絡體驗得 到有效提升。

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1.2.3 目標喚醒時間(Target Wakeup Time)

TWT 技術能使得終端擁有更長續航能力。隨著科技的發展,越來越多的電子設備加入到 無線網絡中。在消費端,家庭無線網絡中除手機、筆記本等電子設備外,還有存在大量 智能家居設備。而這些設備大多使用電池供電,若長時間處於活躍狀態且並非處於工作 狀態,則出現電能浪費的問題。而 Wi-Fi6 引入 TWT 技術,該技術允許設備協商被喚醒 時間,在不進行數據傳輸時進入休眠狀態。此技術能有效減少電池消耗,從而達到更長 待機時長。

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總結:在性能提升方面,除上述所提及的技術外,在 Wi-Fi6 中還引入了更高的調節技 術和 BSS Coloring 著色機制等。在相關技術的加持下,通過特定技術使得終端與 AP 之 間通信更為通暢,在提升網絡承載能力的同時,降低了時延。在消費端,智能家居設備 滲透率不斷提升,對於網絡承載能力提出了更高要求。隨著物聯網等推進,無論是消費 端還是工業端,聯網設備數量將會持續攀升,Wi-Fi 網絡將成為無線設備入網選擇之一。

二、5G 與 Wi-Fi 6 協同發展

2.1 Wi-Fi 與移動網絡之爭

Wi-Fi 網絡在使用成本上更具優勢。從 Wi-Fi 6 和 5G 所使用頻譜來看,Wi-Fi 網絡使用 為非授權頻譜,在確保他人使用權力受到保障時即可使用相關頻譜進行數據傳輸;但對 於移動通信頻譜而言,全球大部分國家均採取拍賣的形式進行授權使用,所以 5G 頻譜 也和其他移動通信頻譜一樣,運營商通過拍賣取得使用權。此外,Wi-Fi 網絡是有線網 絡的延伸,其是更多是建立在固網的基礎上。對於消費者而言,這些差異主要體現在使 用成本上。消費者在使用移動網絡時,是按照其使用量進行繳費。雖然我國消費者不需 要承擔運營商取得頻譜授權的費用,但其餘地區消費者則需要分攤相關費用。而由於 Wi-Fi 網絡更多的基於固定網絡且能接入數個終端,在固網費用相對固定的情況下,單 個終端費用會隨著接入數量增加而減少。所以,基於兩者在使用成本考慮,Wi-Fi 網絡將更具備優勢。

我國 Wi-Fi 滲透率已達到較高水平,固網性能提升有助於用戶使用體驗

。根據 Quest Mobile 數據顯示,在我國移動網民手機中 Wi-Fi 滲透率持續攀升且已接近 90%。對於用 戶而言,對於 Wi-Fi 網絡或已經產生了一定依賴,從而形成使用習慣。而在網絡構建方 面,根據工信部所發佈 2019 年通信業統計公報,截至 12 月底,三家基礎電信企業的固 定互聯網寬帶接入用戶總數達 4.49 億戶,全年淨增 4190 萬戶。此外,我國互聯網寬帶 接入端口數量達到 9.16 億個,比上年末淨增 4826 萬個。其中,光纖接入(FTTH/0)端 口比上年末淨增 6479 萬個,達到 8.36 億個,佔互聯網接入端口的比重由上年末的 88.9% 提升至 91.3%;截止 2020 年 6 月底,三家基礎電信企業的固定互聯網寬帶接入用戶總數 達 4.65 億戶,同比增長 7%,比上年末淨增 1573 萬戶。其中,光纖接入(FTTH/O)用戶 4.34 億戶,佔固定互聯網寬帶接入用戶總數的 93.2%。從公佈數據來看,我國固網普及 程度較高,且在“銅退光進”等國家政策推動下,光纖滲透率已經達到較高位置。光纖 入戶將提升網絡承載能力,而對於基於固網構建的 Wi-Fi 網絡而言,在設備支持的情況 下,Wi-Fi 網絡性能也將會得到提升,使得用戶體驗更佳。

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總結:對於移動網絡將取代 Wi-Fi 的說法,在每一代新移動通信技術推進都會引起熱議。 目前,領先國家已經實現 5G 商用,5G 通信技術在性能上得到了較大提升。但對於 Wi-Fi 網絡而言,相關技術標準也在持續更新,且通過引進更多技術提升網絡性能為用戶提供 更佳使用體驗。此外,從相關技術迭代週期來看,移動通信技術更新週期約為 10 年, 而 Wi-Fi 標準大約每 5 年即進行迭代。在 Wi-Fi 使用費率相對較低,且疊加用戶使用習 慣已經形成的情況下,Wi-Fi 網絡被取代的可能性較低。

2.2 Wi-Fi 6 與 5G 協同發展

Wi-Fi 6 與 5G 在性能上有所差距,但各具優勢。5G 和 Wi-Fi6 分別為下一代移動無線技 術和下一代 Wi-Fi 技術,雖然兩種網絡架構不盡相同,但與上一代相比,在性能上都有 較大提升。其中,5G 通信帶寬較 4G 通信得到大幅度提升,理論下行速度達 10 Gb/s。 此外,5G 通信在時延上可以達到毫秒級別,而連接密度上可達到每平方千米可聯網設備 數量高達 100 萬個,無論是時延還是連接密度與 4G 通信相比均提升了 10 倍。所以,5G 三大下游應用場景 eMBB(增強移動寬帶)、uRLLC(高可靠低時延連接)和 mMTC(海量 物聯)才能得以實現。反觀 Wi-Fi 6,根據中國移動所發佈的《2019 年智能硬件質量報 告(第二期)》,其選取同品牌不同標準路由器進行測試,測試結果顯示 Wi-Fi6 路由器 在傳輸速率、時延等方面均有大幅性能提升。而且,隨著用戶數量的提升變得愈發明顯。 在 5G 頻段,與 Wi-Fi 5 相比,單用戶在速率和時延上分別提升 29%和降低 5ms 以上;而 在多用戶情況下,速率提升 47%以上。綜合來看,Wi-Fi6 最快下行速度為 9.6Gb/s,網 絡時延平均降低至 20ms。由於 Wi-Fi 網絡和 5G 網絡使用不同架構,從而導致在性能上 存在差異,但這也導致兩者具備不同的優勢。

5G 和 Wi-Fi 6 之間適用於不同場景,兩者將協同發展。雖然 5G 和 Wi-Fi6 都能實現高密 度無線接入和高容量無線業務,但兩者之間的側重會有所不同。5G 通信使用 Sub 6 GHz 高頻部分甚至毫米波進行傳輸,雖然使用較高頻率傳輸能提高傳輸量,但也使得電磁波 波長較短,信號覆蓋範圍較 4G 通信更小且信號穿透能力下降。所以,5G 在室外較為空 曠的地方會擁有更好的性能。此外,由於 5G 移動網絡具有連續覆蓋能力,其能為移動 中的終端提供服務支持,這是任何短距離通信技術所不具備的優勢。所以,5G 在室外場 景,如車聯網等方面具備獨特優勢。而在室內部分,5G 信號雖然微基站或皮基站能有效 改善室內 5G 信號覆蓋問題,但消費者也存在位於相對固定的環境如家庭和辦公室等空 間中較為經濟的高速上網需求,而 Wi-Fi 網絡即可滿足相應要求。隨著室內智能設備在 不斷增加,對於高密度連接需求在持續增大。此外,高清視頻、VR、語音通話等都會對 帶寬和時延十分敏感。所以,Wi-Fi 6 的優勢在這些場景中得到凸顯。此外,若在室內 使用的聯網設備均加入 SIM 模塊,無論從產品設計和產品價格,還是消費者使用便捷程 度都將會產生一定影響。所以,5G 和 Wi-Fi 6 在不同場景擁有相對優勢,兩者將會協同 發展。

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總結:5G 通信和 Wi-Fi 6 相較於各自前一代標準在性能上均有較大程度提升,兩者均能實現高密度無線接入和高容量無線業務。但由於構建框架不同,使得兩者能適應不同使 用場景,其中,5G 通信室外空間具有優勢且能對高速移動終端提供通信支持,而 Wi-Fi 6 能在室內為物聯網提供較為經濟的網絡服務。所以,兩者均能為物聯網服務提供相應 網絡支持,但在側重上有所不同,兩者將協同發展。

三、高質量網絡連接與物聯網發展驅動 Wi-Fi 6 需求

網絡使用需求是驅動 Wi-Fi 6 發展的重要推力。Wi-Fi 6 設計之初已經考慮了高密度和 高容量的網絡服務支持,使用場景包括室外大型公共場合、高密場館、室內高密無線辦 公、電子教室等場景。由於 5G 網絡在室外環境中更具有優勢,所以室內是 Wi-Fi 6 重 要的應用場景。而在室內空間中,信息消費及娛樂、智能設備連接和辦公等需求成為驅 動 Wi-Fi 6 發展的重要驅動力。

3.1 高質量網絡連接需求凸顯

4K/8K 超高清視頻對帶寬要求有所提升。超高清視頻技術是繼數字化、高清化之後視頻 產業新一輪重大技術革新,對消費者和文化產業都具有重大意義。對於相關產業的發展, 我國工信部等部門印發了《超高清視頻產業發展行動計劃(2019-2022 年)》,其中提 出持續推進 4K 超高清電視內容建設,豐富節目內容有效供給;在廣播電視、文教娛樂、 安防監控、醫療健康、智能交通、工業製造等領域打造一批超高清視頻典型應用。對於 消費者而言,內容是其消費的主要對象。在國家政策推動下,將有助於加快高清視頻內 容建設步伐。在超高清視頻內容在逐步充實的同時,視頻傳輸成為關注焦點。從所需帶 寬來看,傳統高清業務僅需 20Mbps 帶寬就可以滿足使用需求,全 4K 要求 100Mbps 以上 的帶寬,而 8K 視頻對帶寬要求會更高。所以,超高清視頻將會對傳輸帶寬提出更高要 求。

傳輸質量將會影響 VR 用戶體驗。VR 是通過計算機構造出來的虛擬環境,一方面其能滿 足 2C 場景中娛樂消費的需求;另一方面,在 2B 端也能為行業發展注入動力。目前,VR 技術在逐步落地,已有部分相關產品推出市場。但在實際使用中,由於網絡傳輸等問題, 使用者會產生不適感,影響用戶體驗。此外,隨著雲計算和邊緣計算成熟,本地 VR 也 將向 Cloud VR 轉變,對於網絡要求將會更高。根據華為所發佈數據顯示,VR 技術對於 帶寬和時延都有較高的要求。所以,在 VR 技術逐漸普及的情況下,對於網絡的需求也 在逐步上升。

總結:從相關業務發生場景來看,超高清視頻、VR 等應用更多的是在室內場景中發生。 而 Wi-Fi 作為室內傳輸的主要載體,在相關業務需求上升後將增大網絡負載。所以,終 端需求將促進 Wi-Fi 標準革新以應對網絡。而 Wi-Fi 6 作為新一代標準,由於其能滿足 超高清視頻和 VR 等應用需求,在終端滲透率持續提升的情況下,將有利於相關標準普 及。

3.2 物聯網需求逐步放量

Wi-Fi 網絡是智能設備連接中的重要一環。物聯網(IoT)是一項重要趨勢。與筆記本電腦 等用戶設備不同,物聯網設備需要確定性無線服務,例如每 5 毫秒輪詢一次,否則就會 關機,或低功耗服務。傳統上,這些需求一直通過專有、利基或運營商特定的技術得到滿足,但憑藉出色的規模經濟效益和簡便的 IT 管理,企業 Wi-Fi 日趨成為首選的室內 物聯網平臺。為了滿足這些物聯網運營需求,預計 Wi-Fi 6 及其物聯網功能(例如低功 耗和確定性)將加速這種採用。根據思科數據顯示,Wi-Fi 已經是物聯網第三大連接方 式,預計到 2021 年,通過 Wi-Fi 連接的物聯網設備有望達到 120 億個。

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3.2.1 Wi-Fi 6 實現智能工業生產場景

在傳輸速率方面,Wi-Fi 6 因引入 MU-MIMO 技術實現技術升級,Wi-Fi 6 的最高速率可 以到 9.6Gbps;5G 通信技術因為 MASS MIMO 技術的使用,最大支持速率達到 10Gbps。在 傳輸容量方面,Wi-Fi 6 支持 OFDMA 技術實現多個設備以及多個應用同時進行傳輸以及 接收數據;5G 則採用 NOMA 技術能夠使更多用戶連接並且不降低傳輸速率。雖然 Wi-Fi 6 與 5G 具有相似的性能,但是在工業領域,Wi-Fi6 當前具備更大的優勢。首先,5G 網絡 建設剛剛起步,從宏基站建設覆蓋到實現室內穩定連接的小基站需要一段較長的時間; 然而,當前大部分工廠普遍已經採用有線網絡連接,通過有線網絡實現 Wi-Fi 通信連接 較為方便。其次,5G 工業專網資費尚未落地,目前只有 5G 消費者端資費。目前三家通 信運營商首批確定的 5G 套餐起步價格分別為 128 元、129 元和 129 元,都包含 30GB/月 的 5G 流量;但是工業場景中需要傳輸的數據較多,30GB 流量未必能滿足。Wi-Fi 6 通 過無線路由器連接有線網絡。有線網絡資費為固定費用,而路由器則可理解為一次性費 用,隨著使用時間的增加,成本逐步下降。因此 Wi-Fi6 在工業場景應用中,具備成本 優勢。

Mettis Aerospace 公司在英國西米德蘭茲郡擁有一個龐大的生產基地,佔地 27 英畝, 擁有 515 名員工和 3000 個製造設備。2019 年 公司在工廠內對 Wi-Fi 6 進行了一次試 驗。在試驗中,Wi-Fi 6 使用一個帶寬 80 MHz 的信道達到了 700 Mbps 的下載速率,時 延低於 6 毫秒;現場執行的應用包括 4K 視頻上傳、大文件傳輸、消息傳遞、語音和視頻 通信、物聯網傳感器等,從試驗結果看,WI-FI 6 實現了高度可靠、高質量、高帶寬、 低時延的無線通信。Mettis Aerospace 計劃要在整個工廠範圍內部署 WI-FI6,作為未 來 5 年內 IT 基礎設施全面升級的一部分。

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3.2.2 Wi-Fi 6 成為智能家居網絡紐帶

智能家居是以住宅為載體,融合自動控制技術、計算機技術、物聯網技術,將家電控制 環境監控、信息管理、影音娛樂等功能有機結合,通過對家居設備的集中管理,提供更 具有便攜性、舒適性、安全性、節能性的家庭生活環境。隨著科技的發展,智能家居已 經逐漸步入普通居民家庭生活中,未來將成為家庭生活的一部分。根據 Strategy Analytics 數據顯示,2017 年全球智能家居市場規模達到 840 億美元,較 2016 年的 720 億美元增長 16%。2018 年全球智能家居設備,系統和服務的消費者支出總額將接近 960 億美元,並在預測期(2018 年至 2023 年)的複合年增長率達到 10%,達到 1550 億美 元。北美將佔總支出的 41%或 400 億美元,其次是亞太地區 260 億美元,西歐則為 170 億美元。

在中國,根據《中國智能家居設備行業市場前瞻與投資策略規劃報告》統計數據顯示, 2015 年我國智能家居市場規模為 403.4 億元,同比增長 41.0%。報告顯示,預計 2019 年我國智能家居市場規模將達到 1422 億元,呈現逐年增長千億元趨勢。若按照未來五 年(2019-2023)年均複合增長率約為 38.13%計算,我們預測在 2020 年中國智能家居市 場規模將達到 2000 億元以上,在 2023 年中國智能家居市場規模將突破 5000 億元。

智能家居主流協議包括三種:藍牙、WI-FI、ZigBee。藍牙技術是一種無線數據和語音 通信開放的全球規範,它是基於低成本的近距離無線連接,為固定和移動設備建立通信 環境的一種特殊的近距離無線技術連接。ZigBee 是一種低速短距離傳輸的無線網上協 議,底層是採用 IEEE 802.15.4 標準規範的媒體訪問層與物理層。主要特色有低速、低 耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全。 雖然三種協議都是屬於近距離連接協議,但是在性能上存在區別。從傳輸距離看 WI-FI >ZigBee>藍牙;從功耗方面看,WI-FI>藍牙>ZigBee,藍牙和 ZigBee 設備靠電池供 電即可;傳輸速率方面,WI-FI>ZigBee>藍牙。

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根據國家統計局數據顯示,2016 年我國城市人均住宅建築面積為 36.60 平方米。按照四 口之家計算,一個家庭的居住面積大約是 144 平方米。如果家庭希望佈置智能家居系統, 藍牙的傳輸距離不足以支持,而 Wi-Fi 與 ZigBee 將會是更好的選擇。與 Wi-Fi 相比, Zigbee 在最大傳輸速率稍有劣勢的情況下,傳輸範圍與功耗方面都具備優勢。但是從產 品方面看,目前在國內 ZigBee 技術的主要採用 ISM 頻段的 2.4GHz,衍射能力弱,穿牆 能力弱,容易受到障礙物的影響,而且容易受到同頻段的 Wi-Fi 和藍牙的干擾;此外, 主產品開發難度大,開發週期長,產品成本高,普及率較低。所以目前 Wi-Fi 是目前智 能家居的主流使用協議

四、Wi-Fi 6 市場快速擴張,產業上下均有佈局

4.1 Wi-Fi 6 市場規模快速擴張

根據思科白皮書數據顯示,2023 年 M2M 連接數將達到 147 億,CAGR 達到 19%。此外,M2M 連接量將是所有連接數的一半。在 M2M 應用中,家庭連接將成為普遍現象。到 2023 年, 家庭連接量將佔 M2M 連接總數的 48%,或近一半。長期以來,滿足日益增長的帶寬需求 的主要解決方案之一是利用 Wi-Fi 網絡,使運營商能夠擴展容量以滿足其用戶的需求。 到 2023 年,全球將有近 6.28 億個公共 Wi-Fi 熱點,高於 2018 年的 1.69 億個熱點,增 長了 4 倍。從地區上看,中東部歐洲年複合增長率達到 38%,亞太平洋地區與拉丁美洲 地區年複合增速達到 37%,中東與非洲地區年複合增速達到 30%,北美與西歐地區年復 合增長率分別為 25%和 20%。根據 IDC 數據顯示,WLAN 市場總體規模在 2019 年第三季度 達到 2.3 億美元規模,處於平穩上漲趨勢。

雖然 2018 年 10 月 Wi-Fi 聯盟即公佈 Wi-Fi 6 標準,但相關認證計劃在 2019 年 9 月 16 日才正式啟動。在相關標準發佈後,雖然已有廠家推出相關路由產品,但存在終端產品 支持較少和產品定價較高等弊端。而在認證工作開啟後,廠商對於相關技術的導入會更 為積極,從而推動相關產品開發。Wi-Fi 6 認證工作的推進有利於 wi-fi 6 市場規模的 擴大。IDC 預計在 2020 年,Wi-Fi 6 在中國市場的規模就將接近 2 億美元,到 2023 年 中國 Wi-Fi 6 市場規模將達到 10 億美元,年複合增長率達到 71%。

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4.2 Wi-Fi 接收終端:手機旗艦全線覆蓋,平板電腦緊跟其後

4.2.1 手機旗艦產品廣泛支持 Wi-Fi 6

各大手機廠商紛紛發佈支持 Wi-Fi 6 標準手機,其在手機滲透率將逐步提升。在 Wi-Fi聯盟開啟 Wi-Fi 6 標準認證以前,僅有少數手機廠商推出相應終端。以三星為例,2019 年 2 月新一代旗艦 Galaxy S10 系列手機正式發佈,由於此之前並未有廠商發佈相關產 品,GalaxyS10 系列手機將成為全球第一批支持 Wi-Fi 6 的手機。此後,三星也將相關 技術引入到 Note 10 系列中。但並非全系列手機均支持 Wi-Fi 6,僅在 Note 10+機型提 供相關支持。雖然三星在 2019 年初即推出支持 Wi-Fi 6 標準手機,但並未在其後發佈 的手機中全線引入。而大多數手機廠商對於並未推出相關產品。但這種情況目前已經得 到改善。從各廠商所發佈的手機來看,除三星和蘋果外,大部分國內手機廠商在 2020 年均推出支持 Wi-Fi 6 產品。目前,各主流品牌均開始關注 Wi-Fi 6 標準。雖然大多數 支持 Wi-Fi 6 標準的手機為品牌旗艦機型,售價相對較高,但隨著 Wi-Fi 6 認證工作開 展和關注度不斷提升,將會有更多手機支持 Wi-Fi 6 標準,其滲透率將會逐步提升。

4.2.2 平板設備緊跟其後

平板電腦與手機相比,除了缺少移動電話功能外,其餘功能與手機無異;平板電腦具備 更大的電池容量,更寬廣的屏幕視野,更高清的顯示。平板電腦若配備觸控筆、外接鍵 盤等配件,即可承擔輕度辦公任務。平板因為其大屏、輕便、可辦公等特性,受到了消 費者的認可。平板電腦已經成為消費者出行攜帶的電子設備之一。2020 年受疫情影響, 居家辦公以及遠程教育已經成為全球多個國家與地區在疫情嚴重時刻採取的措施。為適 應遠程辦公以及遠程教學,平板電腦銷量大增。根據 Canalys 數據顯示,2020 年第二季 度銷量達到 3750 萬部,同比增長 26.1%。其中,Apple 銷量同比增長 19.8%,佔總銷量 38.0%;三星銷量同比增長 39.2%,佔總銷量的 18.7%;華為銷量同比增長 44.5%,佔總銷 量的 12.7%。

物聯網專題報告:高質量網絡連接與物聯網發展驅動WiFi6需求

雖然平板電腦已經發布 LTE 版或 Cellular 版,可以通過 SIM 卡使用蜂窩數據。但是從 使用環境看,平板電腦主要在室內使用。在室內環境下,蜂窩通信或容易受到干擾或攔 截,使用體驗有待提升。此外,考慮到使用平板電腦時場景,一般為視頻或者遊戲等對 流量消耗較大的應用,若使用蜂窩數據,則可能會產生較大的資費負擔。因此,平板電 腦一般會通過 Wi-Fi 連接網絡。 Wi-Fi 6 作為新一代無線 WLAN 技術,具備低時延,高 容量,高速率等優點,已經成為了平板電腦廠商新品發佈的新要素。以平板電腦銷量前 三廠商為例,華為、三星、蘋果已經在 2020 年推出了自家的支持 Wi-Fi 6 的平板電腦。

4.3 路由設備:國產品牌奮起直追,拆分關鍵領域發展趨勢

4.3.1 海外巨頭優勢明顯,國產品牌奮起直追

終端負責網絡信號的接收,路由器則負責網絡信號發射。路由器是連接兩個或多個網絡 的硬件設備,在網絡間起網關的作用,是讀取每一個數據包中的地址然後決定如何傳送 的專用智能性的網絡設備。它能夠理解不同的協議,例如某個局域網使用的以太網協議, 因特網使用的 TCP/IP 協議。這樣,路由器可以分析各種不同類型網絡傳來的數據包的 目的地址,把非 TCP/IP 網絡的地址轉換成 TCP/IP 地址,或者反之;再根據選定的路由 算法把各數據包按最佳路線傳送到指定位置。所以路由器可以把非 TCP/ IP 網絡連接到 因特網上。

路由器按照功能分類可以分為骨幹級路由器、企業級路由器、接入級路由器。骨幹級路 由器實現企業級網絡的互聯。對它的要求是速度和可靠性,而代價則處於次要地位。2018 年,華為路由器在運營商市場年度收入增長 8.6%,以 30%的市場份額位居排行榜首位。 這也是繼 2017 年華為 IP 核心路由器在全球運營商市場份額排名第一後,其首次在整體 運營商 IP 路由器領域年度市場份額上實現了超越。2019 年,華為路由器產品在全球運 營商領域市場份額連續三年排名第一。企業或校園級路由器連接許多終端系統,其主要 目標是以儘可能低的成本實現儘可能多的端點互連,並且進一步要求支持不同的服務質 量。根據 IDC 數據顯示,2020 年 Q1 思科企業 WLAN 收入同比下滑 6.7%至 6.11 億美元。 思科仍然是市場份額的領導者,該季度的市場份額為 45.7%,高於 2019 年全年的 44.6%。 HPE-Aruba 的收入同比增長 14.2%,市場份額從 2019 年全年的 13.8%增加到 2020 年第一 季度的 14.4%。Ubiquiti 企業 WLAN 收入同比增長 24.8%,市場份額為 9.5%,高於 2019 年全年的 7.0%。CommScope(以前的 ARRIS/Ruckus)收入同比下滑 4.7%,市場份額為 5.2%。 華為收入同比下滑 15.0%,市場份額為 3.8%。根據 IDC 數據顯示,銳捷以 23.95%的市場 份額位居中國企業級 WLAN 市場第二。其中,在 Wi-Fi6 品類市場,銳捷以 40.66%的成績 位居第一。

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接入路由器連接家庭或 ISP 內的小型企業客戶。接入級路由器分為單頻路由器以及雙頻路由器。單頻路由器為傳統路由器,Wi-Fi 信號只有 2.4GHz。2.4GHz 屬於低頻信號, 優點是穿透力強,傳播距離更遠,對於大戶型的房子,它可以有更好的覆蓋能力;但是 缺點是目前大多數設備都適用 2.4GHz 頻段,用戶較多的地方干擾較大。雙頻路由器除 了有一個 2.4GHz 頻段的 Wi-Fi 信號,還有一個 5GHz 的 Wi-Fi 信號。5GHz Wi-Fi 優點: 信號頻寬較寬,無線環境比較乾淨,干擾少,網速穩定,並且可以支持更高的無線速率; 缺點是在空氣或障礙物中傳播時衰減較大,覆蓋距離一般比 2.4GHz 小。

從品牌關注度看,2019 年,長期位於無線路由器市場前列的 TP-Link 市場關注度下跌, 其品牌關注度排名第二,關注度為 14.9%。近兩年華為持續受到市場關注,2019 年關注 度達到 16.8%,榮登品牌關注度第一。

4.3.2 Wi-Fi 設備重點器件拆分,把握髮展趨勢

根據市場調研機構 Markets and Markets 發佈的研究報告《2022 年全球 Wi-Fi 芯片市場 規模預測》,2016 年全球 Wi-Fi 芯片市場規模達 158.9 億美元,預計 2022 年將增長至 197.2 億美元。當前 Wi-Fi 設備仍然以 Wi-Fi 5 產品為主, Wi-Fi 6 產品有望在 2020 年進入快速滲透期。根據 Dell’Oro 公司預測 ,2019 年支持 Wi-Fi 6 的芯片出貨量佔 總出貨量 10%,到 2023 年將達到 90%左右,成為真正的主流產品

高通 CPU 技術領先。目前市場上主流的 Wi-Fi 6 路由器 CPU 供應商包括海思、聯發科、 博通、高通、英特爾等。其中大部分採用 ARM 公司的 Cortex-A53,部分也採用 MIPS 架 構。從工藝上看,高通的 Wi-Fi 6 芯片採用 14nm 製程工藝,相對較為先進;大部分廠 商採用 28nm 製程芯片。主頻方面,最低規格是雙核處理器,高通技術相對領先,全系 實現四核處理器。

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獨立無線芯片處理單個信號

。可以分為負責 2.4G 信號和負責 5G 信號的兩個芯片,也可 以集中為一個芯片。部分型號的處理器也可以具備處理單頻信號(即 2.4G 或 5G)或者 雙頻同時處理的功能。根據我們的數據統計發現,目前大部分是採用單獨芯片負責單一信號,因此 Wi-Fi 設備內部會存在兩個或多個無線芯片。以小米 AX3600 路由器為例, 採用的是 IPQ8071A 處理器,2.4G 信號的芯片是 QCN5024,5G 信號芯片是 QCN5054。

FEM 成為無線功放主流。無線功放主要有三種方式:PA 與 LNA 各自封裝形成兩個芯片, PA+LNA 實現集成,採用 FEM 的方式。FEM 是在 PA 與 LNA 實現集成的基礎上,添加了功 率檢測等附加功能。根據我們的數據統計,近七成的 Wi-Fi 6 路由器中的功放是採用 FEM 模式。

MU-MIMO 部分玩家開始逐步突破。傳統路由器 MU-MIMO 主要為 2、3、4 的模式,甚至部 分產品不具備 MU-MIMO。Wi-Fi 6 初級階段,Wi-Fi 設備的 MU-MIMO 主要以 2 和 4 的模式 存在。目前路由器的部分玩家已經開發出產品中配套 4*2 MU-MIMO。例如,華碩 AX11000 路由器配備了 4*2 MU-MIMO。不僅是華碩,網件 RAX200、Orbi RBK852、Velop MX5300 等路由器品牌也配備了 4*2 MU-MIMO。

五、投資建議(相見報告原文)

Wi-Fi 6 在 Wi-Fi 5 的技術基礎上實現進一步的突 破。Wi-Fi 6 頻譜無需授權;可以支持高達 9.6 Gbps 的速度,與 5G 網絡速度相近;Wi-Fi 6 通過支持 MU-MIMO 和 OFDMA 實現提速,通過 TWT 技術實現功耗降低。隨著技術的發展, 超高清視頻、VR、智能工廠、智能家居等一些列智能化應用落地,在 5G 尚未完全普及 前,Wi-Fi 6 將是提供室內高速率、高承載能力網絡的強力技術。隨著室內智能應用的 逐步落地,Wi-Fi 連接熱點將會迅速提升,到 2023 年,全球將有近 6.28 億個公共 Wi-Fi 熱點,高於 2018 年的 1.69 億個熱點,增長了 4 倍。Wi-Fi 熱點的增加將會推動 Wi-Fi 路由器的銷量。Wi-Fi 6 作為 WLAN 新一代技術,滲透率有望逐步提升。IDC 預計到 2023 年中國 Wi-Fi 6 市場規模將達到 10 億美元。

……

(報告觀點屬於原作者,僅供參考。報告來源:東莞證券)

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