6GHz Wi-Fi時代的自適應MIMO

2018年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)發(fā)布了一份規(guī)章擬制通知(NPRM)，提議開放在5.925GHz至7.125GHz之間達1.2GHz的頻譜，供免授權使用。新開放的頻譜有望提供目前2.4GHz和5GHz支持頻譜的兩倍以上。附加通道不僅支持高速如10Gbps，還支持密集環(huán)境中如多住戶單元(MDU)的更多用戶。很明顯，6GHz有可能開啟Wi-Fi計算的新時代。FCC的NPRM表明，到2020年底，大多數(shù)賬戶都會最終合法化。其他國家，如歐盟和亞洲的國家，最有可能在2022年也將采用自己的6GHz。

毫無疑問，啟動6GHz是顯著的進步，但將它用于我們所擁有和喜愛的日常設備所采用的機制有點復雜。我們可以借鑒采用Wi-Fi 5(802.11ac)技術的先進經(jīng)驗。官方802.11ac規(guī)范由IEEE于2013年12月發(fā)布。截至2016年底，蘋果的所有iPhone產(chǎn)品和大部分三星智能手機都完全采用802.11ac。 2016年，新手機出貨量超過14億部，其中大部分(超過10億部)都采用802.11ac(圖1)。如果我們將此經(jīng)驗應用于Wi-Fi 6(802.11ax)6GHz客戶端設備，那么從IEEE發(fā)布802.11ax規(guī)范(2020年6月)到有超過10億部新的Wi-Fi 6客戶端設備可能需要約3年時間，即在2023年中。但是，因為2020年底增加6GHz監(jiān)管批準，這個時間表很可能會略微延長到2023年底，即2020年底FCC完全合法化6GHz運營的三年后。(圖2)。

圖1. 客戶端設備采用Wi-Fi 5 (802.11ac)

圖2. 采用Wi-Fi 6和6GHz的總時間表

隨著6GHz的啟動，假設下一代Wi-Fi 6基礎設施設備如2020年發(fā)布的家庭網(wǎng)關和接入點都將采用固定架構設計，一個固定的4x4無線電專用于 3個頻段中的每一個：2.4GHz，5GHz和6GHz(圖3)，這可能看似簡單易行。如前所述，由于在2023年底之前只有少量的6GHz Wi-Fi 6客戶端，因此用于任何專用6GHz電路的網(wǎng)關方案基本在很長一段時間內(nèi)將不會使用。這意味著與這些新的6GHz組件相關的成本和空間將基本上浪費在網(wǎng)關內(nèi)部。但是，服務提供商必須生成和部署前瞻性網(wǎng)關，因為它們的替換周期往往比客戶端設備更長。這兩種競爭動態(tài)對正考慮在其路線圖中加入支持6GHz Wi-Fi 6的服務提供商是個有趣的挑戰(zhàn)。

圖3. 固定的三頻4x4設計

可采用稱為自適應MIMO(多輸入多輸出)的技術找到潛在的方案。自適應MIMO首先由Quantenna(現(xiàn)已成為安森美半導體的一部分) 于2018年6月推出，用于動態(tài)的基礎設施設備，根據(jù)終端用戶的家庭環(huán)境，如客戶端設備的數(shù)量、鄰居的干擾量和其他因素等，在一個8x8無線電和兩個4x4無線電之間改變其5GHz MIMO配置。這項技術甚至可實現(xiàn)更強大的方案，因為它可以解決Wi-Fi 6網(wǎng)關6GHz市場采用的復雜問題。自適應6GHz MIMO意味著一個硬件設計可以在一個8x8 5GHz加一個4x4 2.4GHz無線電之間進行自適應(配置1)，和三個4x4無線電，每個無線電運行在6GHz，5GHz和2.4GHz(配置2)。首次部署此設計時，設備基礎設施將反映配置1。到2023年底，隨著市場采用Wi-Fi 6 6GHz，基礎設施設備將按配置2運行。此配置可使用智能分析進行控制，這決定了網(wǎng)絡中6GHz Wi-Fi 6客戶端的普及率。值得注意的是，自適應MIMO設計采用了新的、獨特的、無損耗的5至7GHz前端模塊(FEM)。

圖4. 自適應8x8設計

6GHz的推出將為Wi-Fi 6設備帶來新的性能和可用性。雖然它對即將推出的Wi-Fi 6網(wǎng)絡提供顯著的改進，但它也能夠顯著改變無線環(huán)境。下一代Wi-Fi標準IEEE 802.11be將在基礎設施設備上使用高達16x16 MIMO配置，以在6GHz頻段建立320MHz信道。這些發(fā)展的結合可以將速度提高到40Gbps以上，提供前所未見的范圍的性能，并開創(chuàng)了先進的Wi-Fi應用的新時代。但是，要實現(xiàn)這，基礎設施設備必須采用智能且經(jīng)濟高效的架構，例如自適應MIMO。