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物联网发展推动Wi-Fi 6产业21年加速落地

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概述

2021年06月16日发布

事件

Wi-Fi6是在Wi-Fi5之后无线局域网协议本身的进一步演进和扩展,其初始的命名代号为HEW(HighEfficiencyWLAN)。Wi-Fi6的设计思路与传统Wi-Fi存在一定区别,过去Wi-Fi协议的发展主要集中在提供更高的峰值速率,而Wi-Fi6从其协议名称HighEfficiency就可以看出,它更关注效率,也希望更加有效地使用当前频谱资源,从而提供更高的实际网络速率。为此,Wi-Fi6引入了OFDMA(正交频分多址)、上行MU-MIMO(多用户-多输入多输出)、TWT(TargetWakeTime,目标唤醒时间)、BSSColoring着色机制和1024QAM等新型技术。

1.Wi-Fi6的五大核心技术

OFDMA频分复用技术。OFDMA是从OFDM演进过来最早应用于蜂窝通信的技术。Wi-Fi6标准也采纳了这种技术来提高频谱的利用效率。在传统方式中,每个用户要发送的数据(无论数据包的大小)都会占用整个信道。OFDMA将信道划分为多个子载波,将最小的子信道作为资源单元(ResourceUnit,RU)。Wi-Fi6中最小RU为2MHz带宽,用户的数据就承载在每个RU上。以20MHz带宽为例,通过OFDMA技术最多可以容纳9个RU,其余空间作为保护间隔。就好比一辆公共汽车(20MHz带宽)之前只能一次承载1名乘客,现在最多可以同时运送9名乘客(9个并发用户)。

上行/下行MU-MIMO技术。在物理空间方面,Wi-Fi6继承了Wi-Fi5下行MU-MIMO的特点,即在同一时刻无线路由器可以向多个支持MU-MIMO的终端发送数据,解决了之前同一时间只能向一个终端发送数据的问题。Wi-Fi6在保持这一技术的同时加入了上行的MU-MIMO,可以同一时刻支持最多8个终端向无线路由器发送数据,从而实现了上行与下行的双向MU-MIMO。OFDMA与MU-MIMO分别在频率空间和物理空间上提供多路并发技术,带来了网络整体性能与速率的极大提升。

BSS Coloring着色机制。为解决Wi-Fi频谱资源匮乏导致的同频干扰问题,Wi-Fi6引入了一种新的同频传输识别机制叫BSSColoring着色机制。在PHY报文头中添加6bit的标识符对来自不同BSS的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信号并停止接收,避免浪费收发机时间。如果颜色相同,则认为是同一BSS内的干扰信号,发送将推迟;如果颜色不同,则认为两者之间无干扰,两个Wi-Fi设备可同信道同频并行传输。初步解决了不同无线路由器工作在相同信道相互干扰的问题,提升了系统性能与频谱的利用率。

TWT目标唤醒时间。目标唤醒时间TWT是Wi-Fi6支持的一个重要的资源调度功能,它允许设备协商什么时候和多久唤醒发送或接收数据,无线接入点可以将客户端设备分组到不同的TWT周期,从而减少唤醒后同时竞争无线信道的设备数量。TWT还增加了设备睡眠时间,从而大大提高了电池寿命。预计这项功能将为IoT设备节约30%以上的电力。

1024QAM高阶调制技术。Wi-Fi6在提升效率的同时还增加了传输速率。其最高采用1024QAM调制方式,每个符号位最多传输10bit数据。Wi-Fi5采用的256-QAM正交幅度调制,每个符号最多传输8bit数据,从8到10的提升是25%,也就是相对于Wi-Fi5来说,Wi-Fi6的单条空间流数据吞吐量提高了25%。

总的来看,Wi-Fi6在传统的Wi-Fi技术基础上借鉴了移动蜂窝通信技术中的创新技术,大幅提升了网络容量和网络性能,为用户提供了更好的体验。

2.Wi-Fi6产业链条简析

Wi-Fi产业链包括芯片、网络设备、终端3个主要环节。芯片是Wi-Fi产业链的核心环节,包含了大量的核心专利,对产业链的其他环节产生重要影响。从总量角度考虑,全球Wi-Fi芯片出货量将于2022年达到49亿套,占据各大主流互联方案出货量逾40%(据IDC数据)。根据市场调研机构MarketsandMarkets的统计,预计2022年全球Wi-Fi芯片市场规模将达到197.2亿美元。博通、高通、英特尔、德州仪器等美国企业长期控制Wi-Fi芯片研发、生产和销售,其产品占据70%以上的市场份额并借此主导全球Wi-Fi产业发展。主流Wi-Fi芯片厂商基本都在我国台湾代工生产,使得中国台湾成为绝大多数Wi-Fi芯片的出产地。台湾企业联发科、Realtek也是主要的Wi-Fi芯片供应商。此外,我国的华为海思、紫光展锐、乐鑫科技等也研发Wi-Fi芯片,市场规模占比约为5%。

目前,主要Wi-Fi芯片厂商都推出了Wi-Fi6芯片产品。截至2019年5月,美国高通公司发布4款产品、博通发布5款产品、英特尔发布3款产品、MTK发布1款产品。业内预估Wi-Fi6芯片全球出货量将由2019年的约3亿套,快速成长到2022年超越20亿套。2019年的Wi-Fi6芯片出货量占比为10%,预计到2023年占比为90%。我国华为海思已于2020年2月推出用于Wi-Fi6无线路由器的凌霄650芯片以及用于Wi-Fi6终端的麒麟650芯片。

Wi-Fi联盟最新数据显示,截至2021年6月,通过Wi-Fi6认证的产品数量为1635款。其中,笔记本产品137款、手机类产品604款、无线路由器748国内外厂商的旗舰机手机都已支持Wi-Fi6。在笔记本电脑方面,Wi-Fi功能早已成为笔记本电脑的标准配置。联想、惠普、戴尔等主流厂商都已推出支持Wi-Fi6的笔记本电脑产品。随着新冠肺炎疫情的发展,越来越多的公司鼓励员工在家办公,因此对家庭网络的要求也随之增高,客观上刺激了WiFi6的发展与推广。

随着物联网的快速发展,越来越多的智能化物联网设备(如冰箱、空调、洗衣机、音箱、摄像头、灯具等)开始支持Wi-Fi功能。StrategyAnalytics研究分析,2019年全球有近50亿个家用Wi-Fi设备正在使用,全球Wi-Fi智能家居设备在2023年将达到170亿个,类似的物联网设备将成为Wi-Fi设备的主要增长点。目前,Wi-Fi6在物联网领域的应用还不多,但随着WiFi6产品的日益成熟和成本的不断降低,其在物联网领域的渗透率将逐步增加。

3.Wi-Fi6两大主要应用场景

Wi-Fi6的应用场景在Wi-Fi5的基础上进一步扩展,除了原有的家庭、企业等室内环境以外,还考虑了此类环境中高密度的使用情况,同时聚焦于体育场、校园等室外接入点和终端设备高度密集的复杂环境,以及对吞吐量要求较高的应用场景。Wi-Fi6场景服务对象也由个人应用扩展至公众接入,以及对蜂窝网的分流,同时还涉及远程医疗、场馆活动视频和车载娱乐等对吞吐量要求较高的应用领域。

总的来看,参考IEEE设计的Wi-Fi6应用场景主要包括两大类:高密集场景和高吞吐场景。其中,高密集场景又进一步细分为室外高密度AP(AccessPoint,接入点)和终端场景、室内高密度AP和终端场景、高密度AP与中低密度终端场景、室内高密度终端场景。

Wi-Fi6的业务应用与前几代Wi-Fi基本相同,仍以部署简单灵活、组网成本低廉、结构变更简单的业务为主。目前的主要业务仍为家用互联网宽带接入、企业接入和场馆等热点区域接入。在家庭中用户可以自行通过购买WiFi路由器构建网络,避免了布置网线的烦恼。Wi-Fi6的高性能也能够为企业提供优质的网络服务,企业能够通过Wi-Fi6迅速搭建自有网络,并且流量可以不经过运营商。另外,Wi-Fi6还能够提供热点地区的网络服务。在人群密集地区(如在公园、体育场、飞机场、火车站)布设热点,提供上网服务。

点评

我们认为:

1.Wi-Fi6是第六代Wi-Fi,其标准吸纳了大量5G关键技术

Wi-Fi诞生20年来,其名字802.11X一直比较拗口,难于传播。2018年10月,Wi-Fi联盟为了更好的推广Wi-Fi技术,参考通讯技术命名方式(如4G、5G等),重新命名Wi-Fi标准,其中802.11ax被命名为Wi-Fi6,802.11ac被命名为Wi-Fi5,802.11n被命名为WI-FI4。Wi-Fi6是第六代Wi-Fi,其标准吸纳了大量5G关键技术,如OFDMA、MUMIMO、1024QAM等。除了提供更高的速度和更大的容量、更低的延迟以及更加精细化的流量管理以外,还拥有更高的频谱效率、更大的覆盖范围、更节能的接入终端功耗需求、更高的可靠性和安全性,以及对流量消耗型和时延敏感型应用的接入能力,它将大幅扩展Wi-Fi网络的应用范围和场景,从企业办公网络扩展到企业生产网络。

Wi-Fi6与Wi-Fi5相比,网络带宽提升4倍,并发用户数提升4倍,网络时延从平均30ms降低至20ms。网络带宽在160MHz频宽8条流的情况下,带宽理论值为9.6Gbps。

2020年ROG发布了一款高端电竞路由器,配备了2.5Gbps的LAN口以及功率放大器,使其三频并发速率达到了11000Mbps,这款路由器还是业界支持WiFi6E标准的路由器产品。Wi-Fi6E中多出的E,代表的是“Extended”扩展的意思。在原先2.4Ghz和5Ghz的频段外又新增了一个全新的6GHz频段。其较于Wi-Fi6的优势在于多频段下可以合理分配网络资源,让每个设备获得合理的网络资源,避免设备之间互相争抢网络带宽资源,导致家用网络出现卡顿和高延迟的情况。Wi-Fi6E下不仅提高了带宽容量,MU-MIMO、OFDMA能够实现多设备的连接的应对,让网络同时承载更多的设备的连接,在公共场合下满足用户设备连接需求。

从今年开始Wi-Fi6和Wi-Fi6E相关产品会大量上市。

2.Wi-Fi6与5G应用场景有所差别,各有优劣

Wi-Fi6的优势在于其拥有主流的企业无线方案,在频谱、终端生态、网络成本、部署简单灵活性、管理要求上更胜一筹。劣势是大规模室外覆盖能力弱,无法满足超低时延(<10ms)要求。5G较于Wi-Fi6的优势在于其是领先无线技术的代表,在MIMO、业务延时、移动漫游、室外覆盖等方面领先WiFi6。而劣势是室内覆盖成本高,终端兼容性弱、必须有运营商参与、网络结构变更困难。

在应用场景方面,Wi-Fi主要应用在可以快速的建立企业自有网络,可以快速根据业务变更构建需要的网络结构、满足企业定制化需求的场景。例如:企业办公、学校学生上网等。Wi-Fi6除了满足传统Wi-Fi的场景外,还可以用于企业VR/AR/4K应用、仓储物流AGV、商超工厂资产管理的IoT等场景。而5G主要以公网为主,应用在对漫游、时延有极高要求的场景,例如自动驾驶、无人机、城市覆盖实现个人网络访问、工厂超低时延(<10ms)要求的场景。

随着5G时代的来临,万物互联时代开启,人们对“高带宽、低时延、泛联接”的移动网络要求越来越高。Wi-Fi6与5G凭借各自的技术优势,将成为新时代的关键联接技术,各有分工,一个主室内,一个主室外,使用场景互为补充。

投资建议

我们认为随着5G时代的来临,Wi-Fi还将继续向前发展,Wi-Fi6与5G凭借各自的技术优势,将成为新时代的关键联接技术。今年,Wi-Fi6等各项产品也会陆续上市。因此我们对的Wi-Fi6发展持看好态度,推荐相关标的:博通集成、乐鑫科技、全志科技、中颖电子和平治信息等。

风险提示:市场变动风险;技术研发不及预期风险;原材料价格波动风险等。款、平板电脑21款。

Wi-Fi网络设备主要是家用和企业无线路由器。目前,国内外主流无线路由器厂商都已经发布了Wi-Fi6产品。国外厂商主要包括Cisco、HewlettPackard Enterprise、Buffalo、Ruckus、Extreme Networks。国内厂商主要包括华为、中兴、新华三、TP-LINK、小米、华硕、水星等。中国市场Wi-Fi6家用产

理工酷提示:

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