說到這裡為什麼手機基地台連線都會秀2G, 3G, 4G, 5G的符號，但是WiFi就只會秀強度，如果改成一樣的邏輯這樣使用者就會"ㄟ 這家咖啡廳的WiFi是WiFi 2而已，我們去對面的腥芭嗑KOFFEE那是WiFi 6喔"。
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| https://wifinowglobal.com/news-and-blog/wi-fi-6-wi-fi-alliance-adopts-new-names-icons-for-wi-fi-technology-generations/ |
前陣子看到Huawei發佈新的無線路由器Huawei WiFi AX3[3]，幾年前Apple 其實也推出AIRPORT路由器的產品，但出了幾代後就停掉這個產品線了，可能找不到路由器在Apple iOS這生態鏈中能夠扮演的角色吧，但反而這幾年Google，小米與華為都有出對應的產品來補充自己的生態鏈。
Google推出的時候強調WIFI MESH還有那無印風的外型，小米就是什麼賣的學人精並結合自己的平台與每個網路設備串聯，但華為我就比較不清楚了，台灣沒再賣而且就算有無線路由器的廠商這麼多，它有什麼特別的地方?
160MHz頻寬還什麼特別好提的，因為這是WIFI 6 (802.11AX)就有制定的標準，而且其他家也都有支援。
6dB PSD Gain? Huawei WIFI 6+ 2MH narrow bandwidth.
但讓我注意到的是發表會讓特別強調6dB PSD Gain, 可以多穿兩道牆，從Huawei官方網站上面可以看到以下的描述。
"HUAWEI Wi-Fi 6-enabled phones are able to send 6dB stronger signals back to AX3 in stable, 2 MHz narrow bandwidth using Dynamic Narrow Bandwidth technology, which is based on Chipset Synergy."
WIFI目前常見的頻寬是20MHz為單位，後續802.11n, 802.11ac到現在的802.11ax有40MHz, 80MHz到160MHz等頻寬的發展。
愈寬的頻寬(Wide Bandwidth)代表能傳送越多的資料(這應該很容易理解吧)，但反過來越窄的頻寬(Narrow Bandwidth)能夠.......
WIFI 6是什麼?
WIFI 6 在更名之前就是802.11ax, 對應上一代802.11ac 2013年制定也大概花了7年還沒讓一般人覺得家裡的分享器需要更換的感覺，我覺得一般人覺得不需要更換也是很正常，2013年中華電信光世代還在6M的年代，即使現在2020年也才60M-100M的速度，所以不要說要升級WIFI 5 (802.11ac)了，沒壞根本不會想換。
以上這個狀況即使是2020年還是一樣，光纖對外都沒這麼快100M，買個號稱可以衝到1000M或更快的無線路由器要做什麼? 現在有個萬物聯網的名詞IoT，每個東西都要聯上網路，掃地機器人、冰箱、空調設備、智慧音箱等等，因為本身WIFI的架構在多使用者的情況下效率會不好，還有現在有很多鏡像的需求，例如手機直接投影到比較大的螢幕，如果顯示器設備只需要插電不需要再拉網路線，對整個使用體驗會大大的提升(ex APPLE Airplay)，這個就會需要比較大的頻寬來支援。
WIFI 6的誕生我個人覺得以技術層面進步很多，有很多4G LTE/5G的影子，誰參考誰就不重要了，因為有時候有技術不代表會流行，WIFI 5 and WIFI 6比較明顯的差異就是從256QAM演進到1024QAM，但然還有很多其他技術可以參考[4][5]，但以一般使用者來說比較明顯的就這個，其他的，其它的技術反而是為了補足行動網路在室內頻寬的延伸，例如一樣用中華電信可以從室外走到台北火車站地下街改用WIFI，但如果每個人都用WIFI效率會變很差，WIFI原本的設計就沒有預期要讓這麼多台設備上線。
非標準協定Non-Standard Chipset Synergy
在Huawei的文宣中有提到based on Chipset Synergy，講白一點就是走非標準規格Non-Standard 傳輸協定，這個並不是特別難的事情，因為WiFi IEEE or Bluetooth SIG的協會的成員都是一些大咖的廠商會員，目的是制定一個通用介面讓整塊市場做大，但其實大廠都是各懷鬼胎，我能夠自己的賣的幹馬跟你合作，比方說日本廠商SONY早期都是走自家規格，這是因為SONY早期的生態鏈夠大可以自成一格，但其他要進到同一個市場的廠商單打獨鬥打不過那我聯合起來，現在還有整個本事的檯面上應該剩下APPLE吧!
WIFI 5 802.11ac 標準是沒有5GHz只有支援到256QAM，而且也沒有定義最常使用的2.4GHz頻道還是維持在原本的64QAM，不支援1024QAM還可以理解，可能考量到有些廠商的製作能力還沒辦法支援到1024QAM，這樣會排擠到一些技術相對落後的廠商(我猜啦)，但是如果不理會IEEE Standard，如果裝置兩邊都是自己的設備，技術能力都到的話，是可以自己開啟的，例如Brodcom NitroQAM，因為市佔率高如果筆電網卡與無線路由器都是Broadcom的晶片就可以預先享受256QAM與1024QAM的速度提升。
另外一個是目前最夯的TWS真無線藍芽耳機，因為標準的Bluetooth方案延遲Latency實在太嚴重[7]，為了解決這個問題QUALCOMM自己推出一個TWS+，當然後面的HUAWEI與MTK也都有推薦類似的方案，但這個其實也是類似的概念，就是兩邊都是我的晶片(Chipset Synergy)，沒有要考量到與其他人兼容的情況下，能夠發揮的空間就相對多。
在數位訊號可以常看到以下的Eb/No的圖表，X軸是Eb/No就是SNR訊號雜訊比的概念，不同顏色代表不同的調變方式，因為數位訊號看的是BER (bit error rate)，在固定的BER%下，可以觀察到BPSK的Eb/No需要8dB，但是8PSK就需要12dB，在相同頻寬下，越複雜的調變需要比較高的訊號。
下圖是 WIFI接收機的規格，從規格制定上可以觀察到如果是固定頻寬(20 MHz BW)，當調變Modulation Scheme變複雜的時候，這裡我們假設雜訊(N)是固定的變量，最低接收訊號是往上提升，也就是需要更大的S (signal)來維持相同的接收品質(BER)，這個上圖Eb/No是一樣的意思。
所以當發射端ex手機與路由器都位置固定後，可以把天線的設計包含Beamforming都算到路徑衰減IL這個因子中，我們假設發射機語接收機都是完美理想的，雜訊貢獻都來自熱雜訊，因為熱雜訊有一個特徵，就是在頻譜上的PSD (Power Spectral Density)頻率響應是一樣的，也就是說在相同環境下無論什麼頻率看到的PSD大小會相同如下圖畫的會是平的，單然電路設計不好就會有額外的雜訊加進來，那就是另外一個故事了。
一開始發射端的訊號本身會有訊雜比SNRt，訊號經過路徑衰減到路由器端會降到SNRr，從下圖可以可以得知SNRr = SNRt - IL，接收端的訊號雜訊比SNRr會下降IL，所以當訊號降低SNRr小於調變系統的規格後，接收機就無法還原傳輸的資料，也就是會造成斷線的問題。
SNRr= SNRt - IL
就是要降低IL，所以方法有
1. 使用高增益的天線，天線增加增加Ge也就是代表 IL會將低Ge dB，上拍賣網站搜尋穿牆王就會找到一推5dBi, 9dBi天線看起來超大一根的路由器。
2. 增加發射功率Pt，這個很直觀吧，這個在很多品牌在還可以偷開使用者調整功率大小。
3. 靠近天線路由器，Friis Formula跟射頻訊號的衰減與距離的平方成反比，所以收不到訊號就把路由器擺進一點，現在出的中繼或WIFI MESH [8]都是一樣的意思。
其實方法1跟2都是一樣的意思，而且第二點有提到是偷偷來是因為每個國家對無線電都有一定的規範，如果每個人都一直把功率拉高，就像地下電台一下，會干擾到其他無線電頻道，一般常見的認證標準EIRP 200mW以內。
這樣會有什麼好處? 從下圖可以看到訊號的 SNR變高了，這時候你可能會覺得奇怪，總功率S沒有改變阿，SNR怎麼會變高呢?
在看SNR的時後 SNR = S/N 後面還要定義per BW，常見的室溫背景雜訊為-174dBm per Hz，如果訊號本身有頻寬SNR的對應關係也就會有頻寬的因子，因為熱雜訊大小與頻率無關，所以我們可以很簡單的計算Noise = -174dBm + 10log(BW) per BW。
所以並不是SNR變低，S沒變當然就是N變大了，因為頻寬的關係，但為什麼Huawei的文稿中寫6dB不是10dB呢? 既然是Non-Standard當然功率大小隨便他控制了，但我想即使是非標準也是要遵守各國的電磁波發射規定所致。
其實頻寬Bandwidth寬Wide或窄Narrow是相對的概念，我們從下圖的Throughput來觀察當訊號頻寬從160MHz BPSK的傳輸可達65Mbit/s (400 ns GI條件下)，這時候接收機的最低功率要求為-73dBm，當你走到房間裡面訊號變弱到-82dBm的時候，頻寬可以從160MHz降低到20MHz，PSD增加了9dB，但是頻寬降低相對的Throughput也會隨著降低。所以當你訊號不好的時候其實路由器會切會到最遠古的802.11a 6Mbit/s來與設備溝通。
所以訊號要穿牆我們再複習一下
1. 功率打大
1.1 增加輸出功率 (功率放大器)
1.2 增加天線增益 (可以打死人的天線)
2. 降低傳輸量
2.1 降低頻寬，增加PSD
2.2 降低調變複雜度，QAM數減少
WIFI 5 802.11ac 標準是沒有5GHz只有支援到256QAM，而且也沒有定義最常使用的2.4GHz頻道還是維持在原本的64QAM，不支援1024QAM還可以理解，可能考量到有些廠商的製作能力還沒辦法支援到1024QAM，這樣會排擠到一些技術相對落後的廠商(我猜啦)，但是如果不理會IEEE Standard，如果裝置兩邊都是自己的設備，技術能力都到的話，是可以自己開啟的，例如Brodcom NitroQAM，因為市佔率高如果筆電網卡與無線路由器都是Broadcom的晶片就可以預先享受256QAM與1024QAM的速度提升。
另外一個是目前最夯的TWS真無線藍芽耳機，因為標準的Bluetooth方案延遲Latency實在太嚴重[7]，為了解決這個問題QUALCOMM自己推出一個TWS+，當然後面的HUAWEI與MTK也都有推薦類似的方案，但這個其實也是類似的概念，就是兩邊都是我的晶片(Chipset Synergy)，沒有要考量到與其他人兼容的情況下，能夠發揮的空間就相對多。
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| https://www.qualcomm.com/products/features/truewireless |
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| https://www.qualcomm.com/products/features/truewireless |
Bandwidth vs Transmission Distance
射頻訊號能夠傳多遠要觀察的不是發射端Transmitter而是要看接收端Receiver能不能夠收到訊號，就像兩個人在講話，一個人講的話再大聲接收端聽不懂或沒聽到都不算，有可能對方阿嬤只聽得懂台語你一直講國語愈講愈大聲阿嬤只會回你"蛤"。在數位訊號可以常看到以下的Eb/No的圖表，X軸是Eb/No就是SNR訊號雜訊比的概念，不同顏色代表不同的調變方式，因為數位訊號看的是BER (bit error rate)，在固定的BER%下，可以觀察到BPSK的Eb/No需要8dB，但是8PSK就需要12dB，在相同頻寬下，越複雜的調變需要比較高的訊號。
下圖是 WIFI接收機的規格，從規格制定上可以觀察到如果是固定頻寬(20 MHz BW)，當調變Modulation Scheme變複雜的時候，這裡我們假設雜訊(N)是固定的變量，最低接收訊號是往上提升，也就是需要更大的S (signal)來維持相同的接收品質(BER)，這個上圖Eb/No是一樣的意思。
所以當發射端ex手機與路由器都位置固定後，可以把天線的設計包含Beamforming都算到路徑衰減IL這個因子中，我們假設發射機語接收機都是完美理想的，雜訊貢獻都來自熱雜訊，因為熱雜訊有一個特徵，就是在頻譜上的PSD (Power Spectral Density)頻率響應是一樣的，也就是說在相同環境下無論什麼頻率看到的PSD大小會相同如下圖畫的會是平的，單然電路設計不好就會有額外的雜訊加進來，那就是另外一個故事了。
一開始發射端的訊號本身會有訊雜比SNRt，訊號經過路徑衰減到路由器端會降到SNRr，從下圖可以可以得知SNRr = SNRt - IL，接收端的訊號雜訊比SNRr會下降IL，所以當訊號降低SNRr小於調變系統的規格後，接收機就無法還原傳輸的資料，也就是會造成斷線的問題。
Improve SNR methods
所以當你收不到訊號的時候就要想辦法改善提升SNRr，所以從式子SNRr= SNRt - IL
就是要降低IL，所以方法有
1. 使用高增益的天線，天線增加增加Ge也就是代表 IL會將低Ge dB，上拍賣網站搜尋穿牆王就會找到一推5dBi, 9dBi天線看起來超大一根的路由器。
2. 增加發射功率Pt，這個很直觀吧，這個在很多品牌在還可以偷開使用者調整功率大小。
3. 靠近天線路由器，Friis Formula跟射頻訊號的衰減與距離的平方成反比，所以收不到訊號就把路由器擺進一點，現在出的中繼或WIFI MESH [8]都是一樣的意思。
PSD vs Fixed Power
PSD Power Spectral Density我們假設200mW也就是23dBm的功率輸出，在輸出總功率不變的情況下，頻寬從20 MHz變成40 MHz PSD會下降，這也是當然的因為功率要守恆阿，相反當頻寬變窄的時候，如果還是維持相同的輸出功率PSD則會上升，差距與頻寬成反比。這樣會有什麼好處? 從下圖可以看到訊號的 SNR變高了，這時候你可能會覺得奇怪，總功率S沒有改變阿，SNR怎麼會變高呢?
在看SNR的時後 SNR = S/N 後面還要定義per BW，常見的室溫背景雜訊為-174dBm per Hz，如果訊號本身有頻寬SNR的對應關係也就會有頻寬的因子，因為熱雜訊大小與頻率無關，所以我們可以很簡單的計算Noise = -174dBm + 10log(BW) per BW。
所以並不是SNR變低，S沒變當然就是N變大了，因為頻寬的關係，但為什麼Huawei的文稿中寫6dB不是10dB呢? 既然是Non-Standard當然功率大小隨便他控制了，但我想即使是非標準也是要遵守各國的電磁波發射規定所致。
Bandwidth vs Throughput
從上面的看起來降低了Bandwidth改善了SNR，因此增加了傳輸距離是很合理，但事情有這麼美好嗎?其實頻寬Bandwidth寬Wide或窄Narrow是相對的概念，我們從下圖的Throughput來觀察當訊號頻寬從160MHz BPSK的傳輸可達65Mbit/s (400 ns GI條件下)，這時候接收機的最低功率要求為-73dBm，當你走到房間裡面訊號變弱到-82dBm的時候，頻寬可以從160MHz降低到20MHz，PSD增加了9dB，但是頻寬降低相對的Throughput也會隨著降低。所以當你訊號不好的時候其實路由器會切會到最遠古的802.11a 6Mbit/s來與設備溝通。
結論與心得
Huawei這次的WIFI 6+實際上使用有多好的體驗我是不知道，因為這要整套都是華為的設備手機或筆電還有買不太到的路由器，但理論上的確是合理的，雖然Throughput降低但為了獲得穩定的連線狀態還是有優勢，也算不上什麼黑科技，比較像是整個生態鏈的優勢，因為要主導前提要有夠大現在檯面上能玩的說實在我想只有Apple, Samsung、Huawei還有小米。所以訊號要穿牆我們再複習一下
1. 功率打大
1.1 增加輸出功率 (功率放大器)
1.2 增加天線增益 (可以打死人的天線)
2. 降低傳輸量
2.1 降低頻寬，增加PSD
2.2 降低調變複雜度，QAM數減少
Reference 參考文獻
[1]APPLE官網 iPhone 上的狀態圖像和符號
[4] NATIONAL INSTRUMENTS 802.11ax 高效率無線標準簡介
[5] QORVO Wi-Fi 6 (802.11ax): 5 Things to Know
[6] Broadcom NitroQAM
[7] TWS True Wireless Stereo 不只是聽音樂，天下武功為快不破Latency一決高下，iPhone/iOS 系統上誰能挑戰Airpods? 拳拳到肉PK實測
[8] ZYXEL MULTY X WIFI MESH 開箱 使用心得
[7] TWS True Wireless Stereo 不只是聽音樂，天下武功為快不破Latency一決高下，iPhone/iOS 系統上誰能挑戰Airpods? 拳拳到肉PK實測
[8] ZYXEL MULTY X WIFI MESH 開箱 使用心得
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