室内高质量无线网络技术：Wi-Fi6.pdf

本报告的信息均来自已公开信息，关于信息的准确性与完整性， 建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。 请务必阅读末页声明。 通信行业 推荐 （ 维持 ） 新三板 TMT 行业专题系列报告之 九 ： 风险评级：中 高 风险 室内 高质量 无线网络 技术 Wi-Fi 6 2020 年 11 月 27 日 分析师：陈伟光 SAC 执业证书编号： S0340520060001 电话： 0769-22110619 邮箱：chenweiguangdgzq 研究助理：刘梦麟 SAC 执业证书编号： S0340119070035 电话： 0769-22110619 邮箱： liumenglindgzq Wi-Fi 行业 指数走势 -20%0%20%40%60%80%19-10 19-12 20-02 20-04 20-06 20-08WIFI指数 沪深 300资料来源：东莞证券研究所， Wind 相关报告 投资要点： Wi-Fi标准持续进化， Wi-Fi 6 成新一代无线局域网技术。 Wi-Fi是符合 IEEE 802.11系列的无线网络规范，具有相互兼容性的通信技术。 Wi-Fi技术经过多年的发展已经实现第六代技术，最新一代协议 IEEE 802.11 ax称为 Wi-Fi 6。 Wi-Fi 6使用了 OFDMA、 MU-MIMO、 Target Wakeup Time等多项技术，具备降低时延，提升网络承载力，降低功耗的能力。 5G与 Wi-Fi 6协 同 发展。 5G通信和 Wi-Fi 6相较于各自前一代标准在性能上均有较大程度提升，两者均能实现高密度无线接入和高容量无线业务。但由于构建框架不同，使得两者能适应不同使用场景，其中， 5G通信室外空间具有优势且能对高速移动终端提供通信支持，而 Wi-Fi 6能在室内为物联网提供较为经济的网络服务。所以，两者均能为物联网服务提供相应网络支持，但在侧重上有所不同，两者将协同发展。 高质量网络连接与物联网发展驱动 Wi-Fi 6 需求。 从相关业务发生场景来看，超高清视频、 VR等应用更多的是在室内场景中发生。 而 Wi-Fi作为室 内传输的主 要载体，在相关业务需求上升后将增大网络负载。 Wi-Fi 6作为新一代标准，由于其能满足超高清视频和 VR等应用需求，在终端渗透率持续提升的情况下，将有利于相关标准普及。为了满足这些物联网运营需求，预计 Wi-Fi 6及其物联网功能（例如低功耗和确定性）将加速这种采用。根据思科数据显示， Wi-Fi已经是物联网第三大连接方式，预计到 2021年，通过 Wi-Fi连接的物联网设备有望达到 120亿个。 Wi-Fi 6市场前景广阔，产业上下均有布局 。 到 2023年，全球将有近 6.28亿个公共 Wi-Fi热点， 高于 2018年的 1.69亿个热点，增长了 4倍。 IDC预计在 2020年， Wi-Fi 6在中国市场的规模就将接近 2亿美元，到 2023年中国 Wi-Fi 6 市场规模将达到 10亿美元。终端方面，目前手机旗舰机型已经支持 Wi-Fi 6；路由器方面，海外巨头占据优势地位，国内厂商正在奋起直追，并且已经发布了 Wi-Fi 6相关路由器产品。 投资建议： 维持 对 Wi-Fi 6产业 推荐评级。 建议关注 盛华德 （ 831650.OC） 、健博通 （ 831958.OC） 、 大乘科技 （ 832256.OC） 、 维力谷 （ 835004.OC）等 相 关公司。 风险提 示： 宏观经济波动影响下游产品需求；技术研发不及预期，产品市场推广不及预期；海外疫情蔓延，影响相关元器件进口，以及产品出口。 深度研究 行业研究 证券研究报告 物联网系列报告一 2 请务必阅读末页声明。 目 录 一、 Wi-Fi 6 实现创新和优化 . 4 1.1 正交频分多址（ OFDMA） . 4 1.2 多用户多输入多输出（ MU-MIMO） . 5 1.3 目标唤醒时间（ Target Wakeup Time） . 7 二、 5G 与 Wi-Fi 6 协同发展 . 7 2.1 Wi-Fi 与移动网络之争 . 7 2.2 Wi-Fi 6 与 5G 协同发展 . 9 三、高质量网络连接与物联网发展驱动 Wi-Fi 6 需求 .11 3.1 高质量网络连接需求凸显 .11 3.2 物联网需求逐步放量 . 12 3.2.1 Wi-Fi 6 实现智能工业生产场景 . 13 3.2.2 Wi-Fi 6 成为智能家居网络纽带 . 14 四、 Wi-Fi 6 市场快速扩张，产业上下均有布局 . 16 4.1 Wi-Fi 6 市场规模快速扩张 . 16 4.2 Wi-Fi 接收终端：手机旗舰全线覆盖，平板电脑紧跟其后 . 16 4.2.1 手机旗舰产品广泛支持 Wi-Fi 6 . 16 4.2.2 平板设备紧跟其后 . 18 4.3 路由设备：国产品牌奋起直追，拆分关键领域发展趋势 . 19 4.3.1 海外巨头优势明显，国产品牌奋起直追 . 19 4.3.2 Wi-Fi 设备重点 器件拆分，把握发展趋势 . 20 五、投资建议 . 22 六、风险提示 . 22 插图目录 图 1：各代 Wi-Fi 性能对比 . 4 图 2： OFDM 和 OFDMA 对比 . 5 图 3： SU-MIMO 与 MI-MIMO（ 4*4）对比 . 5 图 4： SU-MIMO 与 MI-MIMO 吞吐量差异 . 5 图 5： 8X8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序 . 6 图 6：多用户模式上行调度顺序 . 6 图 7： TWS 技术展示 . 7 图 8：移动网民手机不同网络环境渗透率 . 8 图 9：我国 2019 年固定互联网宽带各接入速率用户占比情况 . 8 图 10：我国 2019 年互联网宽 带接入端口占比情况 . 8 图 11： 5G 和 Wi-Fi 6 使用场景 . 10 图 12： Cloud VR 体验关键因素与网络的关系 .11 图 13：物联网趋势 . 13 图 14：工厂内对使用 Wi-Fi 6 进行试验 . 14 图 15：拥有 “ 智能系统 ” 的家庭全球总计 . 14 图 16： 2015-2023 年中国智能家居市场规模统计及预测 . 14 图 17：全球公共 Wi-Fi 热点增长 . 16 图 18： 2014-2023 年中国网络无线市场规模预测 . 16 图 19： 2020 年 Q2 平板电脑出货量 . 18 图 20： 2018 年运营商路由器市场份额 . 19 物联网系列报告一 3 请务必阅读末页声明。 图 21： 2019Q1-2020Q1 企业级路由器市场份额 . 19 图 22： 2019 年中国无线路由器市场品牌受关注情况 . 20 图 23：全球 Wi-Fi 芯片市场规模 . 20 图 24： 2019-2023 年支持 Wi-Fi6 芯片出货量占比 . 20 表 格 目录 表 1： Wi-Fi-4 Wi-Fi-6 的各项规格对比 . 4 表 2： OFDMA 与 MU-MIMO 技术对比 . 6 表 3： 5G 与 Wi-Fi6 对比 . 9 表 4： Cloud VR 不同发展阶段对网络 KPI 的要求 . 12 表 5：部分支持 Wi-Fi 6 手机 WLAN 功能 . 17 表 6：部分支持 Wi-Fi 6 功能的 平板电脑 . 18 表 7：部分 Wi-Fi6 芯片供应商及其产品 . 21 物联网系列报告一 4 请务必阅读末页声明。 一、 Wi-Fi 6 实现创新和优化 Wi-Fi 6 在 性能实现较大幅度提升。 随着视频会议、移动教学等应用场景日渐增加，使用网络的终端设备数量也在持续攀升，日益增加的终端设备将影响网络效率。目前，Wi-Fi6 引入上行 MU-MIMO、 OFDMA 正交 频分多址接入、 1024-QAM 高阶调制等技术，将从频谱资源利用、多用户接入等方面解决网络容量和传输效率问题。目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi5 提高至少 4 倍，并发用户数提升 3 倍以 上。 表 1： Wi-Fi-4 Wi-Fi-6 的各项规格对比 Wi-Fi 4 Wi-Fi 5 Wi-Fi 6 协议 802.11n 802.11ac 802.11ax Wave 1 Wave 2 工作频段 2.4/5GHz 5 GHz 2.4/5GHz 最大频宽 40MHz 80MHz 160MHz 160MHz 最高调制 64QAM 256QAM 1024QAM 单流带宽 150Mbps 433Mbps 867Mbps 1201Mbps 最大空间流 4X4 8X8 8X8 MU-MIMO N/A N/A 下行 上行 /下行 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研 究所 图 1：各代 Wi-Fi 性能对比 资料来源：华为 Wi-Fi 6 技术白皮书，东莞证券研究所 1.1 正交频分多址（ OFDMA） 从 OFDM 向 OFDMA 转变。 在 Wi-Fi6 之前，数据传输是使用 OFDM 模式进行传输。在这种模式下，在一个时间片段中，单个用户将占据所有子载波，并发送一个完整的数据包。这种传输模式虽然能满足单个用户的使用需求，但在数据包较小的情况下，单个用户并物联网系列报告一 5 请务必阅读末页声明。 不需求使用所有子载波。所以，这种传输模式在一定程度上将造成网络资源浪费，且在多用 户的情况下将会增加其他用户等待时间。为改善用户网络体验， OFDMA被引入 Wi-Fi6协议中。 OFDMA 通过将子载波分配给不同用户并在 OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。此外，在 Wi-Fi6 协议中 ，最小子信道“资源单位”（ RU）至少包含 26 个子载波，由于用户数据通过子载波承载在 RU上，所以在每一个时间片上，可实现多个用户同时进行传输。 图 2： OFDM 和 OFDMA 对比 资料来源：思科，东莞证券研究所 OFDMA 传输模式能更好适应小数据包使用场 景。 由于在实际传输过程中存在部分节点信道状态不佳的情况，若无法进行有效调节则存在数据丢失的可能。但这种现象在 Wi-Fi6中能得到有效缓解，由于 OFDMA 传输模式中 RU 为最小子信道且 Wi-Fi6 可 根据信道质量来分配 发送功率，所以其能实现使用最优 RU 资源进行传输。对于用户而言，在使用中对于带宽的需求不尽相同；在 OFMDA 模式下，单个客户可使用一组或多组 RU 从而满足对带宽需求。而在多用户场景中，由于 OFDMA 传输中能实现多 个用户共享信道，与 OFDM相比，在时延上将得到有效改善。 OFDMA 传输模式能满足用户的不同需 求，其在小数据包的传输效率更高、效果更好。 1.2 多用户多输入多输出（ MU-MIMO） MIMO 技术提升数据吞吐量。 MIMO 技术包含空间分集和空间复用。其中空间复用能在不改变信道带宽的前提下，同 时传输单个用户的多 个数据或者多个用户的数据。在 MIMO技术中，可分为单用户 MIMO(SU-MIMO)和多用户 MIMO(MU-MIMO)。 SU-MIMO 在传输过程中AP 只能与一个用户通信，这种通信方式能增加单用户的吞吐量。 MU-MIMO 与 SU-MIMO 相比，能与多个终端同时进行传输。由于 MU-MIMO 技术能实现 AP 与多个终端并发传输，所以同一时间的数据吞吐量得到提升。在 802.11ac Wave2 标准中，其所引入 MIMO 技术只支持数据下行且最多只能同时给 4 个用户传输数据，对于用户的上行数据仍然采用一个一个发送 的方式，不能并发。 但在 Wi-Fi6 中，这种技术得到更为充分利用。 图 3： SU-MIMO 与 MI-MIMO（ 4*4）对比 图 4： SU-MIMO 与 MI-MIMO 吞吐量差异 物联网系列报告一 6 请务必阅读末页声明。 数据来源：华为、东莞证券研究所 数据来源：华为 、东莞证券研究所 Wi-Fi6 使用完整 MU-MIMO 技术。 在数据下行端，在 802.11ac 协议中，部分版本已支持DL 4X4 MU-MIMO；而在 Wi-Fi6 中， DL MU-MIMO 得到进一步提升 ，其已支持 8X8 传 输模式。而在数据上行端，在之前协议中仅支持 UL SU-MIMO， Wi-Fi6 则首次将 UL MU-MIMO引入，实现在多用户的情况下使用相同的信道资源在多个空 间流上传输数据。所以，在Wi-Fi6 中引入 DL MU-MIMO 后，在协议中已支持 DL/UL MU-MIMO 技术。 Wi-Fi6 在 MU-MIMO技术加持下，在多用户数据传输环境中性能将得到提升。 小结： 在 Wi-Fi6 标准下， OFDMA 与 MU-MIMO 协同发展。 从技术角度而言， OFDMA 支持多用户通过细分信道（子信道）来提高并发效率， MU-MIMO 支持多用户 通过使用不同的空间流来提高吞吐量。在 Wi-Fi6 协议中，这两种技术可以同时使用，基于不同的技术协同 发展使得在时延有效减低的同时，实现传输速度提升。在多用户的情况下，用户网络体验得到有效提升。 表 2： OFDMA 与 MU-MIMO 技术对比 OFDMA MU-MOMO 提升效率 提升容量 降低时延 单用户速率更高 最适合低带宽应用 最适合高带宽应用 最适合小包报文传输 最适合大宝报文传输 资料来源：华为，东莞证券研究所 图 5： 8X8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序 图 6：多用户模式上行调度顺序 物联网系列报告一 7 请务必阅读末页声明。 数据来源：华为、东莞证券研究所 数据来源：华为、东莞证券研究所 1.3 目标唤醒时间（ Target Wakeup Time） TWT 技术能使 得终端拥有更长续航能力。 随着科技的发展，越来越多的电子设备加入到无线网络中。在消费端，家庭无线网络中除手机、笔记本等电子设备外，还有存在大量智能家居设备。而这些设备大多使用电池供电，若长时间处于活跃状态 且并非处于工作状态 ，则出现电能浪费的问题。而 Wi-Fi6 引入 TWT 技术，该技术允许设备协商被唤醒时间 ,在不进行数据传输时进入休眠状态。此技术能有效减少电池消耗，从而达到更长待机时长。 图 7： TWS 技术展示 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 总结： 在性 能提升方面，除上述所提及的技术外，在 Wi-Fi6 中还引入了更高的调节技术和 BSS Coloring 着色机制等。在相关技术的加持下，通过特定技术使得终端与 AP 之间通信更为通畅，在提升网络承载能力的同时，降 低了时延。在消费端 ，智能家居设备渗透率不断提升，对于网络承载能力提出了更高要求。随着物联网等推进，无论是消费端还是工业端，联网设备数量将会持续攀升， Wi-Fi 网络将成为无线设备入网选择之一。 二、 5G 与 Wi-Fi 6 协同发展 2.1 Wi-Fi 与移动网络之争 Wi-Fi 网络在使用成本上更具优势。 从 Wi-Fi 6 和 5G 所使用频谱来看， Wi-Fi 网络使用为非授权频谱，在确保他人使用权力受到保障时即可使用相关频谱进行数据传输；但对于移动通信频谱而言，全球大部分国家均采取拍卖的形式进行授权使用，所以 5G 频谱也和其他 移动通信频谱一样， 运营商通过拍卖取得使用权。此外， Wi-Fi 网络是有线网络的延伸，其是更多是建立在固网的基础上。对于消费者而言，这些差异主要体现在使用成本上。消费者在使用移动网络时，是按照其使用量进行缴费。虽然我国消费者不需要承担运营商取 得频谱授权的费用，但其余地区消费者则需要分摊相关费用。而由于Wi-Fi 网 络更多的基于固定网络且能接入数个终端，在固网费用相对固定的情况下，单物联网系列报告一 8 请务必阅读末页声明。 个终端费用会随着接入数量增加而减少。所以，基于两者在使用成本考虑， Wi-Fi 网络将更具备优势。 我国 Wi-Fi 渗透率已达到较高水平，固 网性能提升有助于用 户使用体验。 根据 Quest Mobile 数据显示，在我国移动网民手机中 Wi-Fi 渗透率持续攀升且已接近 90%。对于用户而言，对于 Wi-Fi 网络或已经产生了一定依赖，从而形成使用习惯。而在网络构建方面，根据工信部所发布 2019 年通信业统计公报，截至 12 月底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入 用户总数达 4.49 亿户，全年净增 4190 万户。此外，我国互联网宽带接入端口数量达到 9.16 亿个，比上年末净增 4826 万个。其中，光纤接入（ FTTH/0）端口比上年末净增 6479 万个，达到 8.36 亿个，占 互联网接入端口的比 重由上年末的 88.9%提升至 91.3%；截止 2020 年 6 月底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达 4.65 亿户，同比增长 7%，比上年末净增 1573 万户。其中，光纤接入（ FTTH/O）用户4.34 亿户，占固定互联网宽带接入用户总数的 93.2%。从公布数据来看，我国固网普及程度较高，且 在“铜退光进”等国家政策推动下，光纤渗透率已经达到较高位置。光纤入户将提升网络承载能力，而对于基于固网构建的 Wi-Fi 网络而言，在设备支持的情况下， Wi-Fi 网络性能也将会得到提升，使得用户体验更佳。 图 8：移动网民手机不同网络环境渗透率 资料来源： Quest Mobile，东莞证券研究所 图 9：我国 2019 年固定互联网宽带各接入速率用户占比情况 图 10：我国 2019 年互联网宽带接入端口占比情况 物联网系列报告一 9 请务必阅读末页声明。 数据来源：工信部、东莞证券研究所 数据来源：工信部、东莞证券研究所 总结：对于移动网络将取代 Wi-Fi 的说法，在每一代新移动通信技术推进都会引起热议。目前， 领先国家已经实现 5G 商用， 5G 通信技术在性能上得到了较大提升。但对于 Wi-Fi网络而言，相关技术标准也在持续更新，且通过引进 更多技术提升网络性能为用户提供更佳使用体验。此外，从相关技术迭代周期来看，移动通信技术更新周期约为 10 年，而 Wi-Fi 标准大约每 5 年即进行迭代。在 Wi-Fi 使用费率相对较低，且叠加用户 使用习惯已经形成的情况下， Wi-Fi 网络被取代的可能性较低。 2.2 Wi-Fi 6 与 5G 协同发展 Wi-Fi 6 与 5G 在性能上有所差距，但各具优势。 5G 和 Wi-Fi6 分别为下一代移动无线技术和下一代 Wi-Fi 技术，虽然两 种网络架构不尽相同，但与上一代相比，在性能上都有较大提升。其中， 5G 通信 带宽较 4G 通信得到大幅度提升，理论下行速度达 10 Gb/s。此外， 5G 通信在时延上可以达到毫秒级别，而连接密度上可达到每平方千米可联网设备数量高达 100 万个，无论是时延还是连接密度与 4G 通信相比均提升了 10 倍。所以， 5G三大下游应用场景 eMBB（增强移动宽带）、 uRLLC（高可靠低时延连接）和 mMTC（海量物联）才能得以实现。反观 Wi-Fi 6，根据中国移动所发布的 2019 年智能硬件质量报告 (第二期 )，其选取同品牌 不同标准路由器进行 测试，测试结果显示 Wi-Fi6 路由器在传输速率、时延等方面均有大幅性能提升。而且，随着用户数量的提升变得愈发明显。在 5G 频段，与 Wi-Fi 5 相比，单用户在速率和时延上分别提升 29%和降低 5ms 以上；而在多用户情况下，速率 提升 47%以上。综合来看， Wi-Fi6 最快下行速度为 9.6Gb/s， 网络时延平均降低至 20ms。由于 Wi-Fi 网络和 5G 网络使用不同架构，从而导致在性能上存在差异，但这也导致两者具备不同的优势。 表 3： 5G 与 Wi-Fi6 对比 5G Wi-Fi 6 频率 5G 支持 1 GHz 以下的低频段、 1 GHz 到 6 GHz 的中频段、 24/30 GHz 到 300 GHz 的高频段（也称为毫米波）， 需要授权 （中国版发牌照、国外拍卖） 支持 2.4 GHz 和 5 GHz, Wi-Fi6 频谱无需授权 ，但也正是无需授权，使用者较多，容易造成信号干扰。 速度 支 持高达 10 Gbps 的速率。 根据美国的第一批 5G 用户的实测数据来看，目前 5G 网络手机的下行速度为 400 Mbps-600 Mbps （相当于下载速度 50-60 MB/S）。 支持高达 9.6 Gbps 的速度 （由连接到Wi-Fi 路由器的设备共享 ）。但需要 8 根天线并行才能达到。按照目前智能手机中普遍安装双天线来计算速度，今后家中Wi-Fi6 的峰值速度应该为 2.4 Gb/s（大约 300MB/S 的下载速度） 使用技术 5G 通过支持 大规模 MIMO 技术 （ 5G NR/5G NextGen 无线电）实现提速。大规模 MIMO的 无线电技术采用几十到几百个天线用于传播无线电信号。此外， 5G 支持波束成形， 使无线电设备能够发送集中在一个方向的信号，避免信号丢失和干扰。 通过支持 MU-MIMO 和 OFDMA 实现提速。 物联网系列报告一 10 请务必阅读末页声明。 耗能 节省电池 寿命（ 5G 承诺将能 耗降低到当前消耗的 10%） 通过 TWT 技术 实现功耗降低 使用案例 支持自动驾驶汽车， AR / VR 和物联网等 完整适用于支持智慧家庭、无线高密接入、 VR交互、全物联办公等场景 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 5G 和 Wi-Fi 6 之间适用于不同场景，两者将协同发展 。虽然 5G 和 Wi-Fi6 都能实现高密度无线接入和高容量无线业务，但两者之间的侧重会有所不同。 5G 通信使用 Sub 6 GHz高频部分甚至毫米波进行传输，虽然使用较高频率传输能提高传输量，但也使得电磁波波长较短，信号覆 盖范围较 4G 通信更 小且信号穿透能力下降。所以， 5G 在室外较为空旷的地方会拥有更好的性能。此外，由于 5G 移动网络具有连续覆盖能力，其能为移动中的终端提供服务支持，这是任何短距离通信技术