【moda專欄】Wi-Fi

作者／數位發展部資源管理司 陳威呈、毛胤立、杜偉任

「Wi-Fi」是你我生活不可或缺無線通訊技術，無論在家中、咖啡廳、圖書館、大型賣場、機場或是國外旅遊都會廣泛使用。本文將以頻譜管理的角度，簡要說明 Wi-Fi 的分類以及國內發展現況。

無線通訊是什麼？

在開始說明前，請回想一下，小時候你可能曾用線繩將兩個紙杯串起來，做成一個簡易的電話。透過線繩的傳遞，你可以像使用市內電話一樣，聽到另一端紙杯中傳來的聲音。那麼，如果將線繩剪斷會發生什麼呢？現在，讓我們轉換一下情境：在一個音樂教室裡，你把一組相同大小的音叉放在可以互相傳遞聲音的範圍內，但不讓它們接觸。當你敲擊其中一個音叉時，你會發現另一個音叉也跟著振動了，這是因為聲波的振動使得它們共振了！

這就像無線通訊一樣——即使手機沒有線繩連接，仍然可以進行通訊。

如果我們在同一個傳遞範圍內放置一組更大的音叉，它們不僅不會與之前的音叉共振，而且可以獨立地產生新的無線通訊。這是因為不同大小的音叉會產生不同的共振頻率，它們可以在同一個傳遞範圍內和諧共存。手機裡的 Wi-Fi 和 5G 這兩套通訊系統就像不同大小的音叉，因此，我們能用手機透過 Wi-Fi 上網訂餐，但同時也可以用 5G 接收訊息，兩者之間不會有所衝突。

當我們將使用的媒介從聲波換成電磁波，將紙杯或音叉換成手機、市內電話機、對講機、收音機等設備時，訊號透過 5G 基地臺、Wi-Fi 路由器、廣播電臺等通訊網路進行轉發、傳送與處理，這就是無線通訊系統的基本架構。

另一方面，就像不同的聲波不會產生共振，不同頻率的電磁波也不會產生共振。這讓我們可以利用通訊天線、訊號處理的機制，來間接控制看不見、摸不到的電磁波，進而達到各種通訊間的最佳協調模式。

除此之外，基於頻譜是物理上有限且稀缺的自然資源，無法讓每一種通訊系統都任意取用自己的專屬使用頻譜，這使得單一頻譜有多種通訊系統共用的情況屢見不鮮，就像是 2.4GHz 頻段同時存在著 Wi-Fi、Bluetooth 及 Zigbee 等使用不同通訊技術的通訊系統。為了使通訊系統間彼此使用頻譜不相互干擾，並將各組通訊要使用的頻譜做適當地規劃與分配，盡可能讓多組通訊系統和諧共存，就是數位發展部（後簡稱為「數位部」）的重要工作之一。

此外，數位部只會針對「用途」來規劃頻譜，不會限制頻譜需使用特定的通訊技術。這是保持技術中立，讓所有的通訊技術都可以蓬勃發展，不偏於任何一方。

Wi-Fi 是什麼？

Wi-Fi 是由 Wi-Fi 聯盟（Wi-Fi Alliance）註冊的商標，是一種讓電子設備能在指定的無線電頻段，藉由無線電波傳輸信號互相連接的無線通訊技術。Wi-Fi 這種技術，允許設備（如電腦、智慧型手機、平板電腦、網絡視訊鏡頭等）以無線的方式連接到網際網路、或其他位於區域網路中的設備。Wi-Fi 網路使用路由器或接入點（AP-Access Point）發送和接收數據，這樣無線設備就可以通過無線信號與網絡連接。

Wi-Fi 設備採用 IEEE 802.11 系列無線區域網路（WLAN）技術標準，並持續推出新世代無線通訊技術以支援更多設備連線、更快的傳輸速度以及更低的延遲。我們可以從近期各世代 Wi-Fi 版本所採用技術標準看出技術演進，如下表：

圖片來源／數位部

從上表可以了解，因應使用頻寬及速度需求的提升，Wi-Fi 技術不斷演進，從最初使用 2.4GHz（2400-2483.5MHz）頻段，標準升級後增加 5GHz（5150-5350/5470-5850MHz）頻段；至今擴張至可使用 6GHz（5925-7125MHz）頻段，就是為了滿足商業與民眾物聯網需求而逐步增加使用頻譜。

Wi-Fi 使用的頻段有什麼區別？

無線電波在指定的頻段進行資料傳輸傳輸時，頻率越低、傳播距離越遠、穿透能力越強、覆蓋越廣，反之頻率越高、傳播距離越短、穿透能力越弱、覆蓋越窄，Wi-Fi 也是同樣的原理。目前 Wi-Fi 可以使用的頻段為 2.4GHz、5GHz 以及 6GHz，而不同世代的 Wi-Fi 演進的主要差異在於「使用頻段」和「頻寬大小」。

簡單來說，每個頻段就好像不同類型的道路，每種道路可支援的寬度與車道數目因此有所不同。2.4GHz 好似單線雙向的鄉間小路，無法容納非常多的車輛，但能讓人深入更崎嶇難行的風景。5GHz 就像多線道的省道或是快速道路，雖然連續假期或上下班尖峰時期偶爾會壅塞，但仍然是通往不同地區的首選。最後的 6GHz 頻段大得多，就像設置多線道且配備許多交流道的高速公路，專供最新、最快且運載大量貨物的車輛使用。

圖片來源／數位部

以下就各國在指定無線電頻段方面存在部分差異，進行各頻段規格及特性的詳細說明：

一、在 2.4GHz 部分，我國指定 2.4-2.4835GHz（共 83.5MHz 頻寬），最高可提供 3 個 20MHz 頻道供 Wi-Fi 使用，承上所述，2.4GHz 頻段為 Wi-Fi 可使用的最低頻段，所以訊號涵蓋與穿透效果較佳，適合透天厝或是坪數較大、隔間較多的使用者設置。

此外，2.4GHz 是 Wi-Fi 最早使用的頻段，除支援設備較多外，微波爐、無線電話機、Bluetooth 及 Zigbee 設備、醫用設備等電器設備也都在這個頻段中，所以 2.4GHz 相對較擁擠，也比較容易產生相互干擾的問題。

二、5GHz 部分，我國開放 4 個頻段包含 5.15-5.25GHz、5.25-5.35GHz、5.47-5.725GHz 及 5.725-5.85GHz（共 580MHz 頻寬），最高可提供 6 個 80MHz 供 Wi-Fi 使用，此頻段介於 2.4GHz 及 6GHz 之間，基於發展時程較 2.4GHz 晚，只與少數電磁波應用共用頻段，且免去 Bluetooth 及 Zigbee 搶佔可用通道。

雖然 5GHz 的穿透力相對 2.4GHz 差，但使用頻寬為 2.4GHz 的七倍之多；此外，基於頻譜和諧共用，使用該頻段的設備必須具備動態頻率選擇功能（Dynamic Frequency Selection,DFS），來用以避免 Wi-Fi 與其他電磁波應用產生干擾。這使得 5GHz 頻段現在為影像、影片傳輸等大頻寬需求應用的主流使用頻段。

三、6GHz 部分，我國開放頻段為 5945-6425MHz（共 480MHz 頻寬），最高可提供 3 個 160MHz 或 1 個 320MHz 供 Wi-Fi 使用。6GHz 頻段為 Wi-Fi 的新興使用頻段，雖然與其他通訊共用頻段且穿透性相對較差，但也具有高傳輸速率的先天優勢。因此，VR、AR、MR 等需高頻寬、低延遲傳輸特性的應用通常會優先選用此頻段。如要額外增加 6GHz 頻段，須具備先聽後傳（Listen-Before-Talk, LBT）等避免干擾機制的要求。禁止使用遙控無人機使用此頻段，也是為了避免 Wi-Fi 與其他通訊設備互相產生干擾。

特別要說明的是，Wi-Fi 6E （指的是 Wi-Fi 6 標準的延伸（Extended）版本）及 Wi-Fi 7 版本均可在 6GHz 頻段運作。有別於擁擠的 2.4GHz 與 5GHz 頻段，6GHz 頻段可提供更多連續頻譜、減少干擾，以提高效率、增加傳輸量和加強安全性，且應用面更為廣泛。

值得注意的是，世界各國對於開放供 Wi-Fi 使用頻段的作法不盡相同。由於無線業務需要和諧共用，各國政府基於現有頻譜使用情形與未來頻譜政策規劃都有所差異，因此開放供 Wi-Fi 使用的頻譜規劃也會有些許不同。

例如，日本指定 2400-2497MHz 頻段供 Wi-Fi 使用，就有別於大部分開放 2400-2483.5MHz 的國家和地區。而在 6GHz 頻段，美國、韓國等國家開放 5925-7125MHz 供 Wi-Fi 使用，則與臺灣及歐盟等國家開放的 5945-6425MHz 有所區別。

釋出頻譜及研析共存機制

Wi-Fi 自 1990 年代末期研發面世至今，已深入到你我日常生活之中。為了促進通訊創新應用發展，數位部於 2023 年 8 月完成修訂「中華民國無線電頻率分配表」，開放 Wi-Fi 使用的頻段為 5945-6425MHz，以滿足巨量物聯、高速率、大頻寬的需求。

此外，數位部也調整了「無線電頻率供應計畫」，增加 6425-7125MHz 頻段，供測試實驗網路使用，目的是讓新創產業、系統或設備開發商有充足的頻譜進行系統驗證與測試。隨著國際通訊技術發展趨勢和服務使用需求更為明確後，我們也會再進一步滾動檢討開放釋出其他可用頻率，接軌國際。

頻率是有限資源，為了使 Wi-Fi 與其他通訊能和諧共用無線電頻譜，Wi-Fi 設備的無線電波輸出功率是有設定上限的：這就好像是絡繹不絕的饕客在熱門的餐廳內享用午餐，每桌客人要能在言無不盡的狀況下漫談生活，卻又不至於打擾到鄰桌，這有賴於彼此間精確拿捏好聊天的聲量。通訊間使用相同頻譜卻能共存，也類似這樣的概念。

數位部透過一連串的實證測試，掌握了不同通訊之間可以共存的最大限度，在開放 Wi-Fi 使用頻譜的同時，加入了功率限制，再由國家通訊傳播委員會納入射頻器材管理的機制內，這才讓使用密度越來越綿密的手機、AP、耳機、鍵盤、滑鼠，甚至於智慧家庭的冷氣、冰箱、電視等設備可以不互相干擾地在同一空間內使用。

順帶一提，數位部為了讓 Wi-Fi 限度獲得充分利用，從 2022 年起就啟動新興頻譜共存機制「自動頻率協調（Automated　Frequency　Coordination, AFC）」的測試與驗證，AFC 機制可以在 Wi-Fi 啟動前就動態確認可以使用的頻段及其功率上限，使得 Wi-Fi 在不同的使用情境下會對應有不同的設定。

這就像是在 KTV 包廂裡及在圖書館的說話音量差異，在進入該場域的當下就決定了，AFC 機制也會確認使用 Wi-Fi 的地點之後，回報可以輸出功率的上限值，在 Wi-Fi 連線時就即刻對應頻段和上限功率，這將讓頻譜的使用更加活化，這也是數位部在近期重點研究的前瞻管理機制。

結語：Wi-Fi 使用新藍海頻段，將為生活帶來無限可能

因應新興技術的發展，動態的輔以配套措施來開放對應的通訊頻段，這將使 AR、VR 眼鏡等需高頻寬、低延遲的終端設備可以真正進入各領域，作為未來數位娛樂、遠距教學、協作工具或遠端演唱會使用，真正實現「虛實整合」。

舉例來說，通常巨量布建連網熱點的大型運動場及展演中心，Wi-Fi 新頻段將可提供社群媒體、行動票務、運動競技、門禁管制（如門票掃描）、攜帶式讀卡機、內部通訊、監視攝影機與訪客流量監控等服務的品質和順暢度，不只提升場館服務多樣性、便利性及互動體驗，也有機會開創更多不同的商業模式；此外 Wi-Fi 新頻段的順暢度，可將機械加工及半導體製程廠房，躍升為可動態調整產線的關燈工廠，提升製造業產能與效率。

這些應用都無需額外收取頻率使用費，而為提供我國各行各業再一次數位轉型的契機，不只足以體現新世代 Wi-Fi 所帶來的價值，更進一步加速邁向智慧島嶼的願景。

（本文轉載自moda blog）