WiFi 6(Wi-Fi 6),也被称为802.11ax
,是继Wi-Fi 5 (802.11ac)
之后的最新一代Wi-Fi
工业标准。在Wi-Fi 6
发布之前,Wi-Fi
标准是通过从802.11b
到802.11ac
的版本号来标识的。随着Wi-Fi
标准的演进,Wi-Fi
联盟为了便于Wi-Fi
用户和设备厂商轻松了解Wi-Fi
标准,选择使用数字序号来对Wi-Fi重新命名。
Wi-Fi 6
标准引入了OFDMA
、上/下行MU-MIMO
、BSS Coloring
、TWT
等新技术,性能上得到跨越式提升,带宽和并发用户数相比Wi-Fi 5
提升了4倍,并且时延更低、更节能。
1.Wi-Fi 6解决了什么问题?
Wi-Fi 6
设计之初就是为了应对高密度无线接入和高容量的无线业务,比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景。
在这些场景中,接入Wi-Fi
网络的客户端设备将呈现巨大增长,另外,还在不断增加的语音及视频流量也对Wi-Fi
网络带来调整。众所周知,4K
视频流(带宽要求50Mbps/人
)、语音流(时延小于30ms
)、VR
流(带宽要求75Mbps/人
,时延小于15ms
)对带宽和时延是十分敏感的,如果网络拥塞或重传导致传输延时,将对用户体验带来较大影响。
现有的Wi-Fi 5(802.11ac)
虽然也能提供大带宽能力,但是随着接入密度的不断上升,吞吐量性能遇到瓶颈。而Wi-Fi 6
则是通过引入OFDMA
以及上/下行MU-MIMO
等新技术,使得性能上得到跨越式提升,带宽和并发用户数相比Wi-Fi 5
提升4倍,并且时延更低。电子教室为例,以前如果是100
多位学生的大课授课形式,传输视频或是上下行的交互挑战都比较大,而Wi-Fi 6
网络将轻松应对该场景。
2.Wi-Fi 6 vs Wi-Fi 5
Wi-Fi 6
作Wi-Fi 5
的继任者,相比Wi-Fi 5
不仅仅体现在速率的提升上,更主要体现在高密场景下的用户性能提升。
# 大带宽:
过去每一代Wi-Fi
的标准,一直致力于提升速率。经过20
多年的发展,Wi-Fi 6
在160MHz
信道宽度下,理论最大速率已经达到9.6Gbps
,是802.11b
的近900
倍。
Wi-Fi 6
速率的提升除了采用更高阶的1024-QAM
编码方式外,也得益于Wi-Fi 6
相较于Wi-Fi 5
增加了子载波数量、空间流数,以及Symbol
传输时间(单次单终端)由Wi-Fi 5
的3.2μs
提升到12.8μs
。
# 高并发:
Wi-Fi 6
引入了OFDMA
和上行MU-MIMO
等多用户技术,进一步提升了频谱利用率,使得Wi-Fi 6
相比于Wi-Fi 5
,并发用户数提升了4
倍。
# 低时延:
在低时延场景,例如VR/AR
-互动操作模拟、全景直播、互动式游戏、沉浸式会议、高清无线投屏等,Wi-Fi 5
的30ms
时延已经无法满足需求,而Wi-Fi 6
则是通过OFDMA
有效减少冲突,提升频谱利用率,并且空间复用技术BSS Coloring
减少了同频干扰,令时延降低至20ms
。
# 节能:
随着IoT
设备广泛应用,除了提升终端速率外,Wi-Fi 6
更是关注了终端的耗电情况。
Wi-Fi 6
采用TWT
技术,按需唤醒终端Wi-Fi
,加上20MHz-Only
技术,能进一步降低终端的功耗。
3.Wi-Fi 6核心技术
以下是Wi-Fi 6
的核心新技术。
3.1 OFDMA频分复用技术
Wi-Fi 6
之前,数据传输采用的是OFDM
模式,用户是通过不同时间片段区分出来的。每一个时间片段,一个用户完整占据所有的信道资源,并且发送一个完整的数据包。
Wi-Fi 6
中引入了一种更高效的数据传输模式,叫OFDMA
(因为Wi-Fi 6
支持上下行多用户模式,因此也可称为MU-OFDMA
),它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。迄今为止,它已被许多无线技术采用,例如3GPP LTE
。在该模式下,单个用户不再是独占完整的子载波,而是多用户共享信道资源,实现频谱利用率的提升。
3.2上/下行MU-MIMO技术
MU-MIMO
使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流,与OFDMA
不同,所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。终端受天线数量受限于尺寸,一般来说只有1个
或2个
空间流(天线),比AP
的空间流(天线)要少,因此,在AP
中引入MU-MIMO
技术,同一时刻就可以实现AP
与多个终端之间同时传输数据,大大提升了吞吐量。
MU-MIMO
在Wi-Fi 5
就已经引入,但只支持下行4x4 MU-MIMO
。在Wi-Fi 6
中进一步增加了MU-MIMO
数量,可同时支持上/下行8x8 MU-MIMO
。
虽然Wi-Fi 6
标准允许OFDMA
与MU-MIMO
同时使用,但不要将OFDMA
与MU-MIMO
混淆。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。OFDMA
与MU-MIMO
的对比如下:
3.3空分复用技术(SR)和BSS Coloring
802.11ax
中引入了一种新的同频传输识别机制,叫BSS Coloring
着色机制,在PHY
报文头中添加BSS color
字段对来自不同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。以这种方式设计的网络,那些具有相同颜色的信道彼此相距很远,此时可将这种信号设置为不敏感,从而实现空间复用。
3.4目标唤醒时间(TWT)
目标唤醒时间TWT(Target Wake Time)
是802.11ax
支持的另一个重要的资源调度功能,它借鉴于802.11ah
标准。它允许设备协商什么时候和多久会被唤醒,然后发送或接收数据。此外,Wi-Fi AP
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介质的设备数量。TWT
还增加了设备睡眠时间,对采用电池供电的终端来说,大大提高了电池寿命。
3.5更高阶的调制技术(1024-QAM)
Wi-Fi 6
标准的主要目标是增加系统容量,降低时延,提高多用户高密场景下的效率,但更好的效率与更快的速度并不互斥。Wi-Fi 5
采用的256-QAM
正交幅度调制,每个符号传输8bit
数据,Wi-Fi 6
将采用1024-QAM
正交幅度调制,每个符号位传输10bit
数据,从8到10
的提升是25%
,也就是相对于Wi-Fi 5
来说,Wi-Fi 6
的单条空间流数据吞吐量又提高了25%
。
3.6支持2.4GHz频段
我们都知道2.4GHz
频宽窄,且仅有3
个20MHz
的互不干扰信道(1,6和11),在Wi-Fi 5
标准中已经被抛弃,但是有一点不可否认的是2.4GHz
仍然是一个可用的Wi-Fi
频段,在很多场景下依然被广泛使用,因此,Wi-Fi 6
标准中选择继续支持2.4GHz
,目的就是要充分利用这一频段特有的优势。
3.7覆盖范围提升
由于Wi-Fi 6
标准采用的是Long OFDM Symbol
发送机制,每次数据发送持续时间从原来的3.2μs
提升到12.8μs
,更长的发送时间可降低终端丢包率;另外Wi-Fi 6
最小可仅使用2MHz
频宽进行窄带传输,有效降低频段噪声干扰,提升了终端接受灵敏度,增加了覆盖距离。