Wi-Fi 6真的很“6”（概述篇）——不只是更高的傳輸速率

【W(wǎng)i-Fi 6】Wi-Fi 6相比起Wi-Fi 4/5來(lái)說(shuō)不只是速率更快了，同時(shí)也針對(duì)不同場(chǎng)景和相關(guān)技術(shù)做了很多升級(jí)和優(yōu)化，通過(guò)這篇概述，希望大家能更多的了解到Wi-Fi 6是如何“6”的。

發(fā)布時(shí)間：2019-03-05
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我想評(píng)論

2018年10月4日，Wi-Fi聯(lián)盟正式宣布將下一代Wi-Fi技術(shù)802.11ax更名為Wi-Fi 6，并將前兩代技術(shù)802.11n和802.11ac分別更名為Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。（本文后續(xù)都將以新名字來(lái)稱呼802.11n/ac/ax）

▲表1：新Wi-Fi Logos

Wi-Fi 6相比起Wi-Fi 4/5來(lái)說(shuō)不只是速率更快了，同時(shí)也針對(duì)不同場(chǎng)景和相關(guān)技術(shù)做了很多升級(jí)和優(yōu)化，通過(guò)這篇概述，我希望大家能更多的了解到Wi-Fi 6是如何“6”的。

Wi-Fi速率真的就是一切嗎？

▲圖1：802.11標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

從Wi-Fi 4協(xié)議（2009年）開始，WLAN（Wireless Local Area Networks，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)）就進(jìn)入了高速時(shí)代。在VHT40（Very High Throughput，超高吞吐量）的頻寬配置下，1條空間流可以達(dá)到150Mbps、最大4條空間流可以達(dá)到600Mbps的物理連接速率，相對(duì)于早期802.11a/g的54Mbps來(lái)說(shuō)有了大幅度的提升。

2013年發(fā)布的Wi-Fi 5（Wave1）連接速率進(jìn)一步提升，將頻寬由原先的VHT40提升到了VHT80（Wave1）甚至VHT160/VHT80+80（Wave2），調(diào)制方式也由Wi-Fi 4的64QAM提高到256QAM，因此相應(yīng)的物理連接速率也提升到了1條空間流867Mbps，以及理論上最大8條空間流的6.9Gbps，可以說(shuō)在物理連接速率層面達(dá)到了Gbps級(jí)別。

▲表2：Wi-Fi 4/5/6發(fā)展歷程

從Wi-Fi的發(fā)展歷程上不難發(fā)現(xiàn)，過(guò)去Wi-Fi的發(fā)展主要集中在提升數(shù)據(jù)連接速率，通過(guò)使用更高階調(diào)制方式及增加可用頻寬，實(shí)現(xiàn)更高的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率。但在實(shí)際設(shè)計(jì)和部署中，如果只是單純的靠提升速率是不能確保用戶體驗(yàn)提升的。

在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，不同的用戶需求不同，有的需要低延遲、低抖動(dòng)，對(duì)帶寬要求不高；有的則需要高帶寬，但是對(duì)延遲和抖動(dòng)不敏感。所以當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，關(guān)注的重點(diǎn)不應(yīng)該只是速率，而是要更關(guān)注用戶的實(shí)際需求和使用場(chǎng)景，做到讓W(xué)i-Fi網(wǎng)絡(luò)能自動(dòng)適應(yīng)用戶的場(chǎng)景和需求，真正為每位無(wú)線用戶提供好的體驗(yàn)。

Wi-Fi 6不一樣

與前幾代Wi-Fi技術(shù)相比，Wi-Fi 6不一樣。Wi-Fi 6在物理幀、調(diào)制、編碼、多用戶并發(fā)等多方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化。Wi-Fi 6的關(guān)注點(diǎn)不只是單設(shè)備的峰值速率，Wi-Fi 6更關(guān)注的是應(yīng)用、用戶體驗(yàn)和整個(gè)無(wú)線環(huán)境的優(yōu)化。

Wi-Fi 6協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)和關(guān)注點(diǎn)，更貼合于現(xiàn)階段多Wi-Fi終端、多應(yīng)用普及的場(chǎng)景?，F(xiàn)階段各類終端和應(yīng)用繁多，如視頻類應(yīng)用、即時(shí)通訊類應(yīng)用等，因此無(wú)線場(chǎng)景中多并發(fā)、短報(bào)文的情況越來(lái)越多，早期的Wi-Fi協(xié)議應(yīng)對(duì)這種情景并無(wú)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而Wi-Fi 6針對(duì)這些場(chǎng)景做了大量的改進(jìn)和優(yōu)化，能大幅度的提升大家的無(wú)線體驗(yàn)。

Wi-Fi 6引入的主要新技術(shù)概述

Wi-Fi 6作為致力提升無(wú)線使用效率和用戶真實(shí)體驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了很多和以往協(xié)議截然不同的技術(shù)規(guī)格。例如更高的調(diào)制階數(shù)（1024-QAM）、更窄的子載波間隔、上下行OFDMA技術(shù)、上下行MU-MIMO技術(shù)（其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5時(shí)引入）、空間復(fù)用技術(shù)等。

▲表3：Wi-Fi 4/5/6技術(shù)對(duì)比表

從表3里可以看到，Wi-Fi 6的技術(shù)改進(jìn)是方方面面的，這些技術(shù)點(diǎn)的改進(jìn)又可以歸納為幾個(gè)方面，主要是帶寬提升、高密度接入和更好的抗干擾能力；其中高密度接入和抗干擾能力的提升恰恰又是最能提升無(wú)線使用體驗(yàn)的。

帶寬提升

• 1024-QAM

1024-QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調(diào)制），這是一種調(diào)制方式，所謂調(diào)制就是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波的過(guò)程，反之則稱為解調(diào)，調(diào)制方式越高階，轉(zhuǎn)換過(guò)程中數(shù)據(jù)密度就越高。

QAM編碼是采用二維（點(diǎn)陣）調(diào)制方式，實(shí)際應(yīng)用中QAM數(shù)值是2的N次方。比如說(shuō)64-QAM，64是2的6次方，一次就可以傳輸6個(gè)bit的數(shù)據(jù)；Wi-Fi 5支持的最高調(diào)制是256-QAM，因此Wi-Fi 5一次可以攜帶8個(gè)bit的數(shù)據(jù)信息，Wi-Fi 6支持的最高調(diào)制是1024-QAM，Wi-Fi 6一次可以攜帶10bit，通過(guò)使用1024-QAM，讓W(xué)i-Fi 6的物理層協(xié)商速率提升了25%。

▲圖2：256-QAM與1024-QAM對(duì)比

• 更窄的子載波間隔

Wi-Fi 6對(duì)子載波間隔進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將子載波間隔從Wi-Fi 5的312.5kHz，變成78.125kHz，即相同信道帶寬帶(MHz)的情況下，Wi-Fi 6的子載波數(shù)量是Wi-Fi5的4倍。

▲圖3：Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的子載波間隔對(duì)比

通過(guò)引入更窄的子載波間隔，讓W(xué)i-Fi 6的有效子載波數(shù)增加了4.7%，因此效率得到了4.7%的提升，即物理層的協(xié)商速率提升了4.7%。

由于更窄子載波間隔的引入，也讓單幀容量增至原來(lái)的四倍（即256個(gè)子載波/20MHz），單幀發(fā)送時(shí)長(zhǎng)自然也是Wi-Fi 4/5（3.2微秒）的四倍（12.8微秒），但幀間隔僅為原來(lái)的兩倍（0.8微秒），即每一幀的傳輸周期是13.6微秒。綜合起來(lái)，幀間隔時(shí)間開銷從Wi-Fi 4/5的11.11%【0.4/(3.2+0.4)=11.11%】降低到了5.88%【0.8/(12.8+0.8)=5.88%】，因此Wi-Fi 6的整體效率再提升5.88%，即物理層協(xié)商速率提升了5.88%。

通過(guò)更高階的調(diào)制技術(shù)和更窄的子載波間隔，讓W(xué)i-Fi 6的理論關(guān)聯(lián)速率（160MHz頻寬，8條空間流）從Wi-Fi 5的6.9Gbps提升到9.6Gbps。

高密度接入

• MU-MIMO（多用戶多進(jìn)多出）

MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用戶的多進(jìn)多出)就如他的名字一樣，它讓AP可以同時(shí)與多臺(tái)終端并發(fā)通信。

Wi-Fi 6在Wi-Fi 5下行MU-MIMO的基礎(chǔ)上新增上行MU-MIMO，同時(shí)也把Wi-Fi 5最大支持4×4的下行MU-MIMO提升到最大支持8×8的上下行MU-MIMO，與Wi-Fi 5相比，下行鏈路容量增加了2倍，上行鏈路容量增加了8倍，從而大幅提高無(wú)線接入總?cè)萘俊?/p>

• OFDMA（正交頻分多址）

OFDMA技術(shù)是在頻域上將無(wú)線信道劃分為多個(gè)子信道（子載波），形成一個(gè)個(gè)射頻資源單元，用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)將承載在每個(gè)資源單元上，而不是像Wi-Fi 4/5（使用OFDM技術(shù)）時(shí)那樣占用整個(gè)信道。

OFDMA劃分的射頻資源單元就像把貨車的載貨箱劃分了很多小格子，這樣貨車在拉貨時(shí)就可以進(jìn)行靈活組合，不論是拉大貨物還是小貨物，都可以裝滿整個(gè)貨箱再出發(fā)，充分利用每臺(tái)貨車的資源。

▲圖4：OFDM與OFDMA技術(shù)對(duì)比舉例

通過(guò)OFDMA技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)多個(gè)終端同時(shí)并行傳輸，不必依次排隊(duì)等待、相互競(jìng)爭(zhēng)，提升了效率，提高了無(wú)線接入的密度。

抗干擾能力——Spatial Reuse（空間復(fù)用）

Spatial Reuse（空間復(fù)用），也被稱作“BSS著色”（BSS coloring），通過(guò)此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更多同步傳輸，即AP可以識(shí)別兩個(gè)相距不遠(yuǎn)但并不相鄰的AP和終端設(shè)備，能夠在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線并發(fā)傳輸而不會(huì)相互影響。簡(jiǎn)而言之，即對(duì)允許接入終端在什么時(shí)候傳輸數(shù)據(jù)做出更智能的決策，從而提升傳輸效率；同時(shí)通過(guò)空間復(fù)用技術(shù)還可以更快地識(shí)別并丟棄接收到的干擾報(bào)文，從而大幅度提升在重干擾場(chǎng)景下的性能。

銳捷網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi 6進(jìn)展分享

從前面的技術(shù)概述可以看到，Wi-Fi 6技術(shù)的升級(jí)是全方位的，但很多技術(shù)的收益和獲取，并不能單純依賴標(biāo)準(zhǔn)制定的一些接口和相應(yīng)的芯片去完全實(shí)現(xiàn)。要理想地利用Wi-Fi 6的技術(shù)，讓W(xué)i-Fi 6實(shí)實(shí)在在地發(fā)揮出其預(yù)期優(yōu)勢(shì)，還需要配合成熟的軟件平臺(tái)和有效的無(wú)線優(yōu)化算法，只有這兩方面的配合才能發(fā)揮出Wi-Fi 6的真正性能。

對(duì)于Wi-Fi 6的技術(shù)探索和產(chǎn)品化，銳捷網(wǎng)絡(luò)一直走在業(yè)界前列。在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的草案階段就開始投入預(yù)研，并把Wi-Fi 6相關(guān)技術(shù)提前移植到上一代的Wi-Fi 4/5協(xié)議中，提出Pre-ax算法，從而有效提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量?？煽闯鲣J捷網(wǎng)絡(luò)在Wi-Fi技術(shù)上的研發(fā)能力和相關(guān)算法上的沉淀。

同時(shí)，銳捷網(wǎng)絡(luò)也是業(yè)界首批推出Wi-Fi 6商用產(chǎn)品的廠商，銳捷網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi 6產(chǎn)品已經(jīng)在2018年8月量產(chǎn)，到現(xiàn)在已經(jīng)把全系無(wú)線產(chǎn)品升級(jí)到Wi-Fi 6；從推出產(chǎn)品到現(xiàn)在半年左右的時(shí)間，Wi-Fi 6產(chǎn)品已經(jīng)在十幾個(gè)客戶成熟規(guī)模商用，同時(shí)為配合Wi-Fi 6產(chǎn)品，銳捷網(wǎng)絡(luò)也推出全新的2.5G POE交換機(jī)RG-S2930-12GT12MG4XS-UP-H，此POE交換機(jī)滿足Wi-Fi 6 AP對(duì)更大流量的帶寬需求，讓W(xué)i-Fi 6酣暢淋漓的“6”起來(lái)。

寫在最后

Wi-Fi的真正瓶頸其實(shí)不只在AP上，終端能力的匹配也是相關(guān)的。隨著Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的定檔，各大終端芯片廠商也早早推出了相應(yīng)的Wi-Fi 6終端芯片，在剛剛結(jié)束的MWC2019(世界移動(dòng)通信大會(huì))上，已有某手機(jī)廠商發(fā)布了支持Wi-Fi 6的旗艦手機(jī)，后續(xù)支持Wi-Fi 6的終端也會(huì)越來(lái)越多，終端生態(tài)的匹配也會(huì)更加完備。

但我們?cè)诮?jīng)歷了前幾代無(wú)線產(chǎn)品關(guān)于高速率的宣傳，不免會(huì)心存疑慮，Wi-Fi 6的這些新技術(shù)究竟是噱頭，還是實(shí)實(shí)在在帶來(lái)使用體驗(yàn)的提升？

在下一期Wi-Fi 6技術(shù)篇分享中，我將對(duì)Wi-Fi 6技術(shù)原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，讓大家看清Wi-Fi 6具體是如何實(shí)現(xiàn)速率提升、高密度接入以及抗干擾能力增強(qiáng)的。從技術(shù)原理入手，看看Wi-Fi 6到底是營(yíng)銷噱頭還是真的很“6”。

本期作者：李健明

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