一文讀懂Wi-Fi 6

Wi-Fi 6 引入多項先進技術，可有效解決網絡容量和傳輸效率的問題，本文介紹了 Wi-Fi 6 技術的發展情況及技術特點，并梳理了 Wi-Fi 6 技術使用的典型場景。

發布時間：2022-03-30
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引言

自 Wi-Fi 技術發明以來，其應用價值及商業價值被行業廣泛認可，幾乎所有移動設備中和大多數室內環境中都采用了 Wi-Fi 技術。隨著人們生活水平的不斷提高，Wi-Fi 技術也在不斷演進，以為用戶提供更好的無線接入體驗。2019 年，Wi-Fi 家庭迎來了新的成員，Wi-Fi 6 技術誕生了。下面針對Wi-Fi6關鍵技術，應用場景進行介紹。

Wi-Fi 6簡述

1 Wi-Fi技術的發展

眾所周知，Wi-Fi技術連接著我們的手機、電腦和平板，是家庭網絡的必需品。但Wi-Fi技術誕生的起因，僅僅是為了連接零售工具和POS機。

20世紀80年代后期，為了解決每次商店改變布局都要重新布線的問題，計算機系統制造商NCR公司聘用了一個荷蘭團隊，成功開發了被公認為Wi-Fi先驅的“WaveLAN”。以此為基礎，基于未授權頻譜的無線通訊IEEE802.11工作群組成立，并于1997年完成了Wi-Fi的正式標準化。但當時的數據流量僅為2Mbit/s，尚不能滿足人們基本需求。

又經過2年的研究，802.11研究小組成功創建了802.11b，將數據流量提高到11Mbit/s。不久又發布了802.11a，將工作頻段提高到5GHz頻段，數據流量提高到54Mbit/s。但受硬件成本等因素影響，用戶更多選擇的是性價比更高的802.11b。同年，為了與蘋果博弈，微軟宣布WindowsXP操作系統預裝Wi-Fi模塊驅動。至此，Wi-Fi時代正式宣告到來。

11Mbit/s的傳輸速度雖能滿足人們基本需求，但與當時的以太網還有一定差距。2003年，同樣使用2.4GHz頻段的802.11g被推出，速度高達54Mbit/s，并可以兼容802.11b。便宜的硬件設備使802.11g很快成為新一代無線標準。

對技術和體驗的不懈追求推動了無線協議的更新換代。2009年，802.11n推出，該標準采用了封包聚合、MIMO技術和40Hz頻寬，將速度進一步提升到72Mbit/s，多天線情況下甚至可以達到600Mbit/s。2014年推出802.11ac，更是將數據流量提高到400Mbit/s到幾個Gbit/s。

2 Wi-Fi 6的關鍵技術

Wi-Fi6 引入了一系列新技術，完善了Wi-Fi5一些尚不成熟的技術，在對網絡整體性能進行優化的同時，提升了接入設備的傳輸速度和數據傳輸量。

（1）OFDMA

正交頻分多址技術（OFDMA,Orthogonal Frequency Divi-sion Multiple Access）將帶寬劃分成正交互不重疊的子載波集，再由這些子載波集構成傳輸的最小子信道，稱為“資源單元（RU）”，每個RU最少包含26個子載波。OFDMA根據用戶需求，針對不同的流量擴展資源（如即時消息和流媒體），分配不同大小的RU，最大程度地優化了系統資源。與傳統的OFDM相比，OFDMA就相當于一輛卡車裝了多個型號的貨箱，裝滿后一起送給用戶；而OFDM則相當于一輛卡車，只裝一個型號的貨箱，沒裝滿也會發車，如果需要多種貨物則需要多輛卡車，浪費了很多帶寬資源。

圖3.1 OFDM與OFDMA對比

（2）MU-MIMO

多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO，Multi-User Multiple-In-putMultiple-Output）技術分為上行技術和下行技術。下行技術使用波束成形技術將封包導向位于不同空間的STA（無線網絡終端），即AP（無線接入點）為每位用戶計算信道矩陣，然后將同步波束導向不同用戶。上行技術利用用戶之間不同位置的相互正交性來實現多用戶的空間分離，免去了波束成形的交互過程。與Wi-Fi5的MU-MIMO技術相比，Wi-Fi6引入了上行技術，并將上下行鏈路擴展到8*8，與Wi-Fi5的下行4*4、上行1*1相比，上下行可同時連接用戶數增加到8個，提高了系統容量。

3.2 802.11ax MU-MIMO的特性

（3）1024-QAM

正交振幅調制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）是一種將兩種條幅信號匯合到一個信道的方法，利用星座圖來對數據進行調制解調。Wi-Fi6優化了原有的調制編碼策略，將Wi-Fi5的256-QAM優化成1024-QAM，使星座圖中原來一個點可以攜帶的數據量從8個bit提高到10個bit。

圖3.3 256-QAM與1024-QAM的對比

（4）BSS-color與CCA門限

基于基本服務集的著色技術（BSS-color）通過STA識別基本服務集（BSS）的信號，來為不同的AP-STA組合標記不同的顏色。當STA使用基于顏色代碼的CCA門限規則時，將自己的發射功率等數據與AP交換，AP通過接收到的數據反饋適合當前網絡的最優參數，最大程度地減少網絡空間的同頻干擾。結合空間復用技術，傳統網絡中固定區域中只能一個BSS網絡傳輸的情況將變成固定區域同顏色的BSS網絡可以同時傳輸。

圖3.4 動態調整BSS內部的CCA門限

（5）目標喚醒時間

目標喚醒時間（TWT，TargetWakeupTime）技術允許設備之間協商喚醒時間，在不進行數據傳輸的時候進入休眠狀態，減少不必要的數據傳輸和信號搜索，從而減少功耗。

Wi-Fi6技術優勢與應用前景

1 Wi-Fi6技術優勢

（1）數據傳輸速率提升

OFDMA技術允許同一信道發送不同類型的流量，提高了信道利用率，1024-QAM則提高了星座圖每個點的可攜帶數據量，二者從提高數據吞吐量的角度提高了數據傳輸速率；MU-MIMO技術提高了可同時連接STA數量，避免了傳統網絡排隊傳輸的情況，有效利用了閑置帶寬，從網絡整體上提高了數據傳輸速率。

（2）網絡穩定性提升

OFDMA技術通過指定上鏈、下鏈多用戶作業，提供了四倍于OFDM的FFT、更窄的子載波間距以及更長的符碼時間，改善了多路徑衰減環境以及室外的穩定性和性能；BSS-color通過將網絡分組，減少了同頻干擾，并利用目標喚醒時間技術，有效避免了STA之間不必要的競爭，提升了網絡性能。

（3）網絡安全性提升

Wi-Fi6使用了新的安全協議WPA3，讓用戶在接入公共網絡時，通過個性化數據加密增強用戶隱私的安全性，同時將密碼算法提升至192位的CNSA等級算法，使得黑客無法窺探用戶流量，難以獲得私人信息。

（4）功耗降低

Wi-Fi6協議中使用了BSS快速識別技術、動態CCA門限技術以及目標喚醒時間技術，解決了密集環境下路由器連接過程中需解碼大量無用信號的問題并實現了路由器動態調整功率，極大地降低了功耗。

圖4.1 Wi-Fi 6優勢對比

2 Wi-Fi6應用場景

（1）大寬帶視頻業務承載

隨著人們對視頻體驗要求的不斷提升，各類視頻業務的碼率也在不斷提升，由標清到高清，從4K到8K，直至現在的VR視頻。但隨之而來的是對傳輸帶寬的要求日益增加，滿足超寬帶視頻傳輸要求成為視頻業務面臨的重大挑戰。Wi-Fi6技術支持2.4GHz和5GHz頻段共存，其中5GHz頻段支持160MHz帶寬，速率最高可達9.6Gbit/s。5GHz頻段相對干擾較少，更適合傳輸視頻業務。同時通過BSS著色機制、MIMO技術、動態CCA等技術可降低干擾、降低丟包率，為用戶帶來更好的視頻體驗。

（2）網絡游戲等低時延業務承載

網絡游戲類業務屬于強交互類業務，對帶寬、時延等有更高的要求。尤其是新興的VR游戲，其最好的接入方式就是Wi-Fi無線方式。Wi-Fi6的OFDMA信道切片技術能夠為游戲提供專屬信道，降低時延，滿足游戲類業務特別是VR游戲業務對低時延傳輸質量的要求。

（3）智慧家庭智能互聯

智能互聯是智能家居、智能安防等智慧家庭業務場景的重要組成部分。當前家庭互聯技術存在不同的局限性，Wi-Fi6技術將給智能家庭互聯帶來技術統一的機會。它將高密度、大數量接入、低功耗等特點優化集成在一起，同時又能與用戶普遍使用的各種移動終端兼容，提供良好的互操作性。