1. Wi-Fi 發(fā)展簡(jiǎn)介

Wi-Fi 已成為當(dāng)今世界無(wú)處不在的技術(shù)，為數(shù)十億設(shè)備提供連接，也是越來(lái)越多的用戶(hù)上網(wǎng)接入的首選方式，并且有逐步取代有線接入的趨勢(shì)。為適應(yīng)新的業(yè)務(wù)應(yīng)用和減小與有線網(wǎng)絡(luò)帶寬的差距，每一代 802.11 的標(biāo)準(zhǔn)都在大幅度的提升其速率。

1997 年 IEEE 制定出第一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 802.11，數(shù)據(jù)傳輸速率僅有 2Mbps，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的誕生改變了用戶(hù)的接入方式，使人們從線纜的束縛中解脫出來(lái)。

隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的要求不斷提升，在 1999 年 IEEE 發(fā)布了 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)。802.11b 運(yùn)行在 2.4 GHz 頻段，傳輸速率為 11Mbit/s，是原始標(biāo)準(zhǔn)的 5 倍。同年，IEEE 又補(bǔ)充發(fā)布了 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)，采用了與原始標(biāo)準(zhǔn)相同的核心協(xié)議，工作頻率為 5GHz，最大原始數(shù)據(jù)傳輸率 54Mbit/s，達(dá)到了現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中等吞吐量(20Mbit/s)的要求，由于 2.4GHz 頻段已經(jīng)被到處使用，采用 5GHz 頻段讓 802.11a 具有更少?zèng)_突的優(yōu)點(diǎn)。

2003 年，作為 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)的 OFDM 技術(shù)也被改編為在 2.4 GHz 頻段運(yùn)行，從而產(chǎn)生了 802.11g，其載波的頻率為 2.4GHz(跟 802.11b 相同)，原始傳送速度為 54Mbit/s， 凈傳輸速度約為 24.7Mbit/s(跟 802.11a 相同)。

對(duì) Wi-Fi 影響比較重要的標(biāo)準(zhǔn)是 2009 年發(fā)布的 802.11n，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) Wi-Fi 的傳輸和接入進(jìn)行了重大改進(jìn)，引入了 MIMO、安全加密等新概念和基于 MIMO 的一些高級(jí)功能（如波束成形，空間復(fù)用......），傳輸速度達(dá)到 600Mbit/s。 此外，802.11n 也是第一個(gè)同時(shí)工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段的Wi-Fi 技術(shù)。

然而，移動(dòng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和高密度接入對(duì) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了更高的要求，在2013 年發(fā)布的 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)引入了更寬的射頻帶寬（提升至 160MHz）和更高階的調(diào)制技術(shù)（256-QAM），傳輸速度高達(dá) 1.73Gbps，進(jìn)一步提升 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)吞吐量。另外，在 2015 年發(fā)布了 802.11ac wave2 標(biāo)準(zhǔn)，將波束成形和 MU-MIMO 等功能推向主流，提升了系統(tǒng)接入容量。但遺憾的是 802.11ac 僅支持 5GHz 頻段的終端，削弱了 2.4GHz 頻段下的用戶(hù)體驗(yàn)。

然而，隨著視頻會(huì)議、無(wú)線互動(dòng) VR、移動(dòng)教學(xué)等業(yè)務(wù)應(yīng)用越來(lái)越豐富，Wi-Fi 接入終端越來(lái)越多，IoT 的發(fā)展更是帶來(lái)了更多的移動(dòng)終端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，甚至以前接入終端較少的家庭 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)也將隨著越來(lái)越多的智能家居設(shè)備的接入而變得擁擠。因此 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)仍需要不斷提升速度，同時(shí)還需要考慮是否能接入更多的終端，適應(yīng)不斷擴(kuò)大的客戶(hù)端設(shè)備數(shù)量以及不同應(yīng)用的用戶(hù)體驗(yàn)需求。

圖 1-1 不同 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)下的接入量與人均帶寬關(guān)系

下一代Wi-Fi 需要解決更多終端的接入導(dǎo)致整個(gè)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)效率降低的問(wèn)題，早在2014 年 IEEE 802.11 工作組就已經(jīng)開(kāi)始著手應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)， 預(yù)計(jì)在 2019 年正式推出的802.11ax(下個(gè)章節(jié)介紹為什么叫 Wi-Fi 6)標(biāo)準(zhǔn)將引入上行 MU-MIMO、OFDMA 頻分復(fù)用、1024-QAM 高階編碼等技術(shù)，將從頻譜資源利用、多用戶(hù)接入等方面解決網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸效率問(wèn)題。目標(biāo)是在密集用戶(hù)環(huán)境中將用戶(hù)的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi 5 提高至少4 倍，并發(fā)用戶(hù)數(shù)提升 3 倍以上，因此，Wi-Fi 6(802.11ax)也被稱(chēng)為高效無(wú)線（HEW）。

2. 什么是 Wi-Fi 6(802.11ax)

Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱(chēng)。隨著 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，WFA 為了便于 Wi- Fi 用戶(hù)和設(shè)備廠商輕松了解其設(shè)備連接或支持的 Wi-Fi 型號(hào)，選擇使用數(shù)字序號(hào)來(lái)對(duì) Wi- Fi 重新命名。另一方面，選擇新一代命名方法也是為了更好地突出 Wi-Fi 技術(shù)的重大進(jìn)步， 它提供了大量新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度、支持更多的并發(fā)連接等。根據(jù) WFA 的公告，現(xiàn)在的 Wi-Fi 命名分別對(duì)應(yīng)如下 802.11 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

表 1802.11 標(biāo)準(zhǔn)與新命名

和以往每次發(fā)布新的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)一樣，802.11ax 也將兼容之前的 802.11ac/n/g/a/b 標(biāo)準(zhǔn)，老的終端一樣可以無(wú)縫接入 802.11ax 網(wǎng)絡(luò)。

4G 是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)高速率的代名詞，同樣，Wi-Fi 6 是無(wú)線局域網(wǎng)高速率的代名詞，但這個(gè)高速率是怎么來(lái)的，由以下幾個(gè)因素決定。

1.空間流數(shù)量

空間流其實(shí)就是 AP 的天線，天線數(shù)越多，整機(jī)吞吐量也越大，就像高速公路的車(chē)道一樣，8 車(chē)道一定會(huì)比 4 車(chē)道運(yùn)輸量更大。

表 2不同 802.11 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的空間流數(shù)量

2.Symbol 與 GI

Symbol 就是時(shí)域上的傳輸信號(hào)，相鄰的兩個(gè)Symbol 之間需要有一定的空隙（GI），以避免 Symbol 之間的干擾。就像中國(guó)的高鐵一樣，每列車(chē)相當(dāng)于一個(gè) Symbol， 同一個(gè)車(chē)站發(fā)出的兩列車(chē)之間一定要有一個(gè)時(shí)間間隙，否則兩列車(chē)就可能會(huì)發(fā)生碰撞。不同 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)下的間隙也有不同，一般來(lái)說(shuō)傳輸速度較快時(shí) GI 需要適當(dāng)增大，就像同一車(chē)道上兩列 350KM/h 時(shí)速的高鐵發(fā)車(chē)時(shí)間間隙要比時(shí)速 250KM/h 時(shí)速的高鐵發(fā)車(chē)間隙要大一些。

表 3802.11 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的 Symbol 與GI 數(shù)據(jù)

3.編碼方式

編碼方式就是調(diào)制技術(shù)，即 1 個(gè) Symbol 里面能承載的 bit 數(shù)量。從 Wi-Fi 1 到 Wi-Fi 6，每次調(diào)制技術(shù)的提升，都能至少給每條空間流速率帶來(lái) 20%以上的提升。

表 4802.11 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的 QAM

4.碼率

理論上應(yīng)該是按照編碼方式無(wú)損傳輸，但現(xiàn)實(shí)沒(méi)有這么美好。傳輸時(shí)需要加入一些用于糾錯(cuò)的信息碼，用冗余換取高可靠度。碼率就是排除糾錯(cuò)碼之后實(shí)際真實(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼占理論值的比例。

表 5802.11 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的碼率

5.有效子載波數(shù)量

載波類(lèi)似于頻域上的 Symbol，一個(gè)子載波承載一個(gè) Symbol，不同調(diào)制方式及不同頻寬下的子載波數(shù)量不一樣。

表6.802.11 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的子載波數(shù)量

至此，我們可以計(jì)算一下 802.11ac 與 802.11ax 在 HT80 頻寬下的單條空間流最大速率：

Wi-Fi 6(802.11ax)繼承了Wi-Fi 5(802.11ac)的所有先進(jìn) MIMO 特性，并新增了許多針對(duì)高密部署場(chǎng)景的新特性。以下是Wi-Fi 6 的核心新特性：

• OFDMA 頻分復(fù)用技術(shù)

• DL/UL MU-MIMO 技術(shù)

• 更高階的調(diào)制技術(shù) (1024-QAM)

• 空分復(fù)用技術(shù)（SR） &BSS Coloring 著色機(jī)制

• 擴(kuò)展覆蓋范圍 (ER)

  
  

下面詳細(xì)描述這些核心新特性。

OFDMA 頻分復(fù)用技術(shù)

802.11ax 之前，數(shù)據(jù)傳輸采用的是 OFDM 模式，用戶(hù)是通過(guò)不同時(shí)間片段區(qū)分出來(lái)的。每一個(gè)時(shí)間片段，一個(gè)用戶(hù)完整占據(jù)所有的子載波，并且發(fā)送一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包（如下圖）。

圖 2-1OFDM 工作模式

802.11ax 中引入了一種更高效的數(shù)據(jù)傳輸模式，叫 OFDMA（因?yàn)?802.11ax 支持上下行多用戶(hù)模式，因此也可稱(chēng)為 MU-OFDMA），它通過(guò)將子載波分配給不同用戶(hù)并在

OFDM 系統(tǒng)中添加多址的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)復(fù)用信道資源。迄今為止，它已被許多無(wú)線技術(shù)采用，例如 3GPP LTE。此外，802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)也仿效 LTE，將最小的子信道稱(chēng)為“資源單位(Resource Unit，簡(jiǎn)稱(chēng) RU)”，每個(gè) RU 當(dāng)中至少包含 26 個(gè)子載波，用戶(hù)是根據(jù)時(shí)頻資源塊 RU 區(qū)分出來(lái)的。我們首先將整個(gè)信道的資源分成一個(gè)個(gè)小的固定大小的時(shí)頻資源塊 RU。在該模式下，用戶(hù)的數(shù)據(jù)是承載在每一個(gè) RU 上的，故從總的時(shí)頻資源上來(lái)看，每一個(gè)時(shí)間片上，有可能有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)發(fā)送（如下圖）。

圖 2-2OFDMA 工作模式

OFDMA 相比 OFDM 一般有三點(diǎn)好處：

特別是在部分節(jié)點(diǎn)信道狀態(tài)不太好的情況下，可以根據(jù)信道質(zhì)量分配發(fā)送功率，來(lái)更細(xì)膩化的分配信道時(shí)頻資源。下圖呈現(xiàn)出了不同子載波頻域上的信道質(zhì)量差異較大，802.11ax 可根據(jù)信道質(zhì)量選擇最優(yōu) RU 資源來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖 2-3不同子載波頻域上的信道質(zhì)量

因?yàn)?802.11ac 及之前的標(biāo)準(zhǔn)都是占據(jù)整個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的，如果有一個(gè) QOS 數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，其一定要等之前的發(fā)送者釋放完整個(gè)信道才行，所以會(huì)存在較長(zhǎng)的時(shí)延。在OFDMA 模式下，由于一個(gè)發(fā)送者只占據(jù)整個(gè)信道的部分資源，一次可以發(fā)送多個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)，所以能夠減少 QOS 節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)延。

OFDMA 是通過(guò)將整個(gè)信道資源劃分成多個(gè)子載波（也可稱(chēng)為子信道），子載波又按不同 RU 類(lèi)型被分成若干組，每個(gè)用戶(hù)可以占用一組或多組 RU 以滿(mǎn)足不同帶寬需求的業(yè)務(wù)。802.11ax 中最小 RU 尺寸為 2MHz，最小子載波帶寬是 78.125KHz，因此最小 RU 類(lèi)型為26 子載波 RU。以此類(lèi)推，還有 52 子載波 RU，106 子載波 RU，242 子載波RU，484 子載波 RU 和 996 子載波 RU，下表顯示了不同信道帶寬下的最大RU 數(shù)。

表 7不同頻寬下的 RU 數(shù)量

圖 2-4RU 在 20MHz 中的位置示意圖

RU 數(shù)量越多，發(fā)送小包報(bào)文時(shí)多用戶(hù)處理效率越高，吞吐量也越高，下圖是仿真收益：

圖 2-5OFDMA 與 OFDM 模式下多用戶(hù)吞吐量仿真

DL/UL MU-MIMO 技術(shù)

MU-MIMO 使用信道的空間分集來(lái)在相同帶寬上發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，與OFDMA 不同， 所有用戶(hù)都使用全部帶寬，從而帶來(lái)多路復(fù)用增益。終端受天線數(shù)量受限于尺寸，一般來(lái)說(shuō)只有 1 個(gè)或 2 個(gè)空間流（天線），比 AP 的空間流（天線）要少，因此，在 AP 中引入MU-MIMO 技術(shù)，同一時(shí)刻就可以實(shí)現(xiàn) AP 與多個(gè)終端之間同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，大大提升了吞吐量。

圖 2-6SU-MIMO 與 MU-MIMO 吞吐量差異

MU-MIMO 在 802.11ac 就已經(jīng)引入，但只支持 DL 4x4 MU-MIMO（下行）。在802.11ax 中進(jìn)一步增加了MU-MIMO 數(shù)量，可支持 DL 8x8 MU-MIMO，借助 DL OFDMA技術(shù)（下行），可同時(shí)進(jìn)行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進(jìn)行多用戶(hù)多址傳輸，既增加了系統(tǒng)并發(fā)接入量，又均衡了吞吐量。

圖 2-78x8 MU-MIMO AP 下行多用戶(hù)模式調(diào)度順序

UL MU-MIMO（上行）是 802.11ax 中引入的一個(gè)重要特性，UL MU-MIMO 的概念和 UL SU-MIMO 的概念類(lèi)似，都是通過(guò)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)多天線技術(shù)使用相同的信道資源在多個(gè)空間流上同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，唯一的差別點(diǎn)在于 UL MU-MIMO 的多個(gè)數(shù)據(jù)流是來(lái)自多個(gè)用戶(hù)。802.11ac 及之前的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)都是 UL SU-MIMO，即只能接受一個(gè)用戶(hù)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，多用戶(hù)并發(fā)場(chǎng)景效率較低，802.11ax 支持 UL MU-MIMO 后，借助 UL OFDMA 技術(shù)（上行），可同時(shí)進(jìn)行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進(jìn)行多用戶(hù)多址傳輸，提升多用戶(hù)并發(fā)場(chǎng)景效率，大大降低了應(yīng)用時(shí)延。

圖 2-8 多用戶(hù)模式上行調(diào)度順序

雖然 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)允許OFDMA 與 MU-MIMO 同時(shí)使用，但不要 OFDMA 與 MU- MIMO 混淆。OFDMA 支持多用戶(hù)通過(guò)細(xì)分信道（子信道）來(lái)提高并發(fā)效率，MU-MIMO 支持多用戶(hù)通過(guò)使用不同的空間流來(lái)提高吞吐量。下表是 OFDMA 與 MU-MIMO 的對(duì)比：

表 8OFDMA 與 MU-MIMO 對(duì)比

更高階的調(diào)制技術(shù) (1024-QAM)

802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是增加系統(tǒng)容量，降低時(shí)延，提高多用戶(hù)高密場(chǎng)景下的效率，但更好的效率與更快的速度并不互斥。802.11ac 采用的 256-QAM 正交幅度調(diào)制，每個(gè)符號(hào)傳輸 8bit 數(shù)據(jù)（2^8=256），802.11ax 將采用 1024-QAM 正交幅度調(diào)制，每個(gè)符號(hào)位傳輸 10bit 數(shù)據(jù)（2^10=1024），從 8 到 10 的提升是 25%，也就是相對(duì)于 802.11ac 來(lái)說(shuō)， 802.11ax 的單條空間流數(shù)據(jù)吞吐量又提高了 25%。

圖 2-9 256-QAM 與 1024-QAM 的星座圖對(duì)比

需要注意的是 802.11ax 中成功使用 1024-QAM 調(diào)制取決于信道條件，更密的星座點(diǎn)距離需要更強(qiáng)大的 EVM（誤差矢量幅度，用于量化無(wú)線電接收器或發(fā)射器在調(diào)制精度方面的性能）和接受靈敏度功能，并且信道質(zhì)量要求高于其他調(diào)制類(lèi)型。

空分復(fù)用技術(shù)（SR） &BSS Coloring 著色機(jī)制

Wi-Fi 射頻的傳輸原理是在任何指定時(shí)間內(nèi)，一個(gè)信道上只允許一個(gè)用戶(hù)傳輸數(shù)據(jù)，如果 Wi-Fi AP 和客戶(hù)端在同一信道上偵聽(tīng)到有其他 802.11 無(wú)線電傳輸，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行沖突避免，推遲傳輸，因此每個(gè)用戶(hù)都必須輪流使用。所以說(shuō)信道是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中非常寶貴的資源， 特別在高密場(chǎng)景下，信道的合理劃分和利用將對(duì)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量和穩(wěn)定性帶來(lái)較大的影響。802.11ax 可以在 2.4GHz 或 5GHz 頻段運(yùn)行（與 802.11ac 不同，只能在 5GHz 頻段運(yùn)行），高密部署時(shí)同樣可能會(huì)遇到可用信道太少的問(wèn)題（特別是 2.4GHz 頻段），如果能夠提升信道的復(fù)用能力，將會(huì)對(duì)提升系統(tǒng)的吞吐容量。

802.11ac 及之前的標(biāo)準(zhǔn)，通常采用動(dòng)態(tài)調(diào)整 CCA 門(mén)限的機(jī)制來(lái)改善同頻信道間的干擾，通過(guò)識(shí)別同頻干擾強(qiáng)度，動(dòng)態(tài)調(diào)整 CCA 門(mén)限，忽略同頻弱干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)同頻并發(fā)傳輸， 提升系統(tǒng)吞吐容量。

圖 2-10802.11 默認(rèn) CCA 門(mén)限

例如圖 12，AP1 上的 STA1 正在傳輸數(shù)據(jù)，此時(shí)，AP2 也想向 STA2 發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)Wi-Fi 射頻傳輸原理，需要先偵聽(tīng)信道是否空閑，CCA 門(mén)限值默認(rèn)-82dBm，發(fā)現(xiàn)信道已被STA1 占用，那么 AP2 由于無(wú)法并行傳輸而推遲發(fā)送。實(shí)際上，所有的與 AP2 相關(guān)聯(lián)的同信道客戶(hù)端都將推遲發(fā)送。引入動(dòng)態(tài) CCA 門(mén)限調(diào)整機(jī)制，當(dāng) AP2 偵聽(tīng)到同頻信道被占用時(shí)，可根據(jù)干擾強(qiáng)度調(diào)整 CCA 門(mén)限偵聽(tīng)范圍（比如說(shuō)從-82dBm 提升到-72dBm），規(guī)避干擾帶來(lái)的影響，即可實(shí)現(xiàn)同頻并發(fā)傳輸。

圖 2-11 動(dòng)態(tài) CCA 門(mén)限調(diào)整

由于 Wi-Fi 客戶(hù)端設(shè)備的移動(dòng)性，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)中偵聽(tīng)到的同頻干擾不是靜態(tài)的，它會(huì)隨著客戶(hù)端設(shè)備的移動(dòng)而改變，因此引入動(dòng)態(tài) CCA 機(jī)制是很有效的。

802.11ax 中引入了一種新的同頻傳輸識(shí)別機(jī)制，叫 BSS Coloring 著色機(jī)制，在 PHY 報(bào)文頭中添加 BSS color 字段對(duì)來(lái)自不同BSS 的數(shù)據(jù)進(jìn)行“染色”，為每個(gè)通道分配一種顏色，該顏色標(biāo)識(shí)一組不應(yīng)干擾的基本服務(wù)集（BSS），接收端可以及早識(shí)別同頻傳輸干擾信號(hào)并停止接收，避免浪費(fèi)收發(fā)機(jī)時(shí)間。如果顏色相同，則認(rèn)為是同一 BSS 內(nèi)的干擾信號(hào)， 發(fā)送將推遲；如果顏色不同，則認(rèn)為兩者之間無(wú)干擾，兩個(gè) Wi-Fi 設(shè)備可同信道同頻并行傳輸。以這種方式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，那些具有相同顏色的信道彼此相距很遠(yuǎn)，此時(shí)我們?cè)倮脛?dòng)態(tài)CCA 機(jī)制將這種信號(hào)設(shè)置為不敏感，事實(shí)上它們之間也不太可能會(huì)相互干擾。

圖 2-12無(wú)BSS Color 機(jī)制與有BSS Color 機(jī)制對(duì)比

擴(kuò)展覆蓋范圍 (ER)

由于 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)采用的是Long OFDM symbol 發(fā)送機(jī)制，每次數(shù)據(jù)發(fā)送持續(xù)時(shí)間從原來(lái)的 3.2us 提升到 12.8us，更長(zhǎng)的發(fā)送時(shí)間可降低終端丟包率；另外 802.11ax 最小可僅使用 2MHz 頻寬進(jìn)行窄帶傳輸，有效降低頻段噪聲干擾，提升了終端接受靈敏度，增加了覆蓋距離。

圖 2-13Long OFDM symbol 與窄帶傳輸帶來(lái)覆蓋距離提升

前面的幾大核心技術(shù)已經(jīng)足夠證明 802.11ax 帶來(lái)的高效傳輸和高密容量，但802.11ax 也不是 Wi-Fi 的最終標(biāo)準(zhǔn)，這只是高效無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)始，新標(biāo)準(zhǔn)的 802.11ax 依然需要兼容老標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，并考慮面向未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、綠色節(jié)能等方向的發(fā)展趨勢(shì)。以下是 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)的其他新特性：

• 支持 2.4GHz 頻段

• 目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）

下面詳細(xì)描述這些新特性。

支持 2.4GHz 頻段

我們都知道 2.4GHz 頻寬窄，且僅有 3 個(gè) 20MHz 的互不干擾信道（1,6 和 11），在 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)被拋棄，但是有一點(diǎn)不可否認(rèn)的是 2.4GHz 仍然是一個(gè)可用的 Wi-Fi 頻段，在很多場(chǎng)景下依然被廣泛使用，因此，802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)中選擇繼續(xù)支持 2.4GHz，目的

就是要充分利用這一頻段特有的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)線通信系統(tǒng)中，頻率較高的信號(hào)比頻率較低的信號(hào)更容易穿透障礙物，而頻率越低， 波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞射能力越強(qiáng)，穿透能力越差，信號(hào)損失衰減越小，傳輸距離越遠(yuǎn)。雖然 5GHz 頻段可帶來(lái)更高的傳播速度，但信號(hào)衰減也越大，所以傳輸距離比 2.4GHz 要短。因此，我們?cè)诓渴鸶呙軣o(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，2.4GHz 頻段除了用于兼容老舊設(shè)備，還有一個(gè)很大的作用就是邊緣區(qū)域覆蓋補(bǔ)盲。

現(xiàn)階段仍有數(shù)以?xún)|計(jì)的 2.4GHz 設(shè)備在線使用，就算如今成為潮流的 IoT 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也使用的 2.4GHz 頻段，對(duì)有些流量不大的業(yè)務(wù)場(chǎng)景（如電子圍欄、資產(chǎn)管理等），終端設(shè)備非常多，使用成本更低的僅支持 2.4GHz 的終端是一個(gè)性?xún)r(jià)比非常高的選擇。

目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）

目標(biāo)喚醒時(shí)間 TWT（Target Wakeup Time）是 802.11ax 支持的另一個(gè)重要的資源調(diào)度功能，它借鑒于 802.11ah 標(biāo)準(zhǔn)。它允許設(shè)備協(xié)商他們什么時(shí)候和多久會(huì)被喚醒，然后發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。此外，Wi-Fi AP 可以將客戶(hù)端設(shè)備分組到不同的 TWT 周期，從而減少喚醒后同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線介質(zhì)的設(shè)備數(shù)量。TWT 還增加了設(shè)備睡眠時(shí)間，對(duì)采用電池供電的終端來(lái)說(shuō)，大大提高了電池壽命。

802.11ax AP 可以和 STA 協(xié)調(diào)目標(biāo)喚醒時(shí)間(TWT)功能的使用，AP 和 STA 會(huì)互相交換信息，當(dāng)中將包含預(yù)計(jì)的活動(dòng)持續(xù)時(shí)間，以定義讓 STA 訪問(wèn)介質(zhì)的特定時(shí)間或一組時(shí)間， 這樣就可以避開(kāi)多個(gè)不同 STA 之間的競(jìng)爭(zhēng)和重疊情況。另外，支持 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)的 STA 可以使用 TWT 來(lái)降低能量損耗，在自身的 TWT 來(lái)臨之前進(jìn)入睡眠狀態(tài)。AP 還可另外設(shè)定TWT編排計(jì)劃并將 TWT 值提供給 STA，這樣雙方之間就不需要存在個(gè)別的 TWT 協(xié)議，此操作稱(chēng)為“廣播 TWT 操作”。

圖 2-14廣播目標(biāo)喚醒時(shí)間操作

為什么要 Wi-Fi 6(802.11ax)

802.11ax 設(shè)計(jì)之初就是為了適用于高密度無(wú)線接入和高容量無(wú)線業(yè)務(wù)，比如室外大型公共場(chǎng)所、高密場(chǎng)館、室內(nèi)高密無(wú)線辦公、電子教室等場(chǎng)景。

圖 3-1 高密高帶寬應(yīng)用場(chǎng)景

在這些場(chǎng)景中，接入Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)端設(shè)備將呈現(xiàn)巨大增長(zhǎng)，另外，還在不斷增加的語(yǔ)音及視頻流量也對(duì) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)調(diào)整，根據(jù)預(yù)測(cè)，到 2020 年全球移動(dòng)視頻流量將占移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的 50%以上，其中有 80%以上的移動(dòng)流量將會(huì)通過(guò) Wi-Fi 承載。我們都知道 4K 視頻流（帶寬要求 30Mbps/人）、語(yǔ)音流（時(shí)延小于 30ms）、VR 流（帶寬要求 50Mbps/人，時(shí)延 10~20ms）對(duì)帶寬和時(shí)延是十分敏感的，如果網(wǎng)絡(luò)擁塞或重傳導(dǎo)致傳輸延時(shí)，將對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)帶來(lái)較大影響。而現(xiàn)有的Wi-Fi 5（802.11ac）網(wǎng)絡(luò)雖然也能提供大帶寬能力，但是隨著接入密度的不斷上升，吞吐量性能遇到瓶頸。而Wi-Fi 6（802.11ax）網(wǎng)絡(luò)通過(guò) OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技術(shù)使這些服務(wù)比以前更可靠，不但支持接入更多的客戶(hù)端，同時(shí)還能均衡每用戶(hù)帶寬。比如說(shuō)電子教室，以前如果是 100 多位學(xué)生的大課授課形式，傳輸視頻或是上下行的交互挑戰(zhàn)都比較大，而802.11ax 網(wǎng)絡(luò)將輕松應(yīng)對(duì)該場(chǎng)景。

5G 與 Wi-Fi 6(802.11ax)的共存關(guān)系

這不是一個(gè)新穎的話(huà)題，在 1999 年~2000 年間，就有人提出 2G 將替代 Wi-Fi 的觀點(diǎn);2008 年~2009 年也出現(xiàn)了 4G 將代替 Wi-Fi 的猜測(cè);現(xiàn)在又有人開(kāi)始討論 5G 代替 Wi- Fi 的話(huà)題了?？墒?，5G 與 Wi-Fi 的應(yīng)用場(chǎng)景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用于室內(nèi)環(huán)境， 而 5G 則是一種廣域網(wǎng)技術(shù)，它在室外的應(yīng)用場(chǎng)景更多。所以我們相信 Wi-Fi 和 5G 將長(zhǎng)期共存下去。

我們從以下幾個(gè)角度進(jìn)一步分析：

• 流量費(fèi)用

假設(shè) 5G 技術(shù)取代 Wi-Fi，那么就必須推出無(wú)限流量的套餐，否則費(fèi)用會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬帶的使用的費(fèi)用，更何況目前寬帶的價(jià)格一年比一年低，誰(shuí)也不會(huì)去選擇更貴的 5G。在目前的 4G 時(shí)代無(wú)限流量的套餐就是個(gè)噱頭，三大運(yùn)營(yíng)商都紛紛推出過(guò)無(wú)限流量的套餐，當(dāng)時(shí)流量超出套餐的流量之后，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)將為 2G 模式，最高速度只有 128Kbps，這個(gè)速度看視頻不如看漫畫(huà)，因此所謂的無(wú)限流量只是個(gè)無(wú)稽之談。

• 網(wǎng)絡(luò)覆蓋

5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的是超高頻頻譜（5G 網(wǎng)絡(luò)頻段: 24GHz~52GHz；4G 網(wǎng)絡(luò)頻段:

1.8GHz~2.6GHz，不包括 2.4GHz），前面已經(jīng)提到，頻率越高衍射現(xiàn)象越弱，穿越障礙的 能力也就越弱，所以 5G 信號(hào)是很容易衰弱的。如果保持 5G 信號(hào)的覆蓋需要比 4G 建設(shè)更多的基站。而且由于信號(hào)的衰減，如果在大樓的內(nèi)部，隔著幾道墻，信號(hào)衰減就更加嚴(yán)重了。 再有個(gè)極端的例子就是地下室，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)可以將路由器通過(guò)有線連接放入地下室產(chǎn)生信號(hào)， 但是 5G 網(wǎng)絡(luò)是不可能覆蓋到所有大樓的地下室的，單就這一個(gè)弊端，5G 也無(wú)法取代 Wi- Fi。另外，現(xiàn)在幾乎所有智能設(shè)備都有 Wi-Fi 模塊，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也配備了 Wi-Fi 模塊， 出口只用一個(gè)公網(wǎng) IP 地址，局域網(wǎng)內(nèi)部占用大量地址也沒(méi)關(guān)系，用戶(hù)在自己的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)

下管理這些設(shè)備都很方便，而用 5G 勢(shì)必會(huì)占用更多公網(wǎng)的 IP 地址。

• 網(wǎng)絡(luò)容量

帶寬 x 頻譜效率 x 終端數(shù)量 = 總?cè)萘俊?/p>

5G 的優(yōu)點(diǎn)在于它的載波聚合技術(shù)，提升了頻譜利用率，大大提升了網(wǎng)絡(luò)容量。在 3G/4G 時(shí)代，當(dāng)用戶(hù)在人群密集的場(chǎng)所如地鐵、車(chē)站等地方使用手機(jī)上網(wǎng)時(shí)，可以明顯感覺(jué)到上網(wǎng)延遲變大，網(wǎng)速變慢。而在 5G 時(shí)代，隨著網(wǎng)絡(luò)容量大幅提升上述現(xiàn)象帶來(lái)的影響明顯降低。也正是這樣的特性，讓人們覺(jué)得 5G 網(wǎng)絡(luò)下可以無(wú)限量接入，但很多人忽視了一點(diǎn)，那就是隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，入網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量也在大幅提升，如果真的所有的上網(wǎng)設(shè)備都直連區(qū)域內(nèi)的基站，這條 5G 高速路再寬也得堵死啊！而要想降低基站塔的負(fù)擔(dān)，就必須依靠Wi-Fi 來(lái)做分流。

• Wi-Fi 速率高于 5G 速率

移動(dòng)設(shè)備廠商宣傳的 5G 最重要的 3 個(gè)特征是高速度、大容量、低時(shí)延，其實(shí)最新一代的 Wi-Fi 速率比 5G 還要快，最新的 802.11ax（Wi-Fi 6）單流峰值速率 1.2Gbps（5G 網(wǎng)絡(luò)峰值速率 1Gbps），平均來(lái)看，Wi-Fi 每升級(jí)一代所用的時(shí)間大約只是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一半左右，所以從最新的Wi-Fi 6 開(kāi)始，速率會(huì)持續(xù)領(lǐng)先于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

• 終端類(lèi)型

辦公、物流、商業(yè)、智能家居等各行各業(yè)都在走向無(wú)線化，首先要做的就是把設(shè)備、人員、終端等全部聯(lián)網(wǎng)使用。假設(shè) 5G 替代了 Wi-Fi 的存在，那么未來(lái)的所有聯(lián)網(wǎng)終端都需要配備一張類(lèi)似手機(jī) SIM 卡的東西才可以上網(wǎng)。這一個(gè)理由也注定了目前在室內(nèi)場(chǎng)景 5G 是不可能取代Wi-Fi 的。類(lèi)似的設(shè)備還有 VR、游戲機(jī)、電子閱讀器、機(jī)頂盒等等……

• 移動(dòng)端電池耗電

大家都知道手機(jī)、pad 等移動(dòng)終端都是用的電池，大家通常都認(rèn)為電池的耐用性與安裝的業(yè)務(wù)，和使用頻率有關(guān)，但人們往往忽略了一點(diǎn)，終端的各種移動(dòng)信號(hào)接入質(zhì)量好與差也與電池耗電量有關(guān)。當(dāng)信號(hào)變差時(shí)，移動(dòng)終端為了確保給用戶(hù)提供一個(gè)良好的體驗(yàn)，會(huì)自動(dòng)增加發(fā)射功率來(lái)提升信號(hào)質(zhì)量，這就導(dǎo)致電池耗電量增加。由于 Wi-Fi 的信號(hào)源基本是在室內(nèi)范圍，而 5G 信號(hào)在室外幾十公里外的基站，這樣就導(dǎo)致移動(dòng)終端上傳數(shù)據(jù)時(shí)，Wi-Fi 的傳送距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 5G 信號(hào)。通常情況下 5G 的通信距離是 Wi-Fi 的幾千倍以上，這樣就需要手機(jī)的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度大大增加，這就增加了耗電量。曾經(jīng)有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，以 4G 為例，使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)半小時(shí)，Wi-Fi 會(huì)比移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)省 5%的電量。另外，最新一代的 Wi-Fi 6 (802.11ax)支持 TWT 功能，可以在業(yè)務(wù)需要時(shí)自動(dòng)喚醒，在業(yè)務(wù)不適用時(shí)自動(dòng)休眠，進(jìn)一步節(jié)省了電量。

因此，目前所面臨的這些問(wèn)題使得 5G 還無(wú)法徹底取代 Wi-Fi，更多的是與 Wi-Fi 進(jìn)行深度融合，因此使用 Wi-Fi 的企業(yè)和用戶(hù)并不用過(guò)于慌張。今天的 Wi-Fi 已不再是一個(gè)提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，更多的應(yīng)該被視為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必備設(shè)施或中央樞紐。例如目前絕大部分的智慧零售、智慧物流、智慧辦公等解決方案的中央樞紐就是 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。