小蝦米聊技術之Wi-Fi 6 是什麼

小蝦米聊技術之Wi-Fi 6 是什麼

隨著國產手機小米10的發佈,國內第一款支持WI-FI 6的手機誕生了;WI-FI 6 能給我們帶來什麼樣的體驗,WI-FI 6 又是什麼黑科技呢,讓我們今天聊聊WI-FI 6……

WI-FI是什麼

WiFi相信我們不會感覺陌生,出門無論是哪裡,用手機一搜就能找到很多WiFi熱點,只是這些都要密碼無法連接罷了,雖然如此,還是向大家解析一下WiFi是什麼

小蝦米聊技術之Wi-Fi 6 是什麼

Wi-Fi是Wi-Fi聯盟製造商的商標做為產品的品牌認證,是一個創建於IEEE 802.11標準的無線局域網技術,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義術語。“Wi-Fi”常被寫成“WiFi”或“Wifi”,但是它們並沒有被Wi-Fi聯盟認可。

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無線網絡在無線局域網的範疇是指“無線相容性認證”,實質上是一種商業認證,同時也是一種無線聯網技術,以前通過網線連接電腦,而Wi-Fi則是通過無線電波來連網;常見的就是一個無線路由器,那麼在這個無線路由器的電波覆蓋的有效範圍都可以採用Wi-Fi連接方式進行聯網,如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網線路,則又被稱為熱點。

什麼是WiFi 6

WiFi 6是802.11AX。2018年10月4日,WiFi聯盟宣佈將下一代WiFi技術802.11AX更名為WiFi 6;Wi-Fi 6標準在2019年中正式發佈,是IEEE 802.11無線局域網標準的最新版本。

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802.11AX,也稱為高效無線網絡(High-Efficiency Wireless-HEW)。通過一些列系統特性和多種機制增加系統容量,通過更好的一致覆蓋和減少空口介質擁塞來改善Wi-Fi網絡的工作方式,使用戶獲得更良好的體驗;尤其在密集用戶環境中,為更多的用戶提供一致和可靠的數據吞吐量,其目標是將用戶的平均吞吐量提高至少4倍。也就是說基於802.11AX的Wi-Fi網絡意味著前所未有的高容量和高效率。

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Wifi6 速度更快

相比於上一代 802.11ac 的 WiFi 5 ,WiFi 6最大傳輸速率由前者的 3.5Gbps,提升到了 9.6Gbps,理論速度提升了近3倍。當然,這個速率僅是理論最大值,取決於空間數據流數量及無線信號的信道佔用數量,在複雜的日常生活環境下或許難以實現,但速率無疑提升十分明顯。

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多用戶傳輸技術

WiFi 6延續了WiFi 5的MU-MIMO,而且支持的數據鏈路從4條升級到了8條,也就是可以支持8x8 MU-MIMO,這也是WiFi 6的無線帶寬相比WiFi 5會有明顯增長的重要原因。

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WiFi 5的MU-MIMO僅支持下行MU-MIMO,也就是上層網絡設備在向下層設備分發數據時可以用到MU-MIMO,但反過來就不行;而WiFi 6則支持上行MU-MIMO與下行MU-MIMO,也就是說上下兩層網絡設備相互之間傳送數據時都可以用上MU-MIMO,理論上進一步提高無線帶寬的利用率。

調製編碼方式

WiFi 6引入了更高階的調製方式,從802.11ac的256-QAM提升到了1024-QAM,物理層協商速率提升25%,這就意味著後者擁有更高的數據傳輸速度。

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QAM是Quadrature Amplitude Modulation的縮寫,中文譯名為“正交振幅調製”,其幅度和相位同時變化,屬於非恆包絡二維調製。QAM是正交載波調製技術與多電平振幅鍵控的結合 。

QAM編碼是用星座圖(點陣圖)來做數據的調製解調,實際應用中是2的N次方的關係。

比如16-QAM,16是2的4次方,一次就可以傳輸4個bit的數據;

以此類推802.11N的64QAM就是2的6次方,因此一個點可以攜帶6個bit的數據信息;

802.11AC 就是256QAM,是2的8次方,因此一個點可以攜帶8個bit的數據信息;

802.11AX 最高1024QAM 是2的10次方,因此一個符號可以攜帶10個bit的數據信息。

由8bit提升到10bit 效率提升了25%

正交頻分多址

OFDMA也就是正交頻分多址技術,它是OFDM的技術演進,是一種利用OFDM對信道進行父載波化後,在部分子載波上加載傳輸數據的技術,在我們目前所用的4G網絡上,就應用了OFDMA技術。

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  • 802.11ax借鑑了正交頻分多址(OFDMA)這一成熟的4G LTE技術,將相同的信道帶寬中複用給多個用戶。
  • 802.11a/g/n/ac技術使用的是正交頻分複用(OFDM)調製方式,其原理是將信道切分為多個子載波,但是主要是為了防止干擾,單一信道內的子載波必須同時使用。
  • 802.11ax標準則更進一步,將現有的802.11信道(20、40、80和160MHz寬度)劃分成具有預定數量子載波的較小子信道,並將特定的子載波集進一步分配給個別STA。
  • 802.11ax標準也引入了LTE專有名詞,將最小的子信道稱為“資源單位”(Resource Unit ,RU),每個RU當中至少包含26個子載波(相當於2MHz帶寬)
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OFDM——即正交頻分複用技術,它是多載波調製的一種。通過頻分複用實現高速串行數據的並行傳輸, 它具有較好的抗多徑衰弱的能力,能夠支持多用戶接入。

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OFDMA——即正交頻分多址,它是將無線信道劃分為多個子信道(子載波),形成一個個頻率資源塊,用戶數據承載在每個資源塊上,而不是佔用整個信道,實現在每個時間段內多個用戶同時並行傳輸。

SR空間複用技術

為了提升密集部署環境中系統級性能和頻譜資源的有效利用,802.11ax提出了一種信道空間複用技術(spatial reuse technique)。通過該技術,STA可以識別來自OBSS(overlapping Basic Service Sets, OBSS)的信號,並且根據相關信息來進行空口衝突判斷與干擾管理。

基於顏色的快速BSS識別

當STA偵聽802.11ax的信號時,可以通過檢測前導碼中的表示BSS的顏色位(BSS color bit)或者MAC地址,如果BSS的顏色與自己關聯的AP發出的相同,那麼STA可以認為該數據幀與自己在同一個BSS。如果不相同,那麼STA可以認為該數據幀是來自OBSS的,這時就需要進行相應的退避策略。

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WiFi 6引入了BSS Coloring著色機制。簡單來說就是給每一個設備進行獨立標註,然後在數據中也加入相應的標籤,這樣即便同一個信道中有不同的設備存在,傳輸數據時也會有相應的地址,直接發送到位而不會錯誤地發送到其它設備中。再結合OFDMA共用信道的特色,這樣網絡的各個信道都可以一直維持最高效率運行,進一步提升網絡效率。

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動態功率控制

由於802.11ax引入了OFDMA與MU-MIMO傳輸技術,實現了多個用戶的同時傳輸,因此,需要對多用戶實行相應的功率控制,以保證近距離的用戶信號不會把遠距離的用戶淹沒。

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如果AP端接收到的不同用戶之間信號功率差距過大,則會引入載波間干擾,接收性能下降以及幀時間定位不準確等。在802.11ax中,AP可以命令STA進行發送功率的調整,以保證AP處接收到的RSSI能夠達到一個預定值。

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STA首先利用接收RSSI估計一個路徑損耗估計值,然後再加上AP的目標RSSI,並以該值做為發送功率來進行信號的發送,這樣就能實現近距離用戶使用較低的發射功率,遠距離用戶使用較高發射功率,在AP處的RSSI就能夠處於一個合理的範圍,以達到性能的最大化

TWT節能管理

目標喚醒時間TWT(Target Wakeup Time)是802.11ax支持的另一個重要的資源調度功能,它借鑑於802.11ah標準。

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它允許設備協商他們什麼時候和多久會喚醒發送或接收數據,允許設備於信標傳輸週期的其他時間段喚醒。

802.11ax AP可以將客戶端設備分組到不同的TWT週期,從而減少喚醒後同時競爭無線介質的設備數量。

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TWT還增加了設備睡眠時間,從而大大提高了電池壽命。

WiFi 6的優勢能在哪些場景下凸顯出來?

一是城市裡面密集度非常高的使用環境,11ax對辦公、公寓、密集型住宅甚至室外的應用都有很大的提高;

二是企業級的應用,這也是現在非常看好的最早採納11ax技術的應用場景之一。

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因為企業級應用基本把所有的關鍵業務都搬到了Wi-Fi網絡,有線網絡連接已經很少見了。無論是終端的設備接到雲端,還是應用於教育領域的電子課室都是在Wi-Fi網絡上實現的。11ax使這些服務比以前的可靠度更高,支持的客戶端數量也更大。比如說電子教室,以前如果是100多位學生的大課授課形式,傳輸視頻或是上下行的交互挑戰都比較大,11ax會使應用場景的可靠度和使用效果有很好的提升。

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802.11ax相比於802.11ac,穩定性如何?

這裡的穩定性主要指遠距離的用戶體驗怎麼樣。

作為11ax來講,因為還是在2.4GHz和5GHz上,所以信號傳輸的基本特性是不變的。剛才為什麼說11ax能擴展覆蓋範圍呢?比如說11ax有更長的OFDMA符號,就對遠距離傳輸有了進一步改善,通過這樣的途徑使覆蓋範圍擴大了。從這個方面的用戶體驗來說,中、遠端的用戶應該是能感受到連接更穩定了。比如我想在房間的另一端來看一個視頻,11ac演進到11ax以後,這個視頻接收的效果應該是更好、更穩定了。

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關於上行鏈路資源調度,比如說OFDMA下/上行都可以做,這樣使得多個客戶端可以進行協調,而不是說大家都去搶某個網絡裡的某個時間段。理解成——以前完全是分時運行,現在相當於是在分時的基礎上,在每個時段裡可以有多個客戶同時利用這個頻段,把這個頻段分得更細了。這樣的話,只要傳輸效率能更高,客戶端等待的時間也就更少了,整個網絡的衝撞也更少,這樣就達到了您提到的很重要的一點就是節能,功耗就會變少。以前11ac終端在Wi-Fi網絡中,經常有可能需要重傳,要不斷地等待自己發射的機會,這個等待時間長,能量就浪費了。如果一個手機終端支持11ax,有了OFDMA和上行MU-MIMO,大家多個終端之間互相協調,我們就知道應該在哪個時間點傳輸,避免了重發與等待,功耗表現的確會更好。


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