來源：RF技術社區(qū)

本文來自半導體行業(yè)觀察

最新一代的Wi-Fi（稱為Wi-Fi 6）帶來了一些顯著的性能改進，旨在解決老一代的限制。盡管已經(jīng)通過802.11ax 認證的芯片提供了大量路由器和客戶端，但Wi-Fi 6才剛剛開始推廣。它將在2020年9月成為IEEE正式規(guī)范的一部分。這將迎來一波更新的設備浪潮，吹捧新的無線功能，這些功能將為下一代網(wǎng)絡帶來更快的速度和更少的擁塞。

在深入探討之前，我們必須強調一下，802.11ax（也稱為“高效無線”）與Wi-Fi 6是同一個東西，這一點很重要。但如果說起來，Wi-Fi 6比802.11ax更容易。

這是Wi-Fi聯(lián)盟制定的新命名標準，以前的幾代人現(xiàn)在被稱為Wi-Fi 5（802.11ac）和Wi-Fi 4（802.11n）。預計該標簽約定將出現(xiàn)在設備上，如下所示。

從技術上講，Wi-Fi 6的單用戶數(shù)據(jù)速率比802.11ac快37％，但更重要的是，更新的規(guī)范將在擁擠的網(wǎng)絡環(huán)境中為每位用戶提供四倍的吞吐量，并且具有更高的電源效率。應該可以延長設備的電池壽命。

為了實現(xiàn)這些改進，802.11ax進行了各種更改，包括從蜂窩行業(yè)借用的幾種多用戶技術，即MU-MIMO和OFDMA，這些技術通過實現(xiàn)更多同時連接和頻譜吞吐量的使用，而大大提高了網(wǎng)絡的容量和性能。

升級其硬件的家庭用戶可以期待這些技術的改進，尤其是隨著時間的推移，隨著每戶家庭設備數(shù)量的增加——一些估計表明，到2022年，每戶家庭將有多達50個節(jié)點。

雖然Wi-Fi 6并非旨在顯著提高下載速度，但隨著區(qū)域中設備數(shù)量的增加，這些新功能將真正發(fā)揮作用。它具有更細致入微的方法，有望隨著時間的推移帶來搬遷收益。這最終將為即將到來的智能基礎架構（例如，物聯(lián)網(wǎng)設備）上預期的節(jié)點數(shù)量奠定基礎。除了解決因物聯(lián)網(wǎng)推出而出現(xiàn)的大量設備和網(wǎng)絡部署重疊覆蓋的問題外，Wi-Fi 6還可以滿足不斷增長的對多用戶數(shù)據(jù)速率的需求。

總體而言，Wi-Fi 6建立在802.11ac之上，根據(jù)最初提出的建議，會有50多個更新，但并非所有最終功能都包含在最終規(guī)范中。

以下是Wi-Fi 6的主要優(yōu)點：

為超高清和虛擬現(xiàn)實流提供的更高的每用戶總帶寬

支持更多同時數(shù)據(jù)流，并提高了吞吐量

總頻譜更多（2.4GHz和5GHz，最終頻帶在1GHz和6GHz）

所述頻譜分為更多的信道，以實現(xiàn)更多的通信路徑

數(shù)據(jù)包包含更多數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡可以一次處理不同的數(shù)據(jù)流

在接入點的最大范圍內(nèi)提高了性能（多達4倍）

在室外和多路徑（雜亂）環(huán)境中更好的性能/魯棒性

能夠從接收效果較差的蜂窩網(wǎng)絡中分流無線流量

802.11n與802.11ac與802.11ax

802.11ac（也就是WiFi 5）在2013年進行了標準化。雖然該規(guī)范在很大程度上適合當今的典型家庭使用，但它僅使用5GHz頻譜的頻段，缺乏多用戶技術水平這將支持越來越多的設備同時連接。

作為Wi-Fi 6中即將發(fā)生的變化的參考，以下是802.11ac（Wi-Fi 5）在802.11n（Wi-Fi 4）上擴展的內(nèi)容：

較寬的頻道（80MHz或160MHz，而5GHz頻段中最大為40MHz）

八個空間流(spatial streams )，而不是四個

256-QAM與64-QAM調制（每個QAM符號傳輸更多位）

802.11ac Wave 2上的多用戶MIMO（MU-MIMO），一次可實現(xiàn)四個下行鏈路連接，而不是單用戶MIMO上僅一個（上行鏈路仍為1x1）

該規(guī)范與以前的標準一樣向后兼容，合并了2.4GHz和5GHz，并最終擴展了該頻譜，使其在可用時包括1GHz和6GHz頻段。

可能比將這些附加頻譜包含進來更值得注意的是將這一帶寬投入使用的技術。有了更多可用頻譜，Wi-Fi 6可以將帶寬劃分為更窄（更多）的子信道，從而為客戶端和接入點創(chuàng)建更多的通信渠道，并支持任何給定網(wǎng)絡上的其他設備。在較舊的802.11n中，由于重疊太多，您基本上只能同時使用3個獨立的通道。由于每個人的路由器都在互相競爭，這使公寓等擁擠的地方變得一團糟。802.11ac在5GHz頻帶中增加了額外的空間，但是802.11ax在處理此問題方面做得更好。

另一個需要考慮的領域是單個網(wǎng)絡上的多設備性能。這就是所謂的多輸入多輸出，它允許單個設備一次通過多個通道進行通信。基本上就像將多個無線適配器連接到同一網(wǎng)絡一樣。在接入點端的擴展稱為MU-MIMO或多用戶MIMO。顧名思義，它允許接入點通過MIMO一次連接到多個用戶。

盡管MU-MIMO可以使Wi-Fi 5一次為下游的四個用戶提供服務（相對于Wi-Fi 4上的單用戶MIMO而言有很大的改進），但此功能不是必需的，僅在較新的802.11ac設備中才添加。在紙面上，802.11ax可以將上行和下行鏈路的用戶數(shù)增加到8個，并有可能向單個客戶端交付四個同時的流。

但是，上行鏈路MU-MIMO不太可能使用。當前幾乎沒有任何設備可以從四個空間流中受益，因為大多數(shù)現(xiàn)有的配備MU-MIMO的智能手機和筆記本電腦只有2x2：2或3x3：3 MIMO無線電，因此幾乎沒有Wi-Fi 6支持的八個空間流。

此數(shù)字格式（AxB：C）用于演示MIMO無線電支持的最大發(fā)送天線（A），最大接收天線（B）和最大空間數(shù)據(jù)流（C）。雖然Wi-Fi設備必須支持MU-MIMO才能直接從該技術中受益，但是不帶MU-MIMO芯片的硬件應間接受益于啟用MU-MIMO的接入點上可用的額外廣播時間。

為了幫助您可視化這些技術，MU-MIMO和OFDMA的組合可以等同于擁有許多職員和多條線路，而每個職員能夠一次為多個客戶提供服務，而不是一個職員單獨為單個客戶服務。此外，802.11ax可以在路由器可用時更清楚地通知客戶端，而不是讓它們爭用訪問權限。

盡管Wi-Fi 6的總體數(shù)據(jù)速率和信道寬度與Wi-Fi 5相似，但根據(jù)已更新的規(guī)范實施了數(shù)十種技術，這些技術將顯著提高未來Wi-Fi網(wǎng)絡的效率和吞吐量，這可能會為數(shù)十種Wi-Fi網(wǎng)絡服務在單個通道上以每秒幾千兆的速度傳輸設備。我們現(xiàn)在將討論其中的一些。

OFDMA：Wi-Fi 6還引入了對上行和下行鏈路“正交頻分多址”（OFDMA）的支持，該調制方案等效于OFDM的多用戶版本（802.11ac / n規(guī)范）。OFDMA通過一次允許多達30個用戶共享一個信道來減少延遲，提高容量并提高效率。請勿將此與正交頻分復用（OFDM）混淆。

OFDMA允許在給定的帶寬中更好地分配資源單元。集成在Wi-Fi 6中，因此更多的客戶端（多達30個）可以共享同一信道而不是等待，同時還可以通過組合不同的流量類型來提高效率。OFDMA被比較為OFDM的多用戶版本。

為了簡化起見，OFDM將信道分成幾個子載波，從而允許多個并行數(shù)據(jù)流。但是，每個用戶必須使用其完整的子載波。另一方面，OFDMA將其進一步細分為可以單獨分配的資源單元。這種細粒度的分配是OFDMA性能優(yōu)勢的關鍵。

1024-QAM：下一個重大性能改進是從256-QAM躍升至1024-QAM。當無線設備傳輸消息時，它必須發(fā)出模擬信號，因為無法直接傳輸二進制數(shù)據(jù)。該模擬信號有兩個部分，分別稱為振幅（信號的強度）和正交（信號從參考點偏移了多少）。通過控制正交和幅度，我們可以通過模擬信號有效地傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。

802.11ac中使用的256-QAM系統(tǒng)將幅度和正交分為16個預定義級別。這總共提供了256（16 * 16）個可能的傳輸值，并且每次傳輸最多允許8位（2 ^ 8 = 256）。自從引入802.11ac以來，發(fā)送器和接收器技術有了長足的進步，因此我們現(xiàn)在能夠為傳輸分配更精確的值。802.11ax可以將傳輸?shù)恼缓头葎澐譃?6個可能的值，而不是將其劃分為多達32個級別。這為我們提供了1024（32 * 32）個可能的傳輸值，每次傳輸最多10位。

當然，隨著我們將越來越多的數(shù)據(jù)打包到相同數(shù)量的資源中，我們的靈敏度和準確性也必須提高。256-QAM信號的接收中的小錯誤可能不會引起問題，但是由于1024-QAM將符號打包得更近，因此同一錯誤可能會導致解碼不正確的值。設備足夠智能，可以知道如果許多傳輸被不正確地解碼，則應將其降至較低的方案。

使用80MHz信道，1024-QAM可以產(chǎn)生600Mb / s的理論單流數(shù)據(jù)速率，這比Wi-Fi 5的理論433Mb / s單流數(shù)據(jù)速率高39％。

更長的OFDM符號：將OFDM符號的傳輸時間從Wi-Fi 5上的3.2us增加到Wi-Fi 6上的12.8us，并為每個符號支持更長的循環(huán)前綴（cyclic prefix：CP）。

循環(huán)前綴（CP）將OFDM符號結尾的一部分添加到有效負載的前面，以提供一個防止符號間干擾的保護間隔并提高魯棒性，因為可以在必要時使用此部分。該數(shù)字可以根據(jù)開銷要求進行調整（較長的CP會重復更多的數(shù)據(jù)，并在符號中占用更多的空間，從而導致較低的數(shù)據(jù)速率）。

動態(tài)分段（Dynamic fragmentation）：Wi-Fi 5具有靜態(tài)分段，這要求數(shù)據(jù)包的所有分段都具有相同的大小（最后一個分段除外），而動態(tài)分段允許這些分段具有不同的大小，以便更好地利用網(wǎng)絡資源。

空間頻率復用/ OBSS（BSS著色）：如果多個接入點在同一信道上運行，則它們可以傳輸帶有唯一“顏色”標識符的數(shù)據(jù)，從而使它們可以同時通過無線介質進行通信，而無需等待顏色使它們能夠區(qū)分彼此的數(shù)據(jù)。

波束成形：這存在于Wi-Fi 5上，盡管該標準支持四個天線，而Wi-Fi 6卻將其增加到八個。波束成形通過將信號定向到特定的客戶端而不是同時在每個方向上定向，從而提高了數(shù)據(jù)速率并擴展了范圍。這有助于MU-MIMO，它不適用于快速移動的設備。可以在Wi-Fi 4設備上進行波束成形，但隨著Wi-Fi 5 Wave 2上MU-MIMO的實現(xiàn)，波束成形成為必要。在一個新的方向。

TWT（目標喚醒時間）：喚醒時間調度，而不是基于競爭的訪問。路由器可以告訴客戶端何時入睡以及何時醒來，這預計會大大延長電池壽命，因為設備會知道何時收聽頻道。

上行資源調度程序：同樣，Wi-Fi 6不會像在較舊的無線網(wǎng)絡上那樣用戶爭相上傳數(shù)據(jù)，而是調度上行鏈路以最大程度地減少沖突，從而實現(xiàn)更好的資源管理。每個人都有自己的發(fā)言空間，因此沒有人需要大聲喊叫或與他人交談。

基于觸發(fā)器的隨機訪問：還可以通過在其他屬性中指定上行鏈路窗口的長度來減少數(shù)據(jù)沖突/沖突，這些屬性可以改善資源分配并提高效率。

TWO NAVs（網(wǎng)絡分配向量）：無線站正在傳輸時，它會通告完成所需的持續(xù)時間，以便其他站可以設置其NAV以避免訪問無線介質時發(fā)生沖突。Wi-Fi 6引入了兩種NAV：一種用于站點所屬的網(wǎng)絡，另一種用于鄰近的網(wǎng)絡。這還將通過最小化對載波偵聽的需求來減少能耗。

改進的室外操作：這些功能中的一些功能將帶來更好的室外性能，包括新的數(shù)據(jù)包格式，更長的保護間隔和模式，以改善冗余和錯誤恢復。

Wi-Fi 6E：將Wi-Fi 6擴展到包括6GHz

Wi-Fi 6E是對現(xiàn)有Wi-Fi 6標準的新擴展的名稱，表示它能夠支持全新的6 GHz頻率。這將增加頻譜，更高的吞吐量和更低的延遲。

高通等行業(yè)領導者確定，未來網(wǎng)絡上適當?shù)姆召|量將需要的頻譜超出2.4GHz或5GHz所能提供的范圍。長期以來，2.4GHz頻段已被諸如微波之類的常見電子設備所飽和。另一種選擇是5GHz，它的頻譜不足以用于更寬的帶寬信道（例如80MHz或160MHz），并且5GHz的某些部分受到限制以限制其使用的限制。

2020年初，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式批準了Wi-Fi，將其覆蓋范圍擴展到美國6 GHz頻段的新無線電頻譜。具體來說，新的Wi-Fi 6E標準將可訪問1.2 GHz或1200 MHz的無線電頻譜，范圍從5.9 GHz到7.1 GHz（并在其之間合并所有6 GHz頻率，因此也包含6 GHz參考）。

標準Wi-Fi面臨頻譜短缺的問題，因為如果全世界使用的設備數(shù)量不斷增加并且6GHz的增加將有助于緩解這一問題。一旦允許，6GHz將促進Wi-Fi的持續(xù)增長，以及其他優(yōu)勢，例如更寬的信道大小以及更少的來自傳統(tǒng)Wi-Fi 4（802.11n）和Wi-Fi 5設備的干擾。分析師預測批準將觸發(fā)設備制造商對該頻段的快速采用。

從新的頻譜來看，即使毫米波5G的最寬連接（現(xiàn)有最快的5G連接）也被限制在800 MHz。換句話說，新的Wi-Fi連接可以訪問的頻率幾乎是最快的5G連接的1.5倍。

從理論上講，這意味著Wi-Fi 6E的連接速度可能比5G所能提供的最高速度明顯快得多。另外，由于物理和信號傳播的基本規(guī)律，Wi-Fi 6E的覆蓋范圍實際上可以比毫米波5G寬。

Wi-Fi 6E的影響力將在高度擁擠的地區(qū)真正發(fā)揮作用。路由器將具有更寬的通道，可以以更高的吞吐率容納更多的設備。

Wi-Fi 6或802.11ax只是為滿足不同類型設備將要滿足的各種網(wǎng)絡需求而開發(fā)的眾多即將到來的無線標準之一。802.11ad / ay將通過使用毫米波頻率帶來數(shù)千兆位的速度。相反，802.11ah專為超低功耗而設計，可能會導致幾年的電池壽命。

總結：Wi-Fi 6的空中視野

作為接替802.11n和802.11ac的下一個WLAN標準，802.11ax或Wi-Fi 6將為人口密集的中心帶來網(wǎng)絡效率和容量的顯著提高，峰值數(shù)據(jù)速率將得到適度的提高，在整個數(shù)據(jù)中心將得到更好的維持。一次增加設備。

“問題不在于Wi-Fi能走多快，而在于Wi-Fi網(wǎng)絡是否具有足夠的容量來滿足對許多不同的連接設備和服務的不斷增長的需求。”

當前沒有很多Wi-Fi 6客戶端，因此采用尚需時日。直到更多的設備使用該標準，才能真正感受到這一代的改進。像往常一樣，Wi-Fi 6向后兼容，但較舊的設備將無法利用較新的功能。

從更廣泛的角度考慮Wi-Fi 6，隨著對用戶數(shù)據(jù)的需求不斷增加，多用戶支持的增加，尤其是同時上行連接的增加已經(jīng)到來。這些數(shù)據(jù)將從物聯(lián)網(wǎng)設備中收集，并用于機器學習，推動人工智能發(fā)展，整個技術的未來以及不斷發(fā)展的數(shù)字經(jīng)濟等目的。

審核編輯黃昊宇