一文读懂Wi-Fi 6——尊龙时凯网络

引言

自 Wi-Fi 技术发明以来，其应用价值及商业价值被行业广泛认可，几乎所有移动设备中和大多数室内环境中都采用了 Wi-Fi 技术。随着人们生活水平的不断提高，Wi-Fi 技术也在不断演进，以为用户提供更好的无线接入体验。2019 年，Wi-Fi 家庭迎来了新的成员，Wi-Fi 6 技术诞生了。下面针对Wi-Fi6关键技术，应用场景进行介绍。

Wi-Fi 6简述

1 Wi-Fi技术的发展

众所周知，Wi-Fi技术连接着我们的手机、电脑和平板，是家庭网络的必需品。但Wi-Fi技术诞生的起因，仅仅是为了连接零售工具和POS机。

20世纪80年代后期，为了解决每次商店改变布局都要重新布线的问题，计算机系统制造商NCR公司聘用了一个荷兰团队，成功开发了被公认为Wi-Fi先驱的“WaveLAN”。以此为基础，基于未授权频谱的无线通讯IEEE802.11工作群组成立，并于1997年完成了Wi-Fi的正式标准化。但当时的数据流量仅为2Mbit/s，尚不能满足人们基本需求。

又经过2年的研究，802.11研究小组成功创建了802.11b，将数据流量提高到11Mbit/s。不久又发布了802.11a，将工作频段提高到5GHz频段，数据流量提高到54Mbit/s。但受硬件成本等因素影响，用户更多选择的是性价比更高的802.11b。同年，为了与苹果博弈，微软宣布WindowsXP操作系统预装Wi-Fi模块驱动。至此，Wi-Fi时代正式宣告到来。

11Mbit/s的传输速度虽能满足人们基本需求，但与当时的以太网还有一定差距。2003年，同样使用2.4GHz频段的802.11g被推出，速度高达54Mbit/s，并可以兼容802.11b。便宜的硬件设备使802.11g很快成为新一代无线标准。

对技术和体验的不懈追求推动了无线协议的更新换代。2009年，802.11n推出，该标准采用了封包聚合、MIMO技术和40Hz频宽，将速度进一步提升到72Mbit/s，多天线情况下甚至可以达到600Mbit/s。2014年推出802.11ac，更是将数据流量提高到400Mbit/s到几个Gbit/s。

2 Wi-Fi 6的关键技术

Wi-Fi6 引入了一系列新技术，完善了Wi-Fi5一些尚不成熟的技术，在对网络整体性能进行优化的同时，提升了接入设备的传输速度和数据传输量。

（1）OFDMA

正交频分多址技术（OFDMA,Orthogonal Frequency Divi-sion Multiple Access）将带宽划分成正交互不重叠的子载波集，再由这些子载波集构成传输的最小子信道，称为“资源单元（RU）”，每个RU最少包含26个子载波。OFDMA根据用户需求，针对不同的流量扩展资源（如即时消息和流媒体），分配不同大小的RU，最大程度地优化了系统资源。与传统的OFDM相比，OFDMA就相当于一辆卡车装了多个型号的货箱，装满后一起送给用户；而OFDM则相当于一辆卡车，只装一个型号的货箱，没装满也会发车，如果需要多种货物则需要多辆卡车，浪费了很多带宽资源。

图3.1 OFDM与OFDMA对比

（2）MU-MIMO

多用户多输入多输出（MU-MIMO，Multi-User Multiple-In-putMultiple-Output）技术分为上行技术和下行技术。下行技术使用波束成形技术将封包导向位于不同空间的STA（无线网络终端），即AP（无线接入点）为每位用户计算信道矩阵，然后将同步波束导向不同用户。上行技术利用用户之间不同位置的相互正交性来实现多用户的空间分离，免去了波束成形的交互过程。与Wi-Fi5的MU-MIMO技术相比，Wi-Fi6引入了上行技术，并将上下行链路扩展到8*8，与Wi-Fi5的下行4*4、上行1*1相比，上下行可同时连接用户数增加到8个，提高了系统容量。

3.2 802.11ax MU-MIMO的特性

（3）1024-QAM

正交振幅调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）是一种将两种条幅信号汇合到一个信道的方法，利用星座图来对数据进行调制解调。Wi-Fi6优化了原有的调制编码策略，将Wi-Fi5的256-QAM优化成1024-QAM，使星座图中原来一个点可以携带的数据量从8个bit提高到10个bit。

图3.3 256-QAM与1024-QAM的对比

（4）BSS-color与CCA门限

基于基本服务集的着色技术（BSS-color）通过STA识别基本服务集（BSS）的信号，来为不同的AP-STA组合标记不同的颜色。当STA使用基于颜色代码的CCA门限规则时，将自己的发射功率等数据与AP交换，AP通过接收到的数据反馈适合当前网络的最优参数，最大程度地减少网络空间的同频干扰。结合空间复用技术，传统网络中固定区域中只能一个BSS网络传输的情况将变成固定区域同颜色的BSS网络可以同时传输。

图3.4 动态调整BSS内部的CCA门限

（5）目标唤醒时间

目标唤醒时间（TWT，TargetWakeupTime）技术允许设备之间协商唤醒时间，在不进行数据传输的时候进入休眠状态，减少不必要的数据传输和信号搜索，从而减少功耗。

Wi-Fi6技术优势与应用前景

1 Wi-Fi6技术优势

（1）数据传输速率提升

OFDMA技术允许同一信道发送不同类型的流量，提高了信道利用率，1024-QAM则提高了星座图每个点的可携带数据量，二者从提高数据吞吐量的角度提高了数据传输速率；MU-MIMO技术提高了可同时连接STA数量，避免了传统网络排队传输的情况，有效利用了闲置带宽，从网络整体上提高了数据传输速率。

（2）网络稳定性提升

OFDMA技术通过指定上链、下链多用户作业，提供了四倍于OFDM的FFT、更窄的子载波间距以及更长的符码时间，改善了多路径衰减环境以及室外的稳定性和性能；BSS-color通过将网络分组，减少了同频干扰，并利用目标唤醒时间技术，有效避免了STA之间不必要的竞争，提升了网络性能。

（3）网络安全性提升

Wi-Fi6使用了新的安全协议WPA3，让用户在接入公共网络时，通过个性化数据加密增强用户隐私的安全性，同时将密码算法提升至192位的CNSA等级算法，使得黑客无法窥探用户流量，难以获得私人信息。

（4）功耗降低

Wi-Fi6协议中使用了BSS快速识别技术、动态CCA门限技术以及目标唤醒时间技术，解决了密集环境下路由器连接过程中需解码大量无用信号的问题并实现了路由器动态调整功率，极大地降低了功耗。

图4.1 Wi-Fi 6优势对比

2 Wi-Fi6应用场景

（1）大宽带视频业务承载

随着人们对视频体验要求的不断提升，各类视频业务的码率也在不断提升，由标清到高清，从4K到8K，直至现在的VR视频。但随之而来的是对传输带宽的要求日益增加，满足超宽带视频传输要求成为视频业务面临的重大挑战。Wi-Fi6技术支持2.4GHz和5GHz频段共存，其中5GHz频段支持160MHz带宽，速率最高可达9.6Gbit/s。5GHz频段相对干扰较少，更适合传输视频业务。同时通过BSS着色机制、MIMO技术、动态CCA等技术可降低干扰、降低丢包率，为用户带来更好的视频体验。

（2）网络游戏等低时延业务承载

网络游戏类业务属于强交互类业务，对带宽、时延等有更高的要求。尤其是新兴的VR游戏，其最好的接入方式就是Wi-Fi无线方式。Wi-Fi6的OFDMA信道切片技术能够为游戏提供专属信道，降低时延，满足游戏类业务特别是VR游戏业务对低时延传输质量的要求。

（3）智慧家庭智能互联

智能互联是智能家居、智能安防等智慧家庭业务场景的重要组成部分。当前家庭互联技术存在不同的局限性，Wi-Fi6技术将给智能家庭互联带来技术统一的机会。它将高密度、大数量接入、低功耗等特点优化集成在一起，同时又能与用户普遍使用的各种移动终端兼容，提供良好的互操作性。