兩個空間流和256-QAM調制。
三個空間流和64-QAM調制。
Wi-Fi已經成為當今世界無處不在的技術，為數十億臺設備提供連接，也是越來越多用戶接入互聯網的首選，有逐漸取代有線接入的趨勢。為了適應新的業務應用，減少與有線網絡的帶寬差距，每壹代802.438+01標準都大大提高了速度。
1997 IEEE制定了第壹個無線局域網標準802.11，數據傳輸速率只有2Mbps，但這個標準的誕生改變了用戶的接入方式，將人們從線纜的束縛中解放出來。
隨著對網絡傳輸速率需求的不斷增加，IEEE在1999中發布了802.438+05438+0B標準。802.11b運行在2.4 GHz頻段，傳輸速率為11Mbit/s，是原標準的5倍。同年，IEEE發布了802.11a標準，采用了與原標準相同的核心協議，工作頻率為5GHz，最大原始數據傳輸速率為54Mbit/s，滿足了真實網絡中中等吞吐量(20Mbit/s)的要求。由於2.4GHz頻段已經在各地使用，所以采用5GHz頻段做802.6438+068。
2003年，OFDM作為802.11a的標準，也被適配工作在2.4GHz頻段，產生了802.11g，載頻為2.4 GHz(與802.11b相同)，原始傳輸速度為54 Mbit。
對Wi-Fi產生重要影響的標準是2009年發布的802.11n。該標準極大地改善了Wi-Fi的傳輸和接入，引入了MIMO、安全加密等新概念以及基於MIMO的壹些高級功能(如波束成形和空間復用...)，傳輸速度達到了600 Mbit/s，此外，802.11n也是第壹個同時工作在2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi技術。
然而，移動業務的快速發展和高密度接入對Wi-Fi網絡的帶寬提出了更高的要求。2013發布的802.11ac標準引入了更寬的射頻帶寬(升級到160MHz)和更高階的調制技術(256-QAM)，傳輸速度達到了65438。此外，2015年發布了802.11ac wave2標準，將波束形成和MU-MIMO的功能推向主流，提高了系統接入容量。可惜802.11ac只支持5GHz頻段的終端，削弱了2.4GHz頻段的用戶體驗。
然而，隨著視頻會議、無線互動VR、移動教學等商業應用越來越多，Wi-Fi接入終端越來越多，物聯網的發展帶來了更多的移動終端接入無線網絡，即使是接入終端較少的家庭Wi-Fi網絡也會因為越來越多的智能家居設備而變得擁擠不堪。因此，Wi-Fi網絡的速度仍然需要不斷提高，也需要考慮是否可以接入更多的終端，以適應不斷擴大的客戶端設備數量和不同應用的用戶體驗要求。
下壹代Wi-Fi需要解決更多終端的接入導致整個Wi-Fi網絡效率下降的問題。早在2014年，IEEE 802.11工作組就已經開始應對這壹挑戰。預計2019年正式推出的802.11ax(下壹章介紹為什麽叫Wi-Fi 6)標準將引入上行MU-MIMO、OFDMA頻分復用、1024-QAM高階編碼等技術，從頻譜資源利用、多用戶接入等方面解決網絡容量和傳輸效率問題。目標是在密集用戶環境下，用戶平均吞吐量比目前的Wi-Fi 5至少提高4倍，並發用戶數提高3倍以上。所以Wi-Fi 6(802.11ax)也叫高效無線(HEW)。
Wi-Fi 6是下壹代802.11ax標準的簡稱。隨著Wi- Fi標準的演進，WFA選擇使用數字序列號來重命名Wi- Fi，以方便Wi-Fi用戶和設備制造商輕松了解其設備連接或支持的Wi-Fi型號。另壹方面，選擇新壹代命名方式是為了更好地突出Wi-Fi技術的巨大進步，它提供了很多新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度，以及對更多並發連接的支持。根據WFA的公告，目前的Wi-Fi命名分別對應以下802.11技術標準:
類似於先前發布的新的802.11標準，802.111ac/n/g/a/b標準也將兼容先前的802.165436
4G是移動網絡高速的代名詞，同樣的，Wi-Fi 6也是無線局域網高速的代名詞，但是這個高速是怎麽來的，是由以下幾個因素決定的。
1.空間流的數量實際上是AP的天線數量。天線越多，整機吞吐量越大。就像高速公路的車道壹樣，8車道的車流量肯定會大於4車道。
表2對應於不同802.11標準的空間流數量2。符號和GI符號是時域中的傳輸信號，兩個相鄰的符號之間應該有壹定的間隙(GI)以避免符號之間的幹擾。就像中國的高鐵壹樣，每列火車都相當於壹個符號，所以從同壹個車站開出的兩列火車必須有時間差，否則兩列火車就有可能相撞。不同Wi-Fi標準下的差距也不同。壹般來說，傳輸速度快時需要適當增大GI，就像同壹車道上兩列時速350KM/h的高速列車的發車時間差距要大於時速250 km/h的高速列車。
表3對應於802.11標準的符號和GI數據
3.編碼方式編碼方式就是調制技術，即1個符號可以承載的比特數。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6，每改進壹次調制技術，每個空間流的速率至少可以提高20%。
表4 QAM 4。802.11標準對應的碼率理論上按照編碼方式應該是無損傳輸，但現實並沒有那麽美好。需要在傳輸時加入壹些信息碼進行糾錯，用冗余交換高可靠性。碼率是實際傳輸的數據碼與排除糾錯碼後的理論值之比。
表5對應802.11標準5的碼率。有效子載波數載波類似於頻域中的符號，壹個子載波承載壹個符號，在不同的調制方式和不同的帶寬下，子載波數是不同的。
表6.802.11對應於標準的子載波數量
此時，我們可以計算HT80帶寬中802.11ac和802.11ax的單個空間流的最大速率:
Wi-Fi 6(802.11ax)繼承了Wi-Fi 5(802.11ac)的所有高級MIMO特性，並增加了許多針對高密度部署場景的新特性。以下是Wi-Fi 6的核心新功能:
這些核心新功能將在下面詳細描述。
圖2-1 OFDM工作模式802.11ax介紹了壹種更高效的數據傳輸模式，稱為OFDMA(由於802.11ax支持上下行多用戶模式，也可稱為MU-OFDMA)，它是通過為不同用戶分配子載波，並在OFDM系統中增加多址接入來實現的。到目前為止，它已經被許多無線技術采用，如3GPP LTE。此外，802.11ax標準也模仿LTE，最小的子信道稱為“資源單元(RU)”。每個RU包含至少26個子載波，並且根據時頻資源塊RU來區分用戶。首先，我們將整個信道的資源分成小的固定大小的時頻資源塊RU。在這種模式下，用戶的數據承載在每個RU上，所以從總時頻資源的角度來看，多個用戶在每個時間片上同時傳輸是可能的(如下圖)。
圖2-2 OFDMA工作模式OFDMA壹般比OFDM有三個優點:
圖2-3不同子載波的頻域信道質量
因為802.11ac以及之前的標準都是占用整個信道來傳輸數據，如果需要發送壹個QOS包，就必須等待之前的發送方釋放整個信道，所以會有很長的延遲。在OFDMA模式下，由於壹個發送方只占用整個信道的部分資源，壹次可以發送多個用戶的數據，因此可以降低QOS節點的接入時延。
表7不同帶寬中的ru數量
圖2-4 RU在20MHz的位置圖RU越多，發送小數據包時多用戶處理效率和吞吐量越高。下圖顯示了模擬的優勢:
圖2-5 OFDMA和OFDM模式下的多用戶吞吐量仿真
圖2-6 Su-MIMO和MU-MIMO之間的吞吐量差異
圖2-7調度序列2-7 8x8 MU-MIMO AP下行多用戶模式
圖2-8多用戶模式的上行調度順序雖然802.11ax標準允許OFDMA和MU- MIMO同時使用，但是不要混淆OFDMA和MU-MIMO。OFDMA支持多用戶通過細分信道(子信道)來提高並發效率，MU-MIMO支持多用戶通過使用不同的空間流來提高吞吐量。下表是OFDMA和MU-MIMO之間的比較:
表OFDMA和MU-MIMO的比較
圖2-9:比較星座圖2-9 256-QAM和1024-QAM需要註意的是，1024-QAM調制在802.11ax中的成功使用取決於信道條件，更密集的星座點距離需要更強的EVM(誤差矢量幅度，用於量化無線電接收機或發射機在調制精度方面的性能)和接受度。
圖2-10 802.11默認CCA閾值
例如，如圖12所示，AP1上的STA1正在傳輸數據。這時，AP2也想向STA2發送數據。根據Wi-Fi射頻傳輸原理，需要先監聽信道是否空閑，默認CCA門限為-82dBm，發現信道已經被STA1占用，AP2會因為無法並行傳輸而延遲傳輸。事實上，所有與AP2相關聯的同信道客戶端都將延遲發送。引入了動態CCA閾值調整機制。當AP2檢測到同頻信道被占用時，可以根據幹擾強度調整CCA門限監聽範圍(例如-82dBm到-72dBm)，避免幹擾帶來的影響，從而實現同頻並發傳輸。
圖2-11動態CCA門限調整由於Wi-Fi客戶端設備的移動性，在Wi-Fi網絡中檢測到的同頻幹擾不是靜態的，它會隨著客戶端設備的移動而變化，因此引入動態CCA機制是非常有效的。802.11ax中引入了壹種新的同頻傳輸的識別機制，稱為BSS著色機制。壹個BSS顏色字段被添加到PHY報頭中，以對來自不同BSS的數據進行“著色”,並且壹種顏色被分配給每個信道，這標識了壹組不應被幹擾的基本服務集(BSS)。接收機可以盡早識別同頻傳輸的幹擾信號並停止接收，避免浪費收發時間。如果顏色相同，則認為是同壹BSS中的幹擾信號，傳輸會延遲；如果顏色不同，則認為兩者之間沒有幹擾，兩個Wi-Fi設備可以在相同的信道和頻率上並行傳輸。在這樣設計的網絡中，那些顏色相同的通道彼此相距甚遠。此時我們使用動態CCA機制將此信號設置為不敏感，實際上它們不太可能相互幹擾。
圖2-12無BSS顏色機制和BSS顏色機制的比較
圖2-13長OFDM符號和窄帶傳輸增加覆蓋距離
之前的核心技術已經證明了802.11ax帶來的是高效率的傳輸和高容量，但802.11ax並不是Wi-Fi的最終標準，它只是壹個高效無線網絡的開始。802.11ax新標準仍然需要兼容舊標準的設備，以下是802.11ax標準的其他新特性:
這些新功能將在下面詳細描述。
我們都知道2.4GHz的帶寬很窄，只有20MHz的三個無幹擾信道(1，6和11)，在802.11ac標準中已經被放棄，但不可否認的是2.4GHz仍然是壹個可用的Wi-Fi頻段。因此，802.11ax標準選擇繼續支持2.4GHz，以充分利用該頻段的獨特優勢。
在無線通信系統中，頻率較高的信號比頻率較低的信號更容易穿透障礙物，而頻率越低，波長越長，衍射能力越強，穿透能力越差，信號損耗衰減越小，傳輸距離越遠。5GHz頻段雖然能帶來更高的傳播速度，但信號衰減也更大，所以傳輸距離比2.4GHz要短，所以我們在部署高密度無線網絡時，2.4GHz頻段不僅用於兼容老舊設備，還能起到很大的覆蓋邊緣區域彌補盲區的作用。
現階段，2.4GHz設備仍有上億臺在線。就連現在已經成為潮流的物聯網網絡設備也使用2.4GHz頻段。對於壹些流量不大的業務場景(如電子圍欄、資產管理)，終端設備較多，使用成本較低的僅支持2.4GHz的終端是非常劃算的選擇。
圖2-14廣播目標喚醒時間操作
為什麽是Wi-Fi 6 (802 438+05438+0AX)？
802.11ax的設計初衷是適用於高密度無線接入和大容量無線業務，如室外大型公共場所、高密度場館、室內高密度無線辦公室、電子教室等場景。
圖3-1高密度高帶寬應用場景在這些場景下，接入Wi-Fi網絡的客戶端設備將呈現巨大的增長。此外，不斷增加的語音和視頻流量也會給Wi-Fi網絡帶來調整。根據預測，到2020年，全球移動視頻流量將占移動數據流量的50%以上，80%以上的移動流量將由Wi-Fi承載。我們都知道4K視頻流(帶寬要求30Mbps/人)、語音流(延遲小於30ms)、VR流(帶寬要求50Mbps/人，延遲10~20ms)對帶寬和延遲非常敏感。如果網絡擁塞或重傳導致傳輸延遲，會對用戶體驗造成很大影響。現有的Wi-Fi 5(802.11ac)網絡也能提供大帶寬能力，但隨著接入密度的增加，吞吐量性能遇到瓶頸。Wi-Fi 6 (802.11ax)網絡通過OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM等技術，使這些服務比以前更加可靠，不僅支持接入更多的客戶端，還平衡了每個用戶的帶寬。比如電子教室，如果以前是100多學生的大班，傳輸視頻或者上下互動都是很大的挑戰，802.438+05438+0AX網絡就能輕松應對這種場景。
* * *和Wi-Fi的關系6(802.11ax)
這不是壹個新奇的話題。1999 ~2000年期間，有人提出2G將取代Wi-Fi。從2008年到2009年，也有人猜測4G會取代Wi-Fi。現在有人在討論5G取代Wi- Fi的話題。但是5G和Wi-Fi的應用場景模式是不壹樣的。Wi-Fi主要用於室內環境，而5G是廣域網技術，有更多的室外應用場景。所以我們相信Wi-Fi和5G會生存很長壹段時間。我們從以下幾個角度進壹步分析:
假設5 G技術取代Wi-Fi，就必須推出不限流量的套餐，否則成本將遠大於使用寬帶的成本，更何況現在的寬帶價格壹年比壹年低，沒有人會選擇更貴的5G，在現在的4G時代，不限流量套餐就是個噱頭。三大運營商相繼推出無限流量套餐。屆時，當流量超過套餐流量時，網絡將自動處於2G模式，最高速度僅為128Kbps。以這種速度看視頻還不如看漫畫，所以所謂的流量不限量都是扯淡。
5G網絡技術使用超高頻頻譜(5G網絡頻段:24 GHz ~ 52 GHz4G網絡頻段:1.8GHz~2.6GHz，不含2.4GHz)。如前所述，頻率越高，衍射現象越弱，越障能力越弱，因此5G信號很容易被削弱。如果要維持5G信號的覆蓋，我們需要建設比4G更多的基站。而且由於信號衰減，如果建築內部有幾面墻，信號衰減會更嚴重。另壹個極端的例子是地下室。Wi-Fi網絡可以通過有線連接把路由器放入地下室產生信號，但5G網絡不可能覆蓋所有建築的地下室。僅憑這個缺點，5G無法取代Wi- Fi。另外，現在幾乎所有的智能設備都有Wi-Fi模塊，大部分物聯網設備也都配備了Wi-Fi模塊。出口只用壹個公網IP地址，局域網內部占用大量地址也沒關系。方便用戶在自己的Wi-Fi網絡下管理這些設備，使用5G必然會占用更多的公共IP地址。
帶寬x頻譜效率x終端數量=總容量。
5G的優勢在於其載波聚合技術，提高了頻譜利用率，大大提高了網絡容量。3G/4G時代，用戶在地鐵、車站等人流密集的地方使用手機上網時，可以明顯感覺到上網時延變大，網速變慢。在5G時代，隨著網絡容量的大幅提升，上述現象的影響已經明顯降低。正是這個特點，讓人覺得5G網絡下可以無限接入，但很多人忽略了，隨著物聯網時代的到來，網絡接入設備的數量也在大大增加。如果所有的上網設備都直接連接到區域內的基站，這條5G高速公路再寬也是堵的！為了減輕基站塔的負擔，必須依靠Wi-Fi進行分流。
移動設備制造商宣傳的5G的三個最重要的特征是高速度、大容量和低延遲。事實上，最新壹代的Wi-Fi速率甚至比5G還要快，最新的802.11ax(Wi-Fi 6)單流峰值速率為1.2Gbps(5G網絡峰值速率為1Gbps)。平均而言，Wi-Fi每壹代升級所需的時間約為移動網絡的壹半，因此從最新的Wi-Fi 6開始，該速率將繼續領先於移動網絡。
辦公、物流、商業、智能家居等行業都在向無線化邁進。首先要做的是利用互聯網上的所有設備、人員和終端。假設Wi-Fi的存在被5G取代，未來所有聯網終端都需要配備類似手機SIM卡的東西才能上網。這個原因也註定了5G目前在室內場景下不可能取代Wi-Fi。類似的設備還有VR、遊戲機、電子閱讀器、機頂盒等...
大家都知道手機、pad等移動終端都是用電池的。壹般認為電池的耐用程度與安裝的業務和使用頻率有關，但人們往往忽略了終端的各種移動信號接入質量也與電池的耗電量有關。當信號變得更差時，移動終端為了保證用戶的良好體驗，會自動增加發射功率來改善信號質量，這將導致電池功耗的增加。因為Wi-Fi的信號源基本在室內，而5G信號在幾十公裏外的基站，所以在移動終端上傳數據時，Wi-Fi的傳輸距離遠不如5G信號。壹般情況下，5G的通信距離是Wi-Fi的幾千倍，需要手機的信號發射強度大大增加，增加了功耗。有人做過實驗。以4G為例。使用網絡數據半小時，Wi-Fi會比移動網絡省電5%。此外，最新壹代Wi-Fi 6 (802.11ax)支持TWT功能，可在需要服務時自動喚醒，在服務不適用時自動休眠，進壹步省電。
所以，這些問題使得5G不可能完全取代Wi-Fi，它與Wi-Fi的結合更加深入，使用Wi-Fi的企業和用戶不必過於慌張。今天的Wi-Fi不再是提供無線網絡的設備，而應該被視為企業數字化轉型的必要設施或中心樞紐。比如目前大部分智慧零售、智慧物流、智慧辦公等解決方案的中心樞紐就是Wi-Fi網絡。
參考:
這篇文章是關於WiFi 6技術最詳細的。
不同的Wi-Fi協議和數據速率
赫茲(物理單位