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WIFI 6要來了,你了解它了嗎
  • 發(fā)布日期:2019-10-14      瀏覽次數(shù):2798
    • 隨著即將到來的重大更新,Wi-Fi將變得更好更快。雖然很多路由器已經(jīng)配備了使用規(guī)范草案的芯片,但802.11ax Wi-Fi直到2019年9月正式獲得Wi-Fi 6認(rèn)證時(shí)才*定型。WIFI聯(lián)盟也在近日開啟了WIFI 6認(rèn)證計(jì)劃。這將帶來一波更新設(shè)備的浪潮,它們兜售新的無線功能,將為下一代網(wǎng)絡(luò)帶來更快的速度和更少的擁塞。但你真的了解WIFI 6嗎?

       

      我們平常所說的Wi-Fi 6,也就是802.11ax,同時(shí)也也被稱為“無線”。這是由Wi-Fi聯(lián)盟設(shè)定的新命名標(biāo)準(zhǔn),前幾代現(xiàn)在被稱為Wi-Fi 5(802.11ac)和Wi-Fi 4(802.11n)。該標(biāo)簽慣例將出現(xiàn)在下面的設(shè)備上。

       

      從技術(shù)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,更新后的規(guī)范將為擁擠環(huán)境中的每個(gè)用戶提供四倍的吞吐量,以及更高的能效,這將提高設(shè)備的電池壽命。

       

      為了實(shí)現(xiàn)這些改進(jìn),802.11ax實(shí)現(xiàn)了多種變化,包括從蜂窩行業(yè)借鑒的幾種多用戶技術(shù),即MU-MIMO和OFDMA,這些技術(shù)通過支持更多的同時(shí)連接和更*地使用頻譜,極大地提高了容量和性能。

       

      升級(jí)硬件的家庭用戶可以期待從這些技術(shù)中得到一些改進(jìn),特別是隨著時(shí)間的推移,每家設(shè)備數(shù)量的增加。一些估計(jì)表明,到2022年,每家將有多達(dá)50個(gè)節(jié)點(diǎn)。

       

      然而,如前所述,Wi-Fi 6預(yù)計(jì)將在網(wǎng)絡(luò)高度擁擠的地區(qū)產(chǎn)生更直接的影響,并終有助于為即將到來的智能基礎(chǔ)設(shè)施(如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量打下基礎(chǔ)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的推出,設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部署的數(shù)量不斷增加,覆蓋范圍不斷重疊,Wi-Fi 6也將配備起來,以滿足對(duì)更快的多用戶數(shù)據(jù)速率的日益增長(zhǎng)的需求。

       

      總體而言,Wi-Fi 6基于802.11ac構(gòu)建,具有50多種更新功能,但并非所有功能都必須包含在終規(guī)范中。

       

      Wi-Fi 6想要實(shí)現(xiàn)的一些目標(biāo)

       

       

      • 為超高清和虛擬現(xiàn)實(shí)流媒體提供更高的每用戶總帶寬

         

      • 支持更多的數(shù)據(jù)流同時(shí)增加吞吐量

         

      • 更多的總頻譜(2.4GHz和5GHz,終頻段為1GHz和6GHz)

         

      • 所述頻譜分成更多信道以實(shí)現(xiàn)更多的通信路由

         

      • 數(shù)據(jù)包包含更多的數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)處理不同的數(shù)據(jù)流

         

      • 在訪問點(diǎn)的大范圍內(nèi)改進(jìn)性能(多4倍)

         

      • 在室外和多路徑(雜亂)環(huán)境中提供更好的性能/穩(wěn)健性

         

      • 能夠從接收較差的蜂窩網(wǎng)絡(luò)offload 無線業(yè)務(wù)

         

        2013年發(fā)布的802.11ac(現(xiàn)在也被稱為Wi-Fi 5)在2013年實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,雖然該規(guī)范在很大程度上適用于今天的普通家庭使用,但它只使用5GHz頻段,缺乏支持同時(shí)連接越來越多設(shè)備的多用戶技術(shù)水平。

         

        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)上的擴(kuò)展:

         

        更寬的信道(80MHz或160MHz,而5GHz頻段的大值為40MHz)

         

        8個(gè)空間流而不是4個(gè)(空間流圖示)

         

        256-QAM與64-QAM調(diào)制(每個(gè)QAM symbol傳輸更多的比特)

         

        802.11ac Wave 2上的多用戶MIMO (MU-MIMO),可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)四個(gè)下行連接,而不是單用戶MIMO上只有一個(gè)(上行仍然是1x1)

         

        當(dāng)Wi-Fi 6全面啟動(dòng)時(shí),該規(guī)范將向后兼容先前的標(biāo)準(zhǔn),包括2.4GHz和5GHz,并終將該頻譜擴(kuò)展到包括1GHz和6GHz的頻段。

         

        可能比包括這個(gè)附加頻譜更值得注意的是將使用這個(gè)帶寬的技術(shù)。隨著可用頻譜的增加,Wi-Fi 6可以將帶寬分成更窄(更多)的子信道,為客戶端和接入點(diǎn)提供更多的通信途徑,同時(shí)支持任何給定網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備。

         

        盡管Wi-Fi 5可以通過MU- MIMO同時(shí)為下游的四個(gè)用戶提供服務(wù)(這比Wi-Fi 4上的單用戶MIMO有很大的改進(jìn)),但今天的AC無線(Wi-Fi 5)仍然只能在上游一次處理一個(gè)用戶。從理論上講,802.11ax將在上行和下行兩個(gè)方向上增加到8個(gè)用戶,并有可能同時(shí)向一個(gè)客戶端提供4個(gè)流。

         

        然而,我們已經(jīng)了解到,在輪802.11ax認(rèn)證的硬件上可能不支持上行MU-MIMO,目前幾乎沒有任何設(shè)備能夠從4個(gè)空間流中獲益,更不用說支持Wi-Fi 6的8個(gè)了,因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的MU-MIMO配備的智能和筆記本電腦只有2x2:2或3x3:3的MIMO無線電。

         

        (說明一下,此數(shù)字格式(AxB:C)用于演示MIMO無線電支持的大發(fā)射天線數(shù)量(A)、大接收天線數(shù)量(B)和大空間數(shù)據(jù)流數(shù)量(C)。雖然Wi-Fi設(shè)備必須支持MU-MIMO才能直接受益于該技術(shù),但沒有MU-MIMO芯片的硬件應(yīng)該間接受益于啟用了MU-MIMO的接入點(diǎn)的額外air time。)


         

        Wi-Fi 6還引入了對(duì)上行和下行鏈路“正交頻分多址”(OFDMA)技術(shù)的支持,OFDMA是一種調(diào)制方案,等同于多用戶版本的OFDM(802.11ac / n規(guī)范),它將通過允許多達(dá)30個(gè)用戶同時(shí)共享一個(gè)信道來減少延遲、提高容量和提率。

         

        為了幫助您直觀地看到這些技術(shù),我們來舉一個(gè)簡(jiǎn)單的類比:

         

        MU- MIMO和OFDMA的結(jié)合可以等同于擁有多個(gè)職員和多條線路,而不是一個(gè)職員單獨(dú)為一行客戶提供服務(wù),每個(gè)職員能夠同時(shí)為多個(gè)客戶提供服務(wù)。

         

        此外,802.11ax可以更清楚地通知客戶路由器什么時(shí)候可用,而不是讓他們爭(zhēng)用訪問權(quán),并通過1024-QAM編碼提高每個(gè)有效負(fù)載中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,而不是Wi-Fi 5上的256-QAM調(diào)制和Wi-Fi 4上的64-QAM調(diào)制。

         

        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,但許多技術(shù)已實(shí)現(xiàn)到更新的規(guī)范中,這將顯著提高未來Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的效率和吞吐量,未來的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可能在一個(gè)通道上為數(shù)十臺(tái)設(shè)備提供服務(wù),速度可達(dá)每秒幾次。

         

        Wi-Fi 6改變的一些核心技術(shù)

         

        MU- MIMO(多用戶多輸入多輸出):

         

        Wi-Fi 5 Wave 2引入了多用戶MIMO,但僅支持下游的四個(gè)同時(shí)連接(上游一個(gè)),而Wi-Fi 6將能夠處理上下行的八個(gè)數(shù)據(jù)流,同時(shí)支持更多用戶,并提供比Wi-Fi 5理論上大吞吐量的4倍。

         

        與SU-MIMO APs相比,MU-MIMO接入點(diǎn)還可以處理更多的信號(hào)處理,從而減輕端點(diǎn)設(shè)備的負(fù)擔(dān),在開發(fā)出處理信號(hào)的工具之前,MU-MIMO業(yè)務(wù)被認(rèn)為是安全的,因?yàn)橹挥蓄A(yù)期的接收方可以讀取數(shù)


         

        OFDMA(正交頻分多址):

         

        不是Wi-Fi 5的一部分,它有常規(guī)的OFDM。借用4G LTE網(wǎng)絡(luò)。允許在給定帶寬內(nèi)分配資源單元。與Wi-Fi 6連接,使更多的客戶(多達(dá)30個(gè))可以共享同一頻道,而不是等待,同時(shí)還可以通過梳理不同的流量類型來提率。OFDMA被認(rèn)作OFDM的多用戶版本來進(jìn)行比較。

         

        1024-QAM(正交調(diào)幅):

         

        比Wi-Fi 5上的256-QAM有所增加,盡管這一代路由器的一個(gè)實(shí)驗(yàn)特性是1024-QAM。這通過在每個(gè)數(shù)據(jù)包中塞入更多的數(shù)據(jù)來提高吞吐量。

         

        1024-QAM每OFDM symbol 使用10 bits,而256 QAM使用8 bits,25%的容量提升導(dǎo)致使用80MHz信道的理論單流數(shù)據(jù)速率為600Mb/s(比Wi-Fi 5的理論上433Mb/s單流數(shù)據(jù)速率高39%)。


         

        更長(zhǎng)的OFDM Symbols :

         

        增加OFDM Symbol從Wi-Fi 5上的3.2ms傳輸時(shí)間到Wi-Fi 6上的12.8ms的持續(xù)時(shí)間,并為每個(gè)符號(hào)支持更長(zhǎng)的循環(huán)前綴。(Longer OFDM Symbols - Increases the duration that an OFDM symbol is transmitted from 3.2ms on Wi-Fi 5 to 12.8ms on Wi-Fi 6 and supports a longer cyclic prefix for each symbol.)

         

        循環(huán)前綴(CP)將OFDM符號(hào)末尾的一部分添加到負(fù)載前端,以提供防止符號(hào)間干擾的保護(hù)間隔,并提高魯棒性,因?yàn)槿绻枰?,可以使用這部分。這個(gè)數(shù)字可以根據(jù)開銷需求進(jìn)行調(diào)整(較長(zhǎng)的CP重復(fù)更多的數(shù)據(jù),并在符號(hào)中占用更多的空間,從而導(dǎo)致較低的數(shù)據(jù)速率)。

         

        動(dòng)態(tài)分配 (Dynamic fragmentation ):

         

        雖然Wi-Fi 5具有靜態(tài)分配(static fragmentation),它要求數(shù)據(jù)包的所有片段具有相同的大?。ê笠粋€(gè)片段除外),但動(dòng)態(tài)分配允許這些片段具有不同的大小,以便更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源。

         

        如果多個(gè)接入點(diǎn)在同一個(gè)信道上運(yùn)行,它們可以使用一個(gè)*的“顏色”標(biāo)識(shí)符傳輸數(shù)據(jù),使它們可以在無線介質(zhì)上同時(shí)通信,而無需等待,因?yàn)轭伾顾鼈兡軌騾^(qū)分彼此的數(shù)據(jù)。

         

        Beamforming(波束成形):

         

        存在于Wi-Fi 5上,雖然該標(biāo)準(zhǔn)支持四個(gè)天線,而Wi-Fi 6將此增加到八個(gè)。波束形成通過將信號(hào)定向到特定的客戶端而不是同時(shí)指向各個(gè)方向來提高數(shù)據(jù)速率和擴(kuò)展范圍。這有助于MU-MIMO,它不適用于快速移動(dòng)的設(shè)備。波束形成在Wi-Fi 4設(shè)備上是可選的,但隨著Wi-Fi 5 Wave 2上的MU-MIMO的實(shí)現(xiàn),波束形成成為必要。

         

        TWT(目標(biāo)喚醒時(shí)間):

         

        喚醒時(shí)間調(diào)度,而不是基于競(jìng)爭(zhēng)的訪問。路由器可以告訴客戶端何時(shí)休眠以及何時(shí)喚醒,這對(duì)電池的壽命有很大的影響,因?yàn)樵O(shè)備會(huì)知道什么時(shí)候在頻道上監(jiān)聽。

         

        上行資源調(diào)度程序:

         

        類似地,Wi-Fi 6調(diào)度上行資源以小化沖突,從而實(shí)現(xiàn)更好的資源管理,而不是像今天的無線網(wǎng)絡(luò)那樣,用戶競(jìng)相上傳數(shù)據(jù)。

         

        基于觸發(fā)器的隨機(jī)訪問:

        通過上行窗口的長(zhǎng)度和其他屬性,還可以減少數(shù)據(jù)沖突/沖突,從而提高資源分配和效率。

         

        兩個(gè)NAV(網(wǎng)絡(luò)分配矢量):

         

        當(dāng)一個(gè)無線站正在傳輸時(shí),它會(huì)公布完成所需的時(shí)間,以便其他站可以設(shè)置其NAV,以避免在訪問無線介質(zhì)時(shí)發(fā)生沖突。Wi-Fi 6引入了兩種NAV:一個(gè)用于站點(diǎn)所屬的網(wǎng)絡(luò),另一個(gè)用于相鄰網(wǎng)絡(luò)。這還應(yīng)通過小化對(duì)載波傳感的需求來降低能耗。

         

        改進(jìn)的戶外操作:

         

        其中一些功能將帶來更好的戶外性能,包括新的數(shù)據(jù)包格式,更長(zhǎng)的保護(hù)間隔和模式,以改善冗余和錯(cuò)誤恢復(fù)。

         

        將Wi-Fi 6擴(kuò)展到6GHz

         

        像高通這樣的行業(yè)已經(jīng)確定,未來網(wǎng)絡(luò)上的足夠服務(wù)質(zhì)量將需要比2.4GHz或5GHz更多的頻譜。2.4GHz頻段長(zhǎng)期以來一直被普通電子產(chǎn)品所飽和使用,而5GHz頻譜不足以用于更寬帶寬信道(例如80MHz或160MHz),5GHz的部分頻段受到限制使用。

         

        高通已建議,監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)預(yù)期在5GHz頻段的某個(gè)地方,為未*技術(shù)分配約1280MHz的無*頻譜。

         

        美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)在2017年7月呼吁公眾就3.7GHz至24GHz之間的中頻頻譜擴(kuò)展發(fā)表意見,對(duì)此,包括高通(Qualcomm)在內(nèi)的30多家科技公司提交了一份提案,堅(jiān)稱5925-7125MHz頻段(“6GHz頻段”)“對(duì)于滿足下一代無線寬帶服務(wù)的需求至關(guān)重要”。

        為了滿足即將到來的Wi-Fi需求,兩家公司提出對(duì)未經(jīng)許可的技術(shù)開放6GHz,并分成四個(gè)具有不同技術(shù)規(guī)則和干擾保護(hù)的子頻段。

         

        鑒于Wi-Fi - 6目前正在開發(fā)中,美國和其他國家正在開放6GHz頻段,IEEE 802.11ax任務(wù)組決定在下一代Wi-Fi 6上實(shí)現(xiàn)對(duì)該頻段的支持。

         

        將6GHz頻段分配為無牌照頻段對(duì)企業(yè)頗具吸引力,因?yàn)樗鼈兛梢栽诓幌騀CC申請(qǐng)接入的情況下使用這一頻段。隨著所謂的第四次工業(yè)革命的展開,F(xiàn)CC有望推動(dòng)創(chuàng)新和投資。

         

        “通過向無*無線電本地接入網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商開放整個(gè)頻段,委員會(huì)將允許我們能夠?yàn)橄M(fèi)者帶來更快的服務(wù),更低的延遲和更廣泛的覆蓋范圍,并使國家能夠獲得與無*技術(shù)相關(guān)無經(jīng)濟(jì)和公共安全利益”,這些公司在提交給FCC的提案中寫道。

         

        Wi-Fi 6或802.11ax只是許多即將推出的無線標(biāo)準(zhǔn)之一,這些標(biāo)準(zhǔn)正在開發(fā)中,以滿足不同類型設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)的各種需求。

         

        標(biāo)準(zhǔn)范圍從802.11aj/ay(每秒可傳輸數(shù)十千兆比特,超過60 GHz毫米波頻率)到802.11ah(為物聯(lián)網(wǎng)傳感器提供更低帶寬/更好范圍)等低于1GHz的規(guī)范,所有這些(或更多)都將是經(jīng)許可和無*的5G頻譜的一部分。

         

        總結(jié):俯瞰Wi-Fi 6

         

        為了取代802.11n和802.11ac成為下一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn),802.11ax或Wi-Fi 6正在開發(fā)中,以顯著提高密集人口中心的網(wǎng)絡(luò)效率和容量,并適度提高峰值數(shù)據(jù)速率,這將在更多設(shè)備上同時(shí)得到更好的支持。

         

        或者像高通喜歡說的那樣,“問題不在于Wi-Fi的速度有多快,而是Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是否有足夠的容量來滿足對(duì)許多不同連接設(shè)備和服務(wù)日益增長(zhǎng)的需求。”

         

        由于Wi-Fi 6將對(duì)體育場(chǎng)館或公寓樓等擁擠場(chǎng)所的網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生直接影響,因此該標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)將比以前的Wi-Fi迭代更快地采用,并且終將成為家庭用戶的必需品。100Mb / s到1Gb / s的寬帶連接變得更加可用,并且隨著物聯(lián)網(wǎng)的推出導(dǎo)致“一切”在線。

         

        從更廣泛的角度考慮Wi-Fi 6,對(duì)多用戶支持的提升,特別是上游同時(shí)連接的增加,將加速對(duì)用戶數(shù)據(jù)的需求,這些數(shù)據(jù)將從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集,用于機(jī)器學(xué)習(xí)、推動(dòng)人工智能、整體技術(shù)的未來和不斷增長(zhǎng)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)等目的。

         

        本文在介紹中提到的,路由器已經(jīng)可用基于802.11 ax規(guī)范草案,終批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)和終的認(rèn)證,于2019年9月發(fā)行。此外,輪的設(shè)備可能不支持Wi-Fi 6的全部功能,而第二波硬件可能會(huì)進(jìn)一步支持更高階的MU-MIMO和6GHz頻譜等功能。

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