本文來自半導(dǎo)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(jìn)，旨在解決老一代的限制。盡管已經(jīng)通過802.11ax 認(rèn)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(shè)備浪潮，吹捧新的無線功能，這些功能將為下一代網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)調(diào)一下，802.11ax（也稱為“高效無線”）與Wi-Fi 6是同一個(gè)東西，這一點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)，以前的幾代人現(xiàn)在被稱為Wi-Fi 5（802.11ac）和Wi-Fi 4（802.11n）。預(yù)計(jì)該標(biāo)簽約定將出現(xiàn)在設(shè)備上，如下所示。
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，更新的規(guī)范將在擁擠的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)該可以延長設(shè)備的電池壽命。
為了實(shí)現(xiàn)這些改進(jìn)，802.11ax進(jìn)行了各種更改，包括從蜂窩行業(yè)借用的幾種多用戶技術(shù)，即MU-MIMO和OFDMA，這些技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)更多同時(shí)連接和頻譜吞吐量的使用，而大大提高了網(wǎng)絡(luò)的容量和性能。
升級(jí)其硬件的家庭用戶可以期待這些技術(shù)的改進(jìn)，尤其是隨著時(shí)間的推移，隨著每戶家庭設(shè)備數(shù)量的增加——一些估計(jì)表明，到2022年，每戶家庭將有多達(dá)50個(gè)節(jié)點(diǎn)。
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(shè)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(xì)致入微的方法，有望隨著時(shí)間的推移帶來搬遷收益。這最終將為即將到來的智能基礎(chǔ)架構(gòu)（例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）上預(yù)期的節(jié)點(diǎn)數(shù)量奠定基礎(chǔ)。除了解決因物聯(lián)網(wǎng)推出而出現(xiàn)的大量設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部署重疊覆蓋的問題外，Wi-Fi 6還可以滿足不斷增長的對(duì)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(huì)有50多個(gè)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(diǎn)：
為超高清和虛擬現(xiàn)實(shí)流提供的更高的每用戶總帶寬
支持更多同時(shí)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(shí)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(luò)可以一次處理不同的數(shù)據(jù)流
在接入點(diǎn)的最大范圍內(nèi)提高了性能（多達(dá)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(luò)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(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。雖然該規(guī)范在很大程度上適合當(dāng)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(shù)水平這將支持越來越多的設(shè)備同時(shí)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(kuò)展的內(nèi)容：
較寬的頻道（80MHz或160MHz，而5GHz頻段中最大為40MHz）
八個(gè)空間流(spatial streams )，而不是四個(gè)
256-QAM與64-QAM調(diào)制（每個(gè)QAM符號(hào)傳輸更多位）
802.11ac Wave 2上的多用戶MIMO（MU-MIMO），一次可實(shí)現(xiàn)四個(gè)下行鏈路連接，而不是單用戶MIMO上僅一個(gè)（上行鏈路仍為1x1）
該規(guī)范與以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣向后兼容，合并了2.4GHz和5GHz，并最終擴(kuò)展了該頻譜，使其在可用時(shí)包括1GHz和6GHz頻段。
可能比將這些附加頻譜包含進(jìn)來更值得注意的是將這一帶寬投入使用的技術(shù)。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(diǎn)創(chuàng)建更多的通信渠道，并支持任何給定網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備。在較舊的802.11n中，由于重疊太多，您基本上只能同時(shí)使用3個(gè)獨(dú)立的通道。由于每個(gè)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(tuán)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(gè)需要考慮的領(lǐng)域是單個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的多設(shè)備性能。這就是所謂的多輸入多輸出，它允許單個(gè)設(shè)備一次通過多個(gè)通道進(jìn)行通信。基本上就像將多個(gè)無線適配器連接到同一網(wǎng)絡(luò)一樣。在接入點(diǎn)端的擴(kuò)展稱為MU-MIMO或多用戶MIMO。顧名思義，它允許接入點(diǎn)通過MIMO一次連接到多個(gè)用戶。
盡管MU-MIMO可以使Wi-Fi 5一次為下游的四個(gè)用戶提供服務(wù)（相對(duì)于Wi-Fi 4上的單用戶MIMO而言有很大的改進(jìn)），但此功能不是必需的，僅在較新的802.11ac設(shè)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(gè)，并有可能向單個(gè)客戶端交付四個(gè)同時(shí)的流。
但是，上行鏈路MU-MIMO不太可能使用。當(dāng)前幾乎沒有任何設(shè)備可以從四個(gè)空間流中受益，因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的配備MU-MIMO的智能手機(jī)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(gè)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(shè)備必須支持MU-MIMO才能直接從該技術(shù)中受益，但是不帶MU-MIMO芯片的硬件應(yīng)間接受益于啟用MU-MIMO的接入點(diǎn)上可用的額外廣播時(shí)間。
為了幫助您可視化這些技術(shù)，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(gè)職員能夠一次為多個(gè)客戶提供服務(wù)，而不是一個(gè)職員單獨(dú)為單個(gè)客戶服務(wù)。此外，802.11ax可以在路由器可用時(shí)更清楚地通知客戶端，而不是讓它們爭用訪問權(quán)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(shí)施了數(shù)十種技術(shù)，這些技術(shù)將顯著提高未來Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的效率和吞吐量，這可能會(huì)為數(shù)十種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在單個(gè)通道上以每秒幾千兆的速度傳輸設(shè)備。我們現(xiàn)在將討論其中的一些。
OFDMA：Wi-Fi 6還引入了對(duì)上行和下行鏈路“正交頻分多址”（OFDMA）的支持，該調(diào)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(dá)30個(gè)用戶共享一個(gè)信道來減少延遲，提高容量并提高效率。請(qǐng)勿將此與正交頻分復(fù)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(dá)30個(gè)）可以共享同一信道而不是等待，同時(shí)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(gè)子載波，從而允許多個(gè)并行數(shù)據(jù)流。但是，每個(gè)用戶必須使用其完整的子載波。另一方面，OFDMA將其進(jìn)一步細(xì)分為可以單獨(dú)分配的資源單元。這種細(xì)粒度的分配是OFDMA性能優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。
1024-QAM：下一個(gè)重大性能改進(jìn)是從256-QAM躍升至1024-QAM。當(dāng)無線設(shè)備傳輸消息時(shí)，它必須發(fā)出模擬信號(hào)，因?yàn)闊o法直接傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)。該模擬信號(hào)有兩個(gè)部分，分別稱為振幅（信號(hào)的強(qiáng)度）和正交（信號(hào)從參考點(diǎn)偏移了多少）。通過控制正交和幅度，我們可以通過模擬信號(hào)有效地傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
802.11ac中使用的256-QAM系統(tǒng)將幅度和正交分為16個(gè)預(yù)定義級(jí)別。這總共提供了256（16 * 16）個(gè)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(shù)有了長足的進(jìn)步，因此我們現(xiàn)在能夠?yàn)閭鬏敺峙涓_的值。802.11ax可以將傳輸?shù)恼缓头葎澐譃?6個(gè)可能的值，而不是將其劃分為多達(dá)32個(gè)級(jí)別。這為我們提供了1024（32 * 32）個(gè)可能的傳輸值，每次傳輸最多10位。
當(dāng)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(zhǔn)確性也必須提高。256-QAM信號(hào)的接收中的小錯(cuò)誤可能不會(huì)引起問題，但是由于1024-QAM將符號(hào)打包得更近，因此同一錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致解碼不正確的值。設(shè)備足夠智能，可以知道如果許多傳輸被不正確地解碼，則應(yīng)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(hào)：將OFDM符號(hào)的傳輸時(shí)間從Wi-Fi 5上的3.2us增加到Wi-Fi 6上的12.8us，并為每個(gè)符號(hào)支持更長的循環(huán)前綴（cyclic prefix：CP）。
循環(huán)前綴（CP）將OFDM符號(hào)結(jié)尾的一部分添加到有效負(fù)載的前面，以提供一個(gè)防止符號(hào)間干擾的保護(hù)間隔并提高魯棒性，因?yàn)榭梢栽诒匾獣r(shí)使用此部分。該數(shù)字可以根據(jù)開銷要求進(jìn)行調(diào)整（較長的CP會(huì)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?。ㄗ詈笠粋€(gè)分段除外），而動(dòng)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(luò)資源。
空間頻率復(fù)用/ OBSS（BSS著色）：如果多個(gè)接入點(diǎn)在同一信道上運(yùn)行，則它們可以傳輸帶有唯一“顏色”標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)，從而使它們可以同時(shí)通過無線介質(zhì)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)支持四個(gè)天線，而Wi-Fi 6卻將其增加到八個(gè)。波束成形通過將信號(hào)定向到特定的客戶端而不是同時(shí)在每個(gè)方向上定向，從而提高了數(shù)據(jù)速率并擴(kuò)展了范圍。這有助于MU-MIMO，它不適用于快速移動(dòng)的設(shè)備。可以在Wi-Fi 4設(shè)備上進(jìn)行波束成形，但隨著Wi-Fi 5 Wave 2上MU-MIMO的實(shí)現(xiàn)，波束成形成為必要。在一個(gè)新的方向。
TWT（目標(biāo)喚醒時(shí)間）：喚醒時(shí)間調(diào)度，而不是基于競爭的訪問。路由器可以告訴客戶端何時(shí)入睡以及何時(shí)醒來，這預(yù)計(jì)會(huì)大大延長電池壽命，因?yàn)樵O(shè)備會(huì)知道何時(shí)收聽頻道。
上行資源調(diào)度程序：同樣，Wi-Fi 6不會(huì)像在較舊的無線網(wǎng)絡(luò)上那樣用戶爭相上傳數(shù)據(jù)，而是調(diào)度上行鏈路以最大程度地減少?zèng)_突，從而實(shí)現(xiàn)更好的資源管理。每個(gè)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(jī)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(luò)分配向量）：無線站正在傳輸時(shí)，它會(huì)通告完成所需的持續(xù)時(shí)間，以便其他站可以設(shè)置其NAV以避免訪問無線介質(zhì)時(shí)發(fā)生沖突。Wi-Fi 6引入了兩種NAV：一種用于站點(diǎn)所屬的網(wǎng)絡(luò)，另一種用于鄰近的網(wǎng)絡(luò)。這還將通過最小化對(duì)載波偵聽的需求來減少能耗。
改進(jìn)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(hù)間隔和模式，以改善冗余和錯(cuò)誤恢復(fù)。
Wi-Fi 6E：將Wi-Fi 6擴(kuò)展到包括6GHz
Wi-Fi 6E是對(duì)現(xiàn)有Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的新擴(kuò)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(lǐng)導(dǎo)者確定，未來網(wǎng)絡(luò)上適當(dāng)?shù)姆?wù)質(zhì)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(shè)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(huì)（FCC）正式批準(zhǔn)了Wi-Fi，將其覆蓋范圍擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi面臨頻譜短缺的問題，因?yàn)槿绻澜缡褂玫脑O(shè)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(jìn)Wi-Fi的持續(xù)增長，以及其他優(yōu)勢(shì)，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(shè)備的干擾。分析師預(yù)測(cè)批準(zhǔn)將觸發(fā)設(shè)備制造商對(duì)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(hào)傳播的基本規(guī)律，Wi-Fi 6E的覆蓋范圍實(shí)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(shè)備。
Wi-Fi 6或802.11ax只是為滿足不同類型設(shè)備將要滿足的各種網(wǎng)絡(luò)需求而開發(fā)的眾多即將到來的無線標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)，可能會(huì)導(dǎo)致幾年的電池壽命。
總結(jié)：Wi-Fi 6的空中視野
作為接替802.11n和802.11ac的下一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)，802.11ax或Wi-Fi 6將為人口密集的中心帶來網(wǎng)絡(luò)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(gè)數(shù)據(jù)中心將得到更好的維持。一次增加設(shè)備。
“問題不在于Wi-Fi能走多快，而在于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是否具有足夠的容量來滿足對(duì)許多不同的連接設(shè)備和服務(wù)的不斷增長的需求。”
當(dāng)前沒有很多Wi-Fi 6客戶端，因此采用尚需時(shí)日。直到更多的設(shè)備使用該標(biāo)準(zhǔn)，才能真正感受到這一代的改進(jìn)。像往常一樣，Wi-Fi 6向后兼容，但較舊的設(shè)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(duì)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(shí)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(shè)備中收集，并用于機(jī)器學(xué)習(xí)，推動(dòng)人工智能發(fā)展，整個(gè)技術(shù)的未來以及不斷發(fā)展的數(shù)字經(jīng)濟(jì)等目的。
