什么是802.11ac？
802.11ac是第五代802.11标准（又称为Wi-Fi 5或WiFi 5）。在前一代标准802.11n的基础上，802.11ac通过诸多技术革新，在无线传输速率上实现了质的飞跃，最大传输速率由600Mbps大幅提升到6.93Gbps，为依赖于大流量无线传输的更多应用场景带来无限可能。时至今日，802.11ac已广泛应用到企业和家庭的无线网络通信中，极大改变了人们的生产和生活方式。
802.11ac是怎样诞生的？
从IEEE（电气与电子工程师协会，Institute of Electrical and Electronics Engineers）在1997年推出第一代802.11标准以来，无线接入已逐渐成为上网接入的首选方式。从家用智能终端的层出不穷，到办公园区的无线化普及，再到商超、制造、仓储等领域中无线终端的应用，每一个改变都与802.11标准的演进息息相关。为适应新的业务场景、缩小与有线网络带宽的差距，IEEE在2013年正式发布802.11ac标准。在兼容和延续802.11n整体架构的前提下，802.11ac对信道带宽、MIMO、调制方式等进行了优化改进或引入新技术，将吞吐率性能由600Mbps大幅提升到6.93Gbps，为依赖于大流量无线通信的更多应用场景带来无限可能。
802.11标准的演进路线
802.11ac Wave1和802.11ac Wave2是什么？
为了将802.11ac技术快速推向市场以满足迅速增长的流量需求，WFA（Wi-Fi Alliance，Wi-Fi联盟）在2013年和2015年分别推出了符合802.11ac标准的Wave1和Wave2两代产品标准。WFA的两代802.11ac产品标准与IEEE的802.11ac标准之间主要有如下差异。
802.11ac两代产品标准与IEEE标准的差异
Wi-Fi 5的名称是怎么回事？
2018年，Wi-Fi联盟在IEEE推出802.11ax时使用了新的命名规则，为了体现重大代际变更而将其命名为Wi-Fi 6。802.11n和802.11ac作为前两代标准，也因此分别被“追封”为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。
Wi-Fi 4, Wi-Fi 5, and Wi-Fi 6
802.11ac的传输速率是多少？
业界一般使用吞吐量来衡量无线网络的数据传输性能。802.11ac的最大吞吐量可达6.93Gbps，与802.11n的600Mbps相比几乎是十倍的增长。
考虑到市面上仍有很多无线终端使用单空间流天线，人们也会使用单空间流的传输速率来衡量无线网络的性能。802.11ac的单空间流最大传输速率是433Mbps（80MHz带宽），8空间流最大传输速率可达6.93Gbps（160MHz带宽）。比起802.11n的单空间流最大传输速率200Mbps（40MHz带宽），可以看到802.11ac的传输速率有显著提升。
802.11ac与802.11n有何不同？
作为第五代Wi-Fi标准，802.11ac是对上一代标准802.11n的优化和发展。与上一代标准相比，802.11ac在传输速率上有较大提升。两者主要差异如下：
802.11ac vs 802.11n
802.11ac主要在以下方面对802.11n做了改进或者优化。
- 引入了新的技术或者扩展了原有的技术以增加吞吐量或接入用户数。例如：256-QAM、MU-MIMO等。
- 优化了协议，放弃了原先的很多可选性以减少复杂度。例如：TXBF放弃了支持隐式TXBF，信道探测和反馈方式也只支持一种方式。
- 保持与旧协议的兼容性。例如：改进了物理层帧结构，考虑了不同信道带宽共存时的信道管理等。
802.11ac有哪些关键特点？
更大的带宽
802.11ac使用频谱资源更为丰富的5GHz频段进行通信。在20MHz带宽和40MHz带宽的基础上，802.11ac允许将信道进一步绑定为80MHz带宽、80+80MHz带宽（不连续）和160MHz带宽，从而大大提升吞吐量，给用户带来更好的体验。
下图为北美频谱为例，给出了802.11ac与802.11n以及802.11a的对比。可变带宽的设计在信道带宽上保留了向小带宽信道的兼容性，同时带宽增加也带来了吞吐量的大幅提升，给用户带来更好的体验。
802.11ac信道带宽
动态信道管理
对于多种带宽的信道并存的情形，802.11ac定义了动态信道管理机制，在80MHz和160MHz带宽的子信道繁忙时仍然可以在其余可用的子信道上传输数据，充分利用信道资源。
在802.11ac中，增强定义了RTS/CTS机制，通过RTS-CTS侦测机制来协商确定哪些信道可用。
动态信道管理
如上图所示，在802.11n的时候，频谱是使用静态的，即发现一个子信道上不可用则整个带宽都不可用，而在802.11ac中，当检测到繁忙的子信道不可用时，其他子信道仍然可以发送数据。
动态带宽管理几乎是为了频谱复用而设计的，通过动态信道管理可以增加信道的利用率，减少信道之间的干扰。在这种机制下可以让两个AP同时工作在一个相同的信道上。
两个AP工作在相同80M带宽的信道
MU-MIMO
多流可以大大增加单用户的业务吞吐量。由于现网中大量终端（尤其是移动智能终端）仍然是单流，相对于多流的终端传输相同的大小的数据需要占用更多的空口时间，单流终端成为提升接入用户数的一个瓶颈。802.11ac引入多用户MIMO技术（MU-MIMO），在不改变用户带宽和通信频段的情况下，AP可以同时向最多4个无线终端发送不同的数据，充分发挥空口性能。
SU-MIMO vs MU-MIMO
MCS
相较于802.11n，为了提高吞吐量，802.11ac引入了调制效率更高的更高阶调制方式256-QAM，支持3/4和5/6两种码率，MCS方式也因此增加到了10种。
802.11ac支持的MCS
MCS越高，吞吐量越高，这是由于调制编码方式的区别带来的每个子载波代表的bit数的差异。在使用BPSK调制时每个子载波只能表示2个bit，16-QAM时每个子载波表示4个bit，64-QAM时，每个子载波表示6个bit，而在引入256-QAM后，每个子载波可以表示8个bit。下图给出了从BPSK到256-QAM时的星座图，越高阶得调制方式调制效率越高，但不同调制方式时的效率提升也并不是成线性的，越往后提升越不明显。
不同调制方式星座图
256-QAM提升了效率，但其对无线环境的要求也更加苛刻，对信噪比（SNR）的要求要比64-QAM更高。因此，MCS8与MCS9一般会适应在终端离AP比较近的场景下，这种场景下有用信号强，干扰信号弱，更容易满足SNR要求（SNR=有用信号/干扰信号）。
帧聚合
在Wi-Fi中每一个帧的传输都需要在空口中进行，通过CSMA/CA的方式取得对空口的使用权。大量帧传输时，这种碰撞大大降低了空口的利用率。从802.11n开始，在MAC层引入了帧聚合技术，将MSDU或MPDU进行聚合后再进行物理层封装，使得多个帧使用同一个物理头，提高封装效率，减少对空口的占用和争抢次数。
A-MSDU与A-MPDU
A-MSDU和A-MPDU的封装过程如上图所示。两种聚合都能提高封装效率，但是A-MPDU有一个显而易见的好处，当传输过程中发生错误时，A-MSDU需要对整个聚合的帧重传，而在A-MPDU中每个MPDU都有自己的MAC头，发生错误时只需要对错误的数据包进行重传，而不需要对整个聚合帧进行重传。这也是在实际中A-MPDU比A-MSDU用得更多的原因。
在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小，并且只采用了A-MPDU。
华为的802.11ac AP
华为面向企业办公、宿舍、商超、场馆、室外等不同应用场景，发布了多款支持802.11ac标准的AP（Access Point，无线接入点）。
华为802.11ac AP
一般情况下，可以通过AP的型号命名来了解是否支持802.11ac协议标准。
- 对于AP1000系列~AP9000系列AP，看第三位数字。3表示支持802.11ac Wave1，≥5表示支持802.11ac Wave2。
AP命名 - 对于R200和R400系列AP，看第二位数字。3表示支持802.11ac Wave1，5表示支持802.11ac Wave2。
RU命名 - 对于AirEngine系列AP，均兼容802.11ac标准。
- 作者： 陈华星
- 最近更新： 2022-04-02
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