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什么是WiFi 6(802.11ax)?

WiFi 6(Wi-Fi 6),也被称为802.11ax,是继Wi-Fi 5 (802.11ac)之后的最新一代Wi-Fi工业标准。在Wi-Fi 6发布之前,Wi-Fi标准是通过从802.11b到802.11ac的版本号来标识的。随着Wi-Fi标准的演进,Wi-Fi联盟为了便于Wi-Fi用户和设备厂商轻松了解Wi-Fi标准,选择使用数字序号来对Wi-Fi重新命名。
Wi-Fi 6标准引入了OFDMA、上/下行MU-MIMO、BSS Coloring、TWT等新技术,性能上得到跨越式提升,带宽和并发用户数相比Wi-Fi 5提升了4倍,并且时延更低、更节能。

Wi-Fi 6解决了什么问题?

Wi-Fi 6设计之初就是为了应对高密度无线接入和高容量的无线业务,比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景。

在这些场景中,接入Wi-Fi网络的客户端设备将呈现巨大增长,另外,还在不断增加的语音及视频流量也对Wi-Fi网络带来调整。众所周知,4K视频流(带宽要求50Mbps/人)、语音流(时延小于30ms)、VR流(带宽要求75Mbps/人,时延小于15ms)对带宽和时延是十分敏感的,如果网络拥塞或重传导致传输延时,将对用户体验带来较大影响。

现有的Wi-Fi 5802.11ac)虽然也能提供大带宽能力,但是随着接入密度的不断上升,吞吐量性能遇到瓶颈。而Wi-Fi 6则是通过引入OFDMA以及上/下行MU-MIMO等新技术,使得性能上得到跨越式提升,带宽和并发用户数相比Wi-Fi 5提升4倍,并且时延更低。电子教室为例,以前如果是100多位学生的大课授课形式,传输视频或是上下行的交互挑战都比较大,而Wi-Fi 6网络将轻松应对该场景。

Wi-Fi 6 vs Wi-Fi 5

Wi-Fi 6作Wi-Fi 5的继任者,相比Wi-Fi 5不仅仅体现在速率的提升上,更主要体现在高密场景下的用户性能提升。

WiFi 6 vs WiFi 5
WiFi 6 vs WiFi 5

大带宽

过去每一代Wi-Fi的标准,一直致力于提升速率。经过20多年的发展,Wi-Fi 6在160MHz信道宽度下,理论最大速率已经达到9.6Gbps,是802.11b的近900倍。

Wi-Fi 6速率的提升除了采用更高阶的1024-QAM编码方式外,也得益于Wi-Fi 6相较于Wi-Fi 5增加了子载波数量、空间流数,以及Symbol传输时间(单次单终端)由Wi-Fi 5的3.2μs提升到12.8μs。

高并发

Wi-Fi 6引入了OFDMA和上行MU-MIMO等多用户技术,进一步提升了频谱利用率,使得Wi-Fi 6相比于Wi-Fi 5,并发用户数提升了4倍

低时延

在低时延场景,例如VR/AR-互动操作模拟、全景直播、互动式游戏、沉浸式会议、高清无线投屏等,Wi-Fi 5的30ms时延已经无法满足需求,而Wi-Fi 6则是通过OFDMA有效减少冲突,提升频谱利用率,并且空间复用技术BSS Coloring减少了同频干扰,令时延降低至20ms

节能

随着IoT设备广泛应用,除了提升终端速率外,Wi-Fi 6更是关注了终端的耗电情况。

Wi-Fi 6采用TWT技术,按需唤醒终端Wi-Fi,加上20MHz-Only技术,使得终端的功耗降低30%

Wi-Fi 6核心技术

以下是Wi-Fi 6的核心新技术。

OFDMA频分复用技术

Wi-Fi 6之前,数据传输采用的是OFDM模式,用户是通过不同时间片段区分出来的。每一个时间片段,一个用户完整占据所有的信道资源,并且发送一个完整的数据包。

Wi-Fi 6中引入了一种更高效的数据传输模式,叫OFDMA(因为Wi-Fi 6支持上下行多用户模式,因此也可称为MU-OFDMA),它通过将子载波分配给不同用户并在OFDM系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。迄今为止,它已被许多无线技术采用,例如3GPP LTE。在该模式下,单个用户不再是独占完整的子载波,而是多用户共享信道资源,实现频谱利用率的提升。

WiFi 6 OFDMA频分复用技术
WiFi 6 OFDMA频分复用技术

上/下行MU-MIMO技术

MU-MIMO使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流,与OFDMA不同,所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。终端受天线数量受限于尺寸,一般来说只有1个或2个空间流(天线),比AP的空间流(天线)要少,因此,在AP中引入MU-MIMO技术,同一时刻就可以实现AP与多个终端之间同时传输数据,大大提升了吞吐量。

MU-MIMO在Wi-Fi 5就已经引入,但只支持下行4x4 MU-MIMO。在Wi-Fi 6中进一步增加了MU-MIMO数量,可同时支持上/下行8x8 MU-MIMO。

WiFi 6的上/下行MU-MIMO技术
WiFi 6的上/下行MU-MIMO技术

虽然Wi-Fi 6标准允许OFDMA与MU-MIMO同时使用,但不要将OFDMA与MU-MIMO混淆。OFDMA支持多用户通过细分信道(子信道)来提高并发效率,MU-MIMO支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。OFDMA与MU-MIMO的对比如下:

OFDMA与MU-MIMO对比
OFDMA与MU-MIMO对比

空分复用技术(SR)和BSS Coloring

802.11ax中引入了一种新的同频传输识别机制,叫BSS Coloring着色机制,在PHY报文头中添加BSS color字段对来自不同BSS的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信号并停止接收,避免浪费收发机时间。如果颜色相同,则认为是同一BSS内的干扰信号,发送将推迟;如果颜色不同,则认为两者之间无干扰,两个Wi-Fi设备可同信道同频并行传输。以这种方式设计的网络,那些具有相同颜色的信道彼此相距很远,此时可将这种信号设置为不敏感,从而实现空间复用。

WiFi 6 BSS Coloring
WiFi 6 BSS Coloring

目标唤醒时间(TWT)

目标唤醒时间TWT(Target Wake Time)是802.11ax支持的另一个重要的资源调度功能,它借鉴于802.11ah标准。它允许设备协商什么时候和多久会被唤醒,然后发送或接收数据。此外,Wi-Fi AP可以将客户端设备分组到不同的TWT周期,从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。TWT还增加了设备睡眠时间,对采用电池供电的终端来说,大大提高了电池寿命。

WiFi 6 目标唤醒时间(TWT)
WiFi 6 目标唤醒时间(TWT)

更高阶的调制技术(1024-QAM)

Wi-Fi 6标准的主要目标是增加系统容量,降低时延,提高多用户高密场景下的效率,但更好的效率与更快的速度并不互斥。Wi-Fi 5采用的256-QAM正交幅度调制,每个符号传输8bit数据,Wi-Fi 6将采用1024-QAM正交幅度调制,每个符号位传输10bit数据,从8到10的提升是25%,也就是相对于Wi-Fi 5来说,Wi-Fi 6的单条空间流数据吞吐量又提高了25%。

WiFi 6 1024-QAM
WiFi 6 1024-QAM

支持2.4GHz频段

我们都知道2.4GHz频宽窄,且仅有3个20MHz的互不干扰信道(1,6和11),在Wi-Fi 5标准中已经被抛弃,但是有一点不可否认的是2.4GHz仍然是一个可用的Wi-Fi频段,在很多场景下依然被广泛使用,因此,Wi-Fi 6标准中选择继续支持2.4GHz,目的就是要充分利用这一频段特有的优势。

覆盖范围提升

由于Wi-Fi 6标准采用的是Long OFDM Symbol发送机制,每次数据发送持续时间从原来的3.2μs提升到12.8μs,更长的发送时间可降低终端丢包率;另外Wi-Fi 6最小可仅使用2MHz频宽进行窄带传输,有效降低频段噪声干扰,提升了终端接受灵敏度,增加了覆盖距离。

WiFi 6 Long OFDM Symbol与窄带传输带来的覆盖距离提升
WiFi 6 Long OFDM Symbol与窄带传输带来的覆盖距离提升

Wi-Fi 6设备

华为公司2017年10月发布首款Wi-Fi 6 AP。随后,华为推出了全系列全场景AirEngine系列Wi-Fi 6产品,可满足企业、教育、金融、医疗、政府、制造、商业、场馆等各行业构建数字化、无线化、物联化的办公和生产作业空间。

华为AirEngine系列AP产品
华为AirEngine系列AP产品

华为AirEngine系列AP产品有:

  • AirEngine 8760系列:华为室内型旗舰Wi-Fi 6AP,适合大型企业高密高带宽场景。
  • AirEngine 6760系列:华为室内型AirEngine 6760系列是适合中、大型企业高密部署场景的Wi-Fi 6 AP。
  • AirEngine 5760系列:华为室内型AirEngine 5760系列是面向中、小型企业办公、商业、零售等场景的 Wi-Fi 6 AP。
  • AirEngine 8760R系列:华为室外型旗舰Wi-Fi 6 AP,适用于大型企业、体育场馆、公共场所等高密应用场景。
  • AirEngine 6760R系列:华为高性能室外型Wi-Fi 6 AP,广泛适用于广场、公园、步行街等室外场景。

更多产品相关介绍请参见:AirEngine Wi-Fi 6产品,产品相关配置维护请参见:WLAN AC和FIT AP 产品文档

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  • 作者: 周霞
  • 最近更新: 2021-10-09
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