802.11ax获封WiFi 6,技术能力有多6?

王金旺 雷锋网 2018-10-08

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文 | 王金旺

来自雷锋网(leiphone-sz)的报道

雷锋网消息,10月3日,WiFi联盟将基于IEEE 802.11ax标准的WiFi正式纳入正规军,成为第六代WiFi技术,即WiFi 6。

作为第六代WiFi技术,WiFi 6究竟有多6?

在解读这个问题之前,我们先要有一个小插曲。WiFi联盟在确定第六代WiFI的同时,为了更易于用户理解,还正式公布了采用数字的新的命名标准。



WiFi新命名标准

在WiFi联盟最新公布的命名系统中,用数字大小按时间顺序(也是性能的强弱顺序)依次取代了原有复杂的技术命名方式,用户可以通过数字大小来识别WiFi标准的性能,包括速率、吞吐量、用户体验等。例如,就性能而言,WiFi 6 > WiFi 5就显而易见。

这样的方式也可用于指定先前的WiFi标准,并可用户识别使用相应WiFi标准的设备。例如,802.11n或802.11ac。数字序列包括:

  • WiFi 6用于识别支持802.11ax技术的设备

  • WiFi 5用于识别支持802.11ac技术的设备

  • WiFi 4用于识别支持802.11n技术的设备

另外,在识别WiFi设备网络连接方面,也用到了新的UI图标。图标将通过显示WiFi信号指示符和连接的数字表示。当用户在提供不同用户体验的WiFi网络之间移动时,图标也将会进行相应调整。当用户设备显示伴有数字6的信号指示符图标时,表示该设备正在使用WiFi 6。



WiFi 6技术能力的提升

WiFi 6,也就是802.11ax,曾在2016年11月和2017年9月分别提出了第一版和第二版标准草案,然而均未能获得802.11ax工作小组75%以上成员投票认可,目前的第三版,也就是3.0版本草案仍在商讨中,预计会在2019年完成正式标准化。

虽然正式标准化并未完成,但是并不影响802.11ax的技术发展。

与前代相比(802.11ac),802.11ax主要目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量提高至少4倍。这自然就需要在技术能力上有足够的提升,就具体技术提升,本文主要从MU-MIMO、OFDMA、MCS三方面进行分析。

首先是MU-MIMO技术。MU-MIMO即多用户输入输出技术,也是主要应用于802.11ac WAVE2的技术。相较应用在802.11n上的MIMO(多天线传输)技术而言,主要改善了路由器天线闲置的情况,允许路由器分割天线,独立地为不同的设备传输。

2015年推出的802.11ac Wave 2一个主要特性是应用了MU-MIMO技术,使得其AP节点可以同时向多个支持MU-MIMO的客户端发送数据包,解决了无线路由器之前一次只能和一个终端通信的问题。802.11ac Wave 2当时支持的最大规格是4×4 MU-MIMO,可以同时向4个终端共享下行的MU-MIMO数据包。

相较而言,802.11ax拥有8×8 MU-MIMO,可以同时向8个终端共享上行、下行的MU-MIMO数据包。另外,采用802.11ax标准的设备从AP向终端发送数据包时,一个数据包可以面向多个终端节点发送,而且这几个终端节点也能够协调,同时向AP端、网络上行发送数据包。数据包同时到达AP,AP也可以解码、同时接收所有的数据包,因此效率就有所提高。

然后是OFDMA技术。802.11ac及之前WiFi标准采用的都是OFDM(正交频分复用)调制方式,是多载波传输方案实现方式之一。采用该方式的设备的网络中在同一帧里只有一个标准的数据包,传给客户端的时候不管帧的大小,从网络协议的角度来看,在信道发送方面额外的系统开销都是一样的。另外,在OFDM系统中,用户占用了整个信道,随着用户数量的增多,用户之间的数据请求会发生冲突,从而导致当这些用户发送请求数据时,服务质量较差。

802.11ax采用的是OFDMA(正交频分多址)调制方式,该技术是OFDM技术的演进。OFDMA如今已经在蜂窝网络中普遍应用,其可以把各种大小的数据包从调制的角度组合在一起,系统开销可以通过共享而降低,并能同时支持上行和下行,因而效率得到提高。同时,OFDMA的符号的长度也得以增长,每一个调制信号的符号长度变成802.11ac的4倍。调制的长度越长,在多路径的情况下,AP端、客户端就能有更多的机会可以充分利用多路径,通过更宽的窗口把不同角度反射过来的信号组合在一起。这就让实际应用场景中,特别是远距离传输的时候,在多路径比较强的情况下,解码能力增强,接受的稳定性也更大了。

MCS(调制与编码策略)的提升。这里涉及到的是QAM,即正交振幅调制,正交振幅调制正交载波调制技术与多电平振幅键控的结合。802.11ac最高只支持256-QAM,802.11ax可以支持到1024-QAM。由于调制码的密度越大,承载的数据量也就越大,802.11ax相较802.11ac在承载数据量的能力上提高了2到3倍。如果从数据角度来看,单条空间流80M带宽的关联速率从433Mbps提升到了600.4Mbps,理论最大关联速率(160M带宽,8条空间流)从6.9Gbps提升到9.6Gbps左右。

802.11ax支持2.4GHz和5GHz双频段,也继承了WiFi的向下兼容的特性。关于802.11ac与802.11ax在频段、信道带宽、FFT大小、副载波间隔、数据传输速率等方面的具体性能对比,见下表:



厂商的看好

前文也提到,802.11ax标准预计会在2019年完成正式标准化,但这并不影响巨头厂商的布局与竞争。

2017年2月,高通推出支持802.11ax的两款产品——IPQ8074和QCA6290。

其中,IPQ8074是针对企业应用的高集成的SoC,采用14nm制程,支持多达四个千兆MAC,拥有两个10G接口的NBASE-T,同时还支持80MHz通道宽度,并配有运行在2GHz的Cortex-A53四核处理器和双核网络处理器,具有8x8 5GHz + 4x4 2.4GHz的MU-MIMO的解决方案。

QCA6290芯片组面向消费类设备,采用28nm工艺制造,并支持2x2 802.11ax连接,并行双频操作。官方称,除了支持802.11ax标准节能特性,还可通过高通Technologies的特定优化,降低三分之二的功耗。

2017年8月16日,博通推出了基于802.11ax标准的Max Wi-Fi芯片,包括BCM43684(民用)、BCM43694(商用)、BCM4375三种型号。

其中,BCM43684和BCM43694支持最高4条数据流,峰值传输为4.8Gbps,其它技术指标,包括前文提到的160MHz信道带宽、1024QAM、MU-MIMO、OFDMA技术等也都支持;BCM4375是用于移动平台且集成了蓝牙的一体式产品,考虑到功耗和芯片面积问题,峰值速度降为1.429Gbps,集成蓝牙5.0,同样也支持1024QAM、MU-MIMO和OFDMA。



WiFi 6的应用场景

据此前高通产品管理总监Jason Tao表示,802.11ax标准的优势主要在城市密集使用环境、企业级应用、运营商网络分流中将得以凸显。

一是城市里面密集度非常高的使用环境。802.11ax对办公、公寓、密集型住宅甚至室外的应用都有很大的提高;

二是企业级的应用。这也是现在非常看好的、最早采纳802.11ax标准的应用场景之一。因为企业级应用基本把所有的关键业务都搬到了WiFi网络,有线网络连接已经很少见了。无论是终端设备接到云端,还是应用于教育领域的电子课室都是在WiFi网络上实现的。802.11ax使这些服务比以前的可靠度更高,支持的客户端数量也更大。比如说电子教室,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,802.11ax会使应用场景的可靠度和使用效果有很好的提升。

第三,新增应用场景是对运营商网络分流起到了重要的辅助作用。LTE网络对移动终端的上网和数据流量方面确实起到了很大的改善作用,但LTE的网络对运营商来说不管是带宽还是网络的部署都比较昂贵,所以很多情况下运营商都愿意把其中一部分业务分流到WiFi网络上,因为WiFi网络相对更加经济实惠。但之前的WiFi网络存在稳定性或者带宽上的挑战,随着802.11ax技术的演进,从LTE网络分流过来的应用场景的用户体验会比以前更好。



雷锋网小结

据雷锋网了解,其实在802.11ax之前,也有预测802.11ad将会成为第六代WiFi技术,然而802.11ad虽然摒弃了2.4GHz和5GHz拥挤的频段,选用了60GHz高频段,但是却带来了诸如穿墙能力弱等局限性。因而最终还是将802.11ax作为第六代WiFi技术。

至于此次正式入编,成为正规军的802.11ax,同时又喜获WiFi 6的称号。技术指标包括8x8 MU-MIMO、OFDMA、1024-QAM等,同时也继承了WiFi标准向下兼容的特性;从而实现了同时支持上行、下行数据传输,最大理论数据速率高达9.6Gbps左右,在密集用户环境中将用户的平均吞吐量提高至少4倍。虽然现在还未正式完成标准化,也没有任何可用的WiFi 6客户端设备,但是却仍被视为各大厂商抢占的高地。

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