高速数据时代的WIFI技术发展

伴随着5G高速通信时代的来临,万物互联时代的来临,WIFI的技术也在变得愈加强大。

 

  • WiFi 6概念及其新的特点

 

         IEEE 802.11ax(wifi6)又称为高效率无线标准(High-Efficiency Wireless,HEW),11ax支持2.4GHz和5GHz频段,向下兼容11a/b/g/n/ac。目标是支持室内室外场景、提高频谱效率和密集用户环境下4倍实际吞吐量提升。

                                   

WIFI6主要有以下一些关键特征:

                                     

Multi-User MIMO:

         对于WIFI6最热的就要数MU-MIMO了,MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用户-多输入多输出),是指在无线通信系统里,一个基站同时服务于多个移动终端,基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。

         多进多出(MIMO)是为极大地提高信道容量,在发送端和接收端都使用多根天线,在收发之间构成多个信道的天线系统。MIMO系统的一个明显特点就是具有极高的频谱利用效率,在对现有频谱资源充分利用的基础上通过利用空间资源来获取可靠性与有效性两方面增益,

         多用户MIMO与单用户MIMO的区别主要在于:在多用户MIMO系统中,用户组的数据占用相同的时频资源,即用户组的数据在相同的子载波上传输。因此,多用户MIMO能有效提高系统吞吐量。

         WiFi5只支持下行MIMO,并且最多支持4条空间数据流。而WIFI6可同时支持上行与下行MIMO, 进一步提高带宽利用率。WIFI6支持8条空间数据流,也就是8*8MIMO。这是WIFI6速率大幅提升的重要原因之一。

 

OFDMA:

首先OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)即正交频分复用,是一种信道调制方式。OFDM主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。

多个子载波传输能够很好地对抗无线传输环境中多径或其他引起的频率选择性衰落,提高传输质量。采用复用及子载波正交的方式也可以大大提高频谱的利用率。WIFI5使用的是OFDM。

OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access)正交频分多址是一种多址接入技术,用户通过OFDMA共享频带资源,接入系统。

OFDMA是OFDM技术的演进,将OFDM和FDMA技术结合。OFDMA在利用OFDM对信道进行副载波化后,在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集,将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户,很容易实现系统资源的优化利用。

作为WiFi 6的核心技术,虽然OFDMA和MU-MIMO都是允许多个设备同时传输的技术,但它们却截然不同。OFDMA可以在低吞吐量或小包应用(如物联网传感器)的高密度环境中提供帮助,而MU-MIMO可以帮助实现高吞吐量应用。OFDMA技术是对MU-MIMO的补充。

 

1024-QAM:

QAM是Quadrature Amplitude Modulation的缩写,即正交幅度调制,也就是信源调制,就是将信息加载到载波上。越高阶的QAM调制,一个数据流能携带的有用信息就越多,WiFi6的1024QAM对比WIFI5的256QAM数据率可提升25%。

 

OFDMA:

首先OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)即正交频分复用,是一种信道调制方式。OFDM主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。

多个子载波传输能够很好地对抗无线传输环境中多径或其他引起的频率选择性衰落,提高传输质量。采用复用及子载波正交的方式也可以大大提高频谱的利用率。WIFI5使用的是OFDM。

OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access)正交频分多址是一种多址接入技术,用户通过OFDMA共享频带资源,接入系统。

OFDMA是OFDM技术的演进,将OFDM和FDMA技术结合。OFDMA在利用OFDM对信道进行副载波化后,在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集,将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户,很容易实现系统资源的优化利用。

 

Beamforming:

Beamforming波束成形,是发射端对数据先加权再发送,形成窄的发射波束,将能量对准目标用户,从而提高目标用户的解调信噪比,这对改善小区边缘用户吞吐率特别有效。Beamforming是发射端对数据先加权再发送,形成窄的发射波束,将能量对准目标用户,从而提高目标用户的解调信噪比,这对改善小区边缘用户吞吐率特别有效。

 

BSS Coloring:

一直以来, Wi-Fi采用CSMA/CA机制,即每次在传送数据之前,会监听无线信道上有无其他AP也在传送数据,如果有,先避让,等下个时间段再传送。这意味着多个AP工作于同一信道时,由于采用轮流单独通信的方式,会大幅降低网络容量。

BSS Coloring(Basic Service Set Corloring)为每个AP“着色”,即在数据报头加入6bits的BSS Color来指定不同的AP,这样一来,当路由器或设备在发送数据前侦听到信道已被占用时,会首先检查该“占用”的BSS Color,确定是否是同一AP的网络,如果不是,则不用避让,从而允许多个AP在同一信道上运行,并智能管理多用户同时并行传输。

BSS Coloring适用于体育场、商场、园区等密集场景组网,它允许密集地部署AP,在干扰可控的前提下,为更多的用户提供更大的Wi-Fi容量。

 

Target Wake Time:

WiFi 6采用TWT(Target Wake Time, 目标唤醒时间),路由器可以统一调度无线终端休眠和数据传输的时间,不仅可以唤醒协调无线终端发送、接收数据的时机,减少多设备无序竞争信道的情况,还可以将无线终端分组到不同的TWT周期,增加睡眠时间,提高设备电池寿命。

 

二、60GHz WIFI

2018年10月,Wi-Fi联盟宣布下一代Wi-Fi标准将被称为“Wi-Fi 6”,它就是我们前面所说的802.11ax。而事实上还有一位“新伙伴”也即将加入到802.11的大家庭,它就是802.11ay了。 那么来看一下这位新成员的身世。

我们知道802.11ax (WiFi6)是由802.11n(工作在2.4GHz和5GHz频段)和802.11ac(工作在5GHz频段)发展而来。但在802.11ac标准后还有专为提高传输速度诞生的802.11ad 标准,该标准就是基于60GHz频段的无线网络。802.11ay标准实际就是802.11ad标准扩展升级版。

802.11ay支援256QAM更高阶的调变机制,最多一次可以绑定2~4个通道,同样工作在超高速且干扰率低的60GHz频段,同时解决了802.11ad的几乎无法穿墙的问题,传输距离高达300m-500m,覆盖频宽高达8.64GHz,version 2.0版本目标速率高达176Gbps(即22GB/s)。理论上,可以在1秒下载一部蓝光电影。  


                      

但是,802.11ay也有自己的软肋。我们知道,频段越高,无线绕过物体的覆盖能力就越差,工作在5GHz频段的11ac相比工作在2.4GHz频段的11n已经可以看出差异,因此工作在60GHz频段的11ay并不适合家庭使用。不过对于同一房间内的大流量无线应用如无线VR来说,应该还是比较适合的了。802.11ay将特别适合用于4K高清传输和游戏体验,无延迟的无线投屏以及无线VR/AR体验上,适用场景还是相当广阔的。

 

虽然不同的标准都有各自的优缺点,新技术的运用上也会遇到一些问题,但不得不说,WIFI技术的发展大家都是有目共睹的,相信未来各种技术会逐步完善,优势互补,用户体验也会更上一层楼,全新Wi-Fi时代即将到来。

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