浅谈WiFi6

关键字 :WiFi6 5G

        一、什么是WiFi6?

         WiFi 6,其实就是第6代无线技术——IEEE 802.11 ax,802.11 是什么?你估计不知道。2018年10月3日,Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)将基于802.11ax标准的WiFi正式纳入正规军,成为第六代WiFi技术。借着这个机会,联盟又将WiFi规格重新命名,之前标准802.11n改名WiFi 4,标准802.11ac改名WiFi 5,新标准802.11ax改名WiFi 6。


        二、相比WiFi5,WiFi6到底好在哪里?

1、WiFi6同时支持2.4GHz和5GHz频段

       我们现在的手机和路由器上最广泛使用的是WiFi5技术。WiFi5技术即是802.11ac 诞生于2013年。最初版本(Wave 1)凭借80MHz频宽,将WiFi单流带宽提升至433Mbps。2016年第二版(Wave 2)将频宽再次翻倍到160MHz。(目前支持的设备并不多)不过WiFi5只支持5G频段。而5G频段因为穿透力差,在信号覆盖较弱。技术上无法完全取代支持2.4G的WiFi4。所以目前的主流家用无线路由器都是同时支持和 WiFi 4和WiFi 5。而相比WiFi5,WiFi6同样支持20/40/80/80+80/160MHz频带。而且支持2.4GHz和5GHz频段

2、WiFi6理论吞吐量最高可达9.6Gbps

       从调制上看WiFi 5是256-QAM,WiFi-6是1024-QAM,前者的数据流最大支持4个,后者则最大支持8个,因此WiFi 5的理论吞吐量可以做到3.5Gbps,而WiFi 6则可以做到惊人的9.6Gbps。WiFi6的带宽比WiFi5大了数倍。

3、支持完整版的MU-MIMO

      2016年第二版(Wave 2)WiFi5还引入了MU-MIMO(多用户多进多出)的概念,相较于SU-MIMO(单用户多进多出)。它能更大限度的利用路由器的无线流量。原来路由器是可有支持 4×4 MU-MIMO ——你可以把它想象成4条天线同时对设备发送数据。但大多数的移动设备(想手机和笔记本)由于体积的原因通常都只设计了一或两条接收天线(2×2 MIMO Wi-Fi)。所以在SU-MIMO模式下,只能同时给一个设备传送数据。路由器和设备间的传输会造成信道的浪费。

      这个功能也成为了市面上WiFi5规格的高端路由器的一大卖点。4*4天线的路由器同时可以传输2×2的笔记本电脑、1×1的手机A和1×1的手机B。看上去很美好的一个功能。但WiFi5中的MU-MIMO功能天生不足:设备需要连接在同一5G频段下,要全部支持MU-MIMO功能。且设备数量要刚刚好才能触发这个功能。(WiFi 5下的MU-MIMO实际容量也就2到3个终端,说实话,在两到三个终端的情况下网络本身不会拥堵到哪里去……)最重要的一点是WiFi5下的MU-MIMO功能只支持数据下行,上传数据时还是走得SU-MIMO。所以这个看被商家们吹到天上的功能,实际是一个不值得用户买单的鸡肋功能。而WiFi6给我们带来了完整版的MU-MIMO功能——至少它支持数据上行和下行。相比于WiFi中最大的4×4 MU-MIMO规格,WiFi6拥有了8×8 MU-MIMO——最多可以同时支持向8个终端传输数据。如此一来适用的场景便多了许多,这个MU-MIMO才到了真正能用的地步。

4、WiFi6真正厉害的——OFDMA技术

      长久以来,WiFi一直采用OFDM作为核心传输方案。而WiFi6在在OFDM的基础上加入多址(即多用户)技术,从而演进成OFDMA。实际上OFDMA将帧结构重新设计,细分成若干资源单元,为多个用户服务。以20MHz信道为例,在OFDM方案(即11n/ac)里每一帧由52个数据子载波组成,但由于这一帧只为一个终端服务。传输的数据包过小时(像聊天记录)。空载的子载波也无法分配给其他终端。而在OFDMA方案(即11ax)里每一帧由234个数据子载波组成,每26个子载波定义为一个RU(Resource Unit,资源单元),每个RU可以为一个终端服务,简单除一下,每一帧就可以被分成9份,最多可以同时为9个用户服务。不但如此,WiFi6下OFDMA和MU-MIMO的效果可以叠加。两者呈现出一种互补关系,OFDMA适用于小数据包的并行传输提高信道利用率和传输效率。而MU-MIMO则适用于大数据包的并行传输,提高单用户的有效带宽,同样能减少时延。

5、TWT机制让慢速设备不再长时间占用带宽

       以上几项技术为WiFi6的高性能铺平了道路,但随着智能家居的逐步推广。我们的路由器连接往往不仅有像手机,笔记本电脑这样对网络需求比较高的终端。也有各种对带宽要求不高的智能家居设备。但是这些设备也是需要持续和路由器保持连接。一定程度上也会影响我们的网络状态。特别是当他们进行传输数据的时候,一定程度上也会拖慢网络的响应速度,为此WiFi6加入了TWT机制(Target Wake Time)。TWT机制是专门针对类似智能家居这样的低速设备而设置的。例如配置2.4GHz频段、20MHz频带的WiFi设备。路由器会自动生成一个数据交换用的唤醒时间,在网络数据传输不高的时段去依次唤醒这些低速设备进行数据交换。(比如下载最新数据库,上传生成数据等操作)这样就可以有效避免网络拥堵。这也是一种优化网络带宽利用率的技术手段。


三、WiFi 6和5G

        5G是蜂窝数字移动通信技术,既可用于广域高速移动通信,又可用于室内无线上网,具有传输速率高、时延小、并发能力强等优点,但系统复杂、成本高。WiFi 6是无线接入技术,主要用于室内无线终端上网,具有传输速率高、系统简单、成本低等优点,但不适用于高速移动通信。5G和WiFi 6具有以下特点:

(1)5G上行峰值传输速率达10Gbit/s,下行峰值传输速率达20Gbit/s。WIFI 6在80 MHz带宽下,单条空间流的峰值速率为 600Mbit/s,在带宽为160MHz、8条空间流的情况下,峰值速率达 9.6Gbit/s。

(2)5G在eMBB场景下时延小于4ms,在uRLLC场景下时延小于1ms。WIFI 6平均时延为20ms,远高于5G的时延。因此,在时延方面,5G优于WIFI 6。

(3)5G移动性强,跨区连接速度快,可实现跨区网络无缝切换。WIFI 6跨区建立连接慢。

(4)5G系统复杂、成本高,WIFI6系统简单、成本低。因此,在系统建设投入方面,WIFI 6优于5G。

        2020年不仅是5G商用年,也是WiFi6 商用的元年,5G理论速度达到了10Gbps,而WiFi5 在网速、连接设备数等都被5G完爆。5G是否会取代 WiFi? 针对这个问题大家都认为,5G网络和WiFi都各有自己的使用场景和对象,网络使用选择取决于用户,随着技术的发展,5G 和 WiFi 会相互配合,在不同场景下,发挥各自优势,满足最终用户的需求。

 

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