從2019 MWC上海來看，風(fēng)頭全部被5G占了，也有人說5G最終將完全替代Wi-Fi。但實際上，今年以來Wi-Fi6市場有了很大進(jìn)展。
如圖所示，實際上Wi-Fi 6的進(jìn)展要比5G快很多。
Wi-Fi市場即將開始
目前，包括Broadcom，Celeno，英特爾，Marvell，高通，聯(lián)發(fā)科和Quantenna都在制造預(yù)標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi 6芯片組，并且?guī)准夜?yīng)商已經(jīng)推出了企業(yè)級接入點草桉 - 包括Aerohive Networks，Aruba Networks和華為。
而今年以來，幾家WiFi廠商在資本方面也有著強(qiáng)烈的整合動作。比如安森美收購了Quantenna，NXP收購了Marvell無線產(chǎn)品組合，英飛凌收購了賽普拉斯。
Wi-Fi市場主要玩家
正如英特爾所暢享的，今年是Wi-Fi6元年，未來將會有更多IoT產(chǎn)品支持Wi-Fi6
未來，Wi-Fi 6會有非常多的應(yīng)用場景，隨著數(shù)據(jù)量的急劇增加，包括路由、機(jī)頂盒、手機(jī)、電腦等傳統(tǒng)wifi市場之外，更多的iot設(shè)備會連接到互聯(lián)網(wǎng)上，而且Wi-Fi6不光有數(shù)據(jù)傳輸作用，還可以更精準(zhǔn)的進(jìn)行定位，相信未來Wi-Fi6的應(yīng)用前景將會更加廣闊。
今天就來了解一下Wi-Fi6技術(shù)。
關(guān)于Wi-Fi6
首先，802.11ax和Wi-Fi 6沒有區(qū)別，Wi-Fi 6是IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織在2018年修改的命名規(guī)則，將802.11ax標(biāo)準(zhǔn)更名為更直接的Wi-Fi 6。相比前幾代的命名規(guī)則更直接。
Wi-Fi 1：802.11a（1999）
Wi-Fi 2：802.11b（1999）
Wi-Fi 3：802.11g（2003）
Wi-Fi 4：802.11n（2009）
Wi-Fi 5：802.11ac（2014）
Wi-Fi 6：802.11ax（2019）
此外，Wi-Fi還有其他幾個標(biāo)準(zhǔn)
比如802.11ay標(biāo)準(zhǔn)是基于60GHz頻段推出的 WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，就是802.11ad標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展升級版，旨在繼續(xù)提高802.11ad標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。
目前主流使用的802.11ac是2.4GHz和5GHz頻段標(biāo)準(zhǔn)，而802.11ad和802.11ay都是60GHz頻段無線網(wǎng)，這兩種方桉均是毫米波頻段，因此無法穿墻，只能為AR/VR等流媒體傳輸使用的超高速網(wǎng)絡(luò)。
而802.11ax也就是Wi-Fi6同樣使用和802.11ac一樣的頻段，適合家庭日常使用。
與 802.11ac 聚焦于 5GHz 不同，802.11ax 制定時就納入 2.4GHz 和 5GHz 的 ISM 頻段，讓 2.4GHz 頻段 802.11n 40MHz、單空間流 150Mbps 速度往上提升；但 2.4GHz 的頻譜資源并不如 5GHz 豐富，限制最多僅能使用 40MHz，此時 802.11ax 單空間流僅有 287Mbps 傳輸速度，最小 20MHz 則為 143Mbps（均為實體層連接速度），與 802.11n 相比則是接近 1 倍增長幅度。
雖然 2.4GHz 頻譜資源不足，卻擁有傳輸距離較長的優(yōu)勢；一般來說，5GHz 的傳輸距離約為 2.4GHz 一半多一些。如果未來 1～6GHz 的頻段開放使用（依各地區(qū)和國家而定），802.11ax 也能夠使用該頻段。此外，舊有 802.11 無線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品也可以解讀 802.11ax 的信號，以便和舊有標(biāo)準(zhǔn)相容不會相互打架（別忘了無線網(wǎng)路采用 CSMA/CA，傳輸前需探測空中介面是否有其它裝置正在使用中）。
Wi-Fi6比Wi-Fi5快很多。盡管Wi-Fi5利用三頻等技術(shù)突破了千兆無線的限制，但受限于干擾、屏蔽等原因?qū)嶋H速率很難突破，而Wi-Fi6將是第一個可靠的千兆無線網(wǎng)絡(luò)。
Wi-Fi 6引入的新技術(shù)
為了實現(xiàn)更快的速率和更低的功耗，Wi-Fi6引入了多項新技術(shù)。
OFDMA - 提升每人平均速度
OFDMA全稱為正交頻分多址，是來取代過往制制的OFDM，即正交頻分復(fù)用。簡單來說可想像Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸就像列車載人，人即數(shù)據(jù)。在ac舊制式的OFDM下，要運載3個隊伍的人（包括數(shù)據(jù)、音頻和影像），就要分別使用3輛列車來載綠隊，紫隊和金隊，而且也要等金隊列車走了，紫隊才可坐下一班列車起行傳輸，令中間有延遲（Latency）。另外你看金隊的人數(shù)比較少，即代表列車還有許多空位，何不載多點人呢？這可比喻有3個用戶要傳輸數(shù)據(jù)，同一時間只有一部裝置傳輸，還要逐個輪候傳輸，并沒有盡用頻寬。
OFDMA能在同一時間傳輸來自不同裝置的資料。來源：Wi-Fi聯(lián)盟
OFDMA的做法就是把一輛列車分成最多9行座位（20MHz頻寬），令不同隊伍的人都可坐在同一輛列車，那么金隊，紫隊和綠隊都可有成員登上首班車，盡快先運送部分成員，比OFDM更早有成員抵達(dá)目的地;而且列車也坐滿人，更善用資源。這就如OFDMA把頻道割成多個小份（Resource Unit），讓多位用戶都可率先行行傳輸，提升每人的平均速率，又能減少傳輸?shù)腛verhead（準(zhǔn)備不同列車及司機(jī)），令上載Uplink及下載Downlink的傳輸都更有效率，亦可降低延遲，對多人上網(wǎng)的環(huán)境尤為有效。
以往一輛貨車載不滿，但OFDMA就可在同一輛車載不同用戶的貨物，更善用資源。來源：Qorvo / Qualcomm
OFDMA（正交分頻多工存?。┘夹g(shù)與先前 802.11a 導(dǎo)入的 OFDM（正交分頻多工）背后原理相同，均是利用多個子載波相互正交，減少傳輸時的干擾。OFDMA 多出來的 A 為 Access，讓這些子載波可以分為多組，各組服務(wù) 1 個終端裝置，也就是將傳輸時占用的 20/40/80/80+80/160MHz，再往下拆分?jǐn)?shù)個 MHz 頻段同時分別服務(wù)不同的終端裝置，此技術(shù)已應(yīng)用于目前的 LTE 網(wǎng)路之中。
另外還有個一體兩面的改進(jìn)，802.11ax 快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）數(shù)量從 802.11a/g/n/ac 的 20MHz/64 個（802.11a/g：4 個pilot、48 個資料、1 個中央 DC、前 6 后 5 保護(hù)； 802.11n/ac：4 個pilot、52 個資料、1 個中央 DC、前 4 后 3 保護(hù)），變成 4 倍 256 個（數(shù)量等同頻寬翻倍，如 40MHz/512 個、80MHz/1024 個……等），也因此縮減了子載波之間的間隔距離，從 312.5kHz 變?yōu)?78.125kHz。（子載波越多、可乘載資料量越多，傳輸時卻也越容易相互干擾）
802.11ax 的子載波間距縮小 4 倍，因而在使用同樣的頻寬之下，子載波數(shù)量提升 4 倍。
快速傅立葉轉(zhuǎn)換數(shù)量與子載波增加，有助于 OFDMA 多裝置多工效果，每個裝置最少可分配到的子載波數(shù)量為 26 個，20MHz 最多可分給 9 個終端裝置同時使用。802.11ax 將可分予單一裝置使用的子載波數(shù)量稱之為 1 個資源單位 Resource Unit，尚有 52、106、242、484、996、1992 個子載波等組合方式，其中 MU-MIMO 最小要求 106 個子載波、1024QAM 最小要求 242 個子載波。
802.11ax 新增 RU 資源單位概念，20MHz 最多可容量 9 個使用者，106 個子載波為能夠使用 MU-MIMO 的最小單位，242 個子載波則為使用 1024QAM 的最小 RU 單位。
各頻譜頻寬與可容納 RU 類型數(shù)量對照表
2.上行鏈路MU-MIMO - 有利多臺裝置的環(huán)境
MU-MIMO是（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output）的縮寫，即為多用戶多入多出技術(shù)。目前很多ac的路由都支持MU-MIMO，同一時間可與多臺裝置進(jìn)行傳輸，例如路由器具備4個空間流（1,734Mbps @ 5GHz），就同時服務(wù)最多4臺433Mbps單一Spatial Stream（SS）的裝置，或者1臺867Mbps裝置（2SS）加2臺433Mbps裝置，總之用盡4個SS。相反，舊的SU-MIMO就不能同時用盡所有Spatial Streams，例如當(dāng)1臺433Mbps連接，占用1個SS，其余3個SS就變?yōu)殚e置，不能服務(wù)其他裝置，導(dǎo)致多人上網(wǎng)時，速度就變慢。
SU-MIMO只可同時服務(wù)一臺裝置，而MU-MIMO就可同時服務(wù)多臺裝置。來源：思博倫博客
以前ac制式的MU-MIMO只用于下行Downlink傳輸，即是上一層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器）把數(shù)據(jù)傳送至下一層裝置。而新的ax制式就連上行Uplink，即裝置把數(shù)據(jù)上傳至路由器，都支持MU-MIMO了。而且MU-MIMO也由ac的4SS，變成支持ax的8SS，更多同道意味著可接受更多的輸入輸出鏈路。
除了通道更多，每個Spatial Stream的速度也變得更快，從之前的433Mbps（80MHz）增加至600.4Mbps，如果以160MHz計算，單一SS的速度就可達(dá)1.2Gbps以上，乘以8，理論速度則接近10Gbps。
ac和ax速度比較。來源：ni.com
3、1024 QAM——更細(xì)致的調(diào)制
802.11ax 導(dǎo)入1024 QAM 調(diào)制，這部分已經(jīng)有部分的廠商先行在 802.11ac 晶片當(dāng)中加入，譬如 Broadcom 支援 NitroQAM 的 BCM4366。802.11ax MCS 部分則是導(dǎo)入 10 與 11，各自分別代表 1024QAM 調(diào)制、編碼速率 3/4，以及 1024QAM 調(diào)變、編碼速率 5/6。相比較此前256QAM，1024QAM令Wi-Fi的載波數(shù)據(jù)點變得更密集，就像有更多個速遞員派貨，令傳輸數(shù)據(jù)的速度比256QAM快25％。
1024QAM 提升傳輸速度的同時，也對信號品質(zhì)有更高的要求，SNR 約需提升 6dB。
802.11ax 單空間流規(guī)格速度比較表，雙空間流乘上 2 倍、3 空間流乘上 3 倍......以此類推。
相比256QAM，1024QAM的載波數(shù)據(jù)點較為密集，可傳輸更多位數(shù)，令速度比256QAM快25％。來源：Qorvo
4、BSS著色 - 更善用頻譜
一直以來，Wi-Fi傳輸都是采用CSMA / CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）機(jī)制，每次傳送數(shù)據(jù)之前，會「聽」一下究竟傳播媒介有沒有其他Wi-Fi AP也在傳輸資料，就好像看看馬路上有沒有其他車。如果有的話，為防干擾和沖突，AP就會把媒介定為忙碌狀態(tài)，需要等待沒有其他AP傳輸，媒介「寂靜無人」，馬路通行無阻才開始傳送資料。
簡說CSMA機(jī)制。來源：rfwireless-world.com
而802.11ax加入的BSS著色“coloring”就可改善問題，即使在一個具備非常多AP的密集環(huán)境，如辦公室或展覽館，有很多AP使用同一個渠道傳輸，使媒介很擠迫，每個AP也無需等候那么久。因為在ax制式下，ax裝置每次傳送資料，都會在資料的Header（如寄送包裹，箱上也有一張紙寫著地址等資料，即Header）加入一個6 -Bit的BSS Color欄，來代表「顏色」。這個BSS Color會寫著要傳送到哪個BSS（基本服務(wù)套裝，可簡單想成Wi-Fi組別/ Wi-Fi SSID），假設(shè)是000001紅色，當(dāng)資料抵達(dá)同是紅組的AP / Wi-Fi路由器時，AP就會處理這個由裝置傳過來的包裹。假設(shè)這個AP聽到媒介有車運送包裹，而包裹寫的BSS顏色是000111藍(lán)色（OBSS ，重迭BSS，用同一通道但不同組別），即使媒介有車行駛，AP也不會把媒介定為繁忙，因為藍(lán)色并非AP用的紅色。所在這情況下，AP也照樣可以傳送資料，毋需等候，變相釋放更多時間使用媒介（空間復(fù)用/空間復(fù)用技術(shù)）。
ax裝置傳輸資料時，會在Header標(biāo)記BSS Color。來源：Aerohive
假設(shè)在Channel 36，圖中左上角的裝置要傳送資料，在ac標(biāo)準(zhǔn)下，會聽到附近很多Ch.36的活動，因而暫止傳輸。但在BSS Coloring下，它會忽忽黃，綠，紫色的CH 36干擾，照樣傳給黑色CH 36。來源：Aerohive
簡單的理解，BSS Coloring就類似于4G LTE網(wǎng)絡(luò)中的PCI（物理小區(qū)標(biāo)識），而智能管理就相當(dāng)于LTE的ICIC（ Inter-Cell Interference Coordination ，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)，用于資源調(diào)度管理和減小干擾。
5、目標(biāo)喚醒時間TWT - 令I(lǐng)oT裝置更省電
除了提升手機(jī)及電腦的連線速度外，隨著IoT裝置愈觀流行，例如智能家居有智能燈膽，智能電飯煲，IP Cam，各種感應(yīng)器等等，802.11ax亦針對IoT裝置提供改善方桉.802.11 ax就加入了Target Wake Time（TWT）機(jī)制，讓AP與20MHz的低速IoT裝置協(xié)商，即憑裝置會在何時傳送及接收資料，并在「時間表」記下這個「傳輸時段」。當(dāng)現(xiàn)在不是傳輸時間，IoT裝置便會“休眠”省電。而且AP也可排好時間表，確保IoT裝置“醒來”傳輸時，沒有其他IoT裝置撞時間一起傳輸，有效減少沖突。
裝置與AP制定好Target Wake Time后，便可在非傳輸時休眠，更省電。來源：Qualcomm
6、符元、保護(hù)區(qū)間、循環(huán)式前綴拉長
為了適應(yīng)戶外距離拉長，增加各方傳輸信號延遲，造成隱藏節(jié)點空中交通打結(jié)的現(xiàn)象，802.11ac 將保護(hù)區(qū)間拉長為 2 倍，由 400/800ns 變更為 800/1600ns，還額外提供 4 倍 3200ns 專攻戶外或是大范圍密集區(qū)域，用來抵御多重路徑造成符元間干擾（Inter-Symbol Interference、ISI）。
不過若是單單拉長保護(hù)區(qū)間，那麼單位時間內(nèi)可供傳輸?shù)姆掷m(xù)時間相對比例就會下降，因此 802.11ax 的符元持續(xù)時間除了過去 3200ns，新增 6400ns、12800ns 兩種。用來抵御通道間干擾（ICI、Inter-Channel Interference）的循環(huán)式前綴（Cyclic Prefix）同樣提高了 4 倍，只不過太高的 Cyclic Prefix 會導(dǎo)致淨(jìng)傳輸量下滑，因此在室內(nèi)使用時會選擇使用較低的 Cyclic Prefix。
為抵御訊號傳輸時的多重路徑導(dǎo)致符元間干擾，因而導(dǎo)入保護(hù)區(qū)間（Guard Interval），而又為了避免空白保護(hù)區(qū)間破壞正交性導(dǎo)致通道間干擾，于保護(hù)區(qū)間填入尾段資料。
7、動態(tài)分段
因應(yīng)網(wǎng)路封包結(jié)構(gòu)，都會預(yù)先將資料固定切成一樣的大小往外傳輸（除了資料不足以填滿分段長度的最后 1 段）。導(dǎo)入 OFDMA 之后，因為無法預(yù)期會分到幾個子載波數(shù)量/RU，固定的分段長度容易造成問題，太長傳輸不完、太短則會造成諸如錯誤檢查碼等負(fù)擔(dān)太高，淨(jìng)傳輸資料量下降。在此導(dǎo)入動態(tài)分段功能，可以依照分配到的子載波數(shù)量/RU 自行調(diào)整分段長度，以求盡量剛剛好填入子載波數(shù)量/RU。
近期越來越多 802.11ac 設(shè)備于 5GHz 導(dǎo)入使用 DFS 頻段，足以達(dá)成 80MHz + 80MHz 或是連續(xù) 160MHz，提供更高的頻寬或是服務(wù)更多的設(shè)備，但 802.11ax 已經(jīng)虎視眈眈，上下打量著 6GHz 頻段。去年年底美國 FCC 已開放 5.925GHz～7.125GHz 頻段供免許執(zhí)照設(shè)備使用，頻寬約有 1.2GHz。不過要運作在這個頻段還有些技術(shù)問題需要考量，譬如無線裝置想要連接 AP 時，1.2GHz 的掃瞄范圍實在是過于廣泛，花時間同時浪費電，目前提出的可行方桉在 2.4GHz 或是 5GHz 埋入信標(biāo)（beacon）或是探針（probe），802.11ax 之后也會為 6GHz 修改相關(guān)規(guī)范，預(yù)計使用 5.935GHz～7.125GHz。
轉(zhuǎn)進(jìn) 6GHz 頻段之后，802.11ax 可以獲得更多的頻譜資源，但 6GHz 并非 ISM 頻段，美國以外地區(qū)是否能夠受惠尚屬未知數(shù)。
更注重頻譜效率
802.11ax 雖然走在更快速的道路上，但這條高速公路更注重彈性高效率的使用。譬如 Multi-TID AMPDU（Multi-Traffic Identifier Aggregated MAC Protocol Data Unit）讓多個不同流量辨識碼或是 QoS 的資料，能夠合并在單一傳輸作業(yè)當(dāng)中完成，802.11ac 與之前的無線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)均不支援此種作法。
802.11ax/Wi-Fi 6 功能與優(yōu)點對應(yīng)表，可以發(fā)現(xiàn)提升傳輸速度僅佔很小的一環(huán)，更重要的是解決無線網(wǎng)路規(guī)格傳輸?shù)母締栴}。
