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802.11ax獲封WiFi 6,技術能力有多6?

2018-10-14
關鍵詞: 802.11ax WIFI6

  雷鋒網消息,10月3日,WiFi聯盟將基于IEEE 802.11ax標準的WiFi正式納入正規軍,成為第六代WiFi技術,即WiFi 6  

  在解讀這個問題之前,我們先要有一個小插曲。WiFi聯盟在確定第六代WiFI的同時,為了更易于用戶理解,還正式公布了采用數字的新的命名標準。

  WiFi新命名標準

  在WiFi聯盟最新公布的命名系統中,用數字大小按時間順序(也是性能的強弱順序)依次取代了原有復雜的技術命名方式,用戶可以通過數字大小來識別WiFi標準的性能,包括速率、吞吐量、用戶體驗等。例如,就性能而言,WiFi 6 > WiFi 5就顯而易見。

  這樣的方式也可用于指定先前的WiFi標準,并可用戶識別使用相應WiFi標準的設備。例如,802.11n或802.11ac。數字序列包括:

  WiFi 6用于識別支持802.11ax技術的設備

  WiFi 5用于識別支持802.11ac技術的設備

  WiFi 4用于識別支持802.11n技術的設備

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  另外,在識別WiFi設備網絡連接方面,也用到了新的UI圖標。圖標將通過顯示WiFi信號指示符和連接的數字表示。當用戶在提供不同用戶體驗的WiFi網絡之間移動時,圖標也將會進行相應調整。當用戶設備顯示伴有數字6的信號指示符圖標時,表示該設備正在使用WiFi 6。

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  WiFi 6技術能力的提升

  WiFi 6,也就是802.11ax,曾在2016年11月和2017年9月分別提出了第一版和第二版標準草案,然而均未能獲得802.11ax工作小組75%以上成員投票認可,目前的第三版,也就是3.0版本草案仍在商討中,預計會在2019年完成正式標準化。

  雖然正式標準化并未完成,但是并不影響802.11ax的技術發展。

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  與前代相比(802.11ac),802.11ax主要目標是在密集用戶環境中將用戶的平均吞吐量提高至少4倍。這自然就需要在技術能力上有足夠的提升,就具體技術提升,本文主要從MU-MIMO、OFDMA、MCS三方面進行分析。

  首先是MU-MIMO技術。MU-MIMO即多用戶輸入輸出技術,也是主要應用于802.11ac WAVE2的技術。相較應用在802.11n上的MIMO(多天線傳輸)技術而言,主要改善了路由器天線閑置的情況,允許路由器分割天線,獨立地為不同的設備傳輸。

  2015年推出的802.11ac Wave 2一個主要特性是應用了MU-MIMO技術,使得其AP節點可以同時向多個支持MU-MIMO的客戶端發送數據包,解決了無線路由器之前一次只能和一個終端通信的問題。802.11ac Wave 2當時支持的最大規格是4×4 MU-MIMO,可以同時向4個終端共享下行的MU-MIMO數據包。

  相較而言,802.11ax擁有8×8 MU-MIMO,可以同時向8個終端共享上行、下行的MU-MIMO數據包。另外,采用802.11ax標準的設備從AP向終端發送數據包時,一個數據包可以面向多個終端節點發送,而且這幾個終端節點也能夠協調,同時向AP端、網絡上行發送數據包。數據包同時到達AP,AP也可以解碼、同時接收所有的數據包,因此效率就有所提高。

  然后是OFDMA技術。802.11ac及之前WiFi標準采用的都是OFDM(正交頻分復用)調制方式,是多載波傳輸方案實現方式之一。采用該方式的設備的網絡中在同一幀里只有一個標準的數據包,傳給客戶端的時候不管幀的大小,從網絡協議的角度來看,在信道發送方面額外的系統開銷都是一樣的。另外,在OFDM系統中,用戶占用了整個信道,隨著用戶數量的增多,用戶之間的數據請求會發生沖突,從而導致當這些用戶發送請求數據時,服務質量較差。

  802.11ax采用的是OFDMA(正交頻分多址)調制方式,該技術是OFDM技術的演進。OFDMA如今已經在蜂窩網絡中普遍應用,其可以把各種大小的數據包從調制的角度組合在一起,系統開銷可以通過共享而降低,并能同時支持上行和下行,因而效率得到提高。同時,OFDMA的符號的長度也得以增長,每一個調制信號的符號長度變成802.11ac的4倍。調制的長度越長,在多路徑的情況下,AP端、客戶端就能有更多的機會可以充分利用多路徑,通過更寬的窗口把不同角度反射過來的信號組合在一起。這就讓實際應用場景中,特別是遠距離傳輸的時候,在多路徑比較強的情況下,解碼能力增強,接受的穩定性也更大了。

  MCS(調制與編碼策略)的提升。這里涉及到的是QAM,即正交振幅調制,正交振幅調制正交載波調制技術與多電平振幅鍵控的結合。802.11ac最高只支持256-QAM,802.11ax可以支持到1024-QAM。由于調制碼的密度越大,承載的數據量也就越大,802.11ax相較802.11ac在承載數據量的能力上提高了2到3倍。如果從數據角度來看,單條空間流80M帶寬的關聯速率從433Mbps提升到了600.4Mbps,理論最大關聯速率(160M帶寬,8條空間流)從6.9Gbps提升到9.6Gbps左右。

  802.11ax支持2.4GHz和5GHz雙頻段,也繼承了WiFi的向下兼容的特性。關于802.11ac與802.11ax在頻段、信道帶寬、FFT大小、副載波間隔、數據傳輸速率等方面的具體性能對比,見下表:

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  廠商的看好

  前文也提到,802.11ax標準預計會在2019年完成正式標準化,但這并不影響巨頭廠商的布局與競爭。

  2017年2月,高通推出支持802.11ax的兩款產品——IPQ8074和QCA6290。

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  其中,IPQ8074是針對企業應用的高集成的SoC,采用14nm制程,支持多達四個千兆MAC,擁有兩個10G接口的NBASE-T,同時還支持80MHz通道寬度,并配有運行在2GHz的Cortex-A53四核處理器和雙核網絡處理器,具有8x8 5GHz + 4x4 2.4GHz的MU-MIMO的解決方案。

  QCA6290芯片組面向消費類設備,采用28nm工藝制造,并支持2x2 802.11ax連接,并行雙頻操作。官方稱,除了支持802.11ax標準節能特性,還可通過高通Technologies的特定優化,降低三分之二的功耗。

  2017年8月16日,博通推出了基于802.11ax標準的Max Wi-Fi芯片,包括BCM43684(民用)、BCM43694(商用)、BCM4375三種型號。

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  其中,BCM43684和BCM43694支持最高4條數據流,峰值傳輸為4.8Gbps,其它技術指標,包括前文提到的160MHz信道帶寬、1024QAM、MU-MIMO、OFDMA技術等也都支持;BCM4375是用于移動平臺且集成了藍牙的一體式產品,考慮到功耗和芯片面積問題,峰值速度降為1.429Gbps,集成藍牙5.0,同樣也支持1024QAM、MU-MIMO和OFDMA。

  WiFi 6的應用場景

  據此前高通產品管理總監Jason Tao表示,802.11ax標準的優勢主要在城市密集使用環境、企業級應用、運營商網絡分流中將得以凸顯。

  一是城市里面密集度非常高的使用環境。802.11ax對辦公、公寓、密集型住宅甚至室外的應用都有很大的提高;

  二是企業級的應用。這也是現在非常看好的、最早采納802.11ax標準的應用場景之一。因為企業級應用基本把所有的關鍵業務都搬到了WiFi網絡,有線網絡連接已經很少見了。無論是終端設備接到云端,還是應用于教育領域的電子課室都是在WiFi網絡上實現的。802.11ax使這些服務比以前的可靠度更高,支持的客戶端數量也更大。比如說電子教室,以前如果是100多位學生的大課授課形式,傳輸視頻或是上下行的交互挑戰都比較大,802.11ax會使應用場景的可靠度和使用效果有很好的提升。

  第三,新增應用場景是對運營商網絡分流起到了重要的輔助作用。LTE網絡對移動終端的上網和數據流量方面確實起到了很大的改善作用,但LTE的網絡對運營商來說不管是帶寬還是網絡的部署都比較昂貴,所以很多情況下運營商都愿意把其中一部分業務分流到WiFi網絡上,因為WiFi網絡相對更加經濟實惠。但之前的WiFi網絡存在穩定性或者帶寬上的挑戰,隨著802.11ax技術的演進,從LTE網絡分流過來的應用場景的用戶體驗會比以前更好。

  雷鋒網小結

  據雷鋒網(公眾號:雷鋒網)了解,其實在802.11ax之前,也有預測802.11ad將會成為第六代WiFi技術,然而802.11ad雖然摒棄了2.4GHz和5GHz擁擠的頻段,選用了60GHz高頻段,但是卻帶來了諸如穿墻能力弱等局限性。因而最終還是將802.11ax作為第六代WiFi技術。

  至于此次正式入編,成為正規軍的802.11ax,同時又喜獲WiFi 6的稱號。技術指標包括8x8 MU-MIMO、OFDMA、1024-QAM等,同時也繼承了WiFi標準向下兼容的特性;從而實現了同時支持上行、下行數據傳輸,最大理論數據速率高達9.6Gbps左右,在密集用戶環境中將用戶的平均吞吐量提高至少4倍。雖然現在還未正式完成標準化,也沒有任何可用的WiFi 6客戶端設備,但是卻仍被視為各大廠商搶占的高地。


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