從2019 MWC上海來(lái)看，風(fēng)頭全部被5G占了，也有人說(shuō)5G最終將完全替代Wi-Fi。但實(shí)際上，今年以來(lái)Wi-Fi6市場(chǎng)有了很大進(jìn)展。
如圖所示，實(shí)際上Wi-Fi 6的進(jìn)展要比5G快很多。
Wi-Fi市場(chǎng)即將開(kāi)始
目前，包括Broadcom，Celeno，英特爾，Marvell，高通，聯(lián)發(fā)科和Quantenna都在制造預標準的Wi-Fi 6芯片組，并且幾家供應商已經(jīng)推出了企業(yè)級接入點(diǎn)草桉 - 包括Aerohive Networks，Aruba Networks和華為。
而今年以來(lái)，幾家WiFi廠(chǎng)商在資本方面也有著(zhù)強烈的整合動(dòng)作。比如安森美收購了Quantenna，NXP收購了Marvell無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品組合，英飛凌收購了賽普拉斯。
Wi-Fi市場(chǎng)主要玩家
正如英特爾所暢享的，今年是Wi-Fi6元年，未來(lái)將會(huì )有更多IoT產(chǎn)品支持Wi-Fi6
未來(lái)，Wi-Fi 6會(huì )有非常多的應用場(chǎng)景，隨著(zhù)數據量的急劇增加，包括路由、機頂盒、手機、電腦等傳統wifi市場(chǎng)之外，更多的iot設備會(huì )連接到互聯(lián)網(wǎng)上，而且Wi-Fi6不光有數據傳輸作用，還可以更精準的進(jìn)行定位，相信未來(lái)Wi-Fi6的應用前景將會(huì )更加廣闊。
今天就來(lái)了解一下Wi-Fi6技術(shù)。
關(guān)于Wi-Fi6
首先，802.11ax和Wi-Fi 6沒(méi)有區別，Wi-Fi 6是IEEE標準組織在2018年修改的命名規則，將802.11ax標準更名為更直接的Wi-Fi 6。相比前幾代的命名規則更直接。
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(gè)標準
比如802.11ay標準是基于60GHz頻段推出的 WiFi 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )標準，就是802.11ad標準擴展升級版，旨在繼續提高802.11ad標準的網(wǎng)絡(luò )傳輸速度。
目前主流使用的802.11ac是2.4GHz和5GHz頻段標準，而802.11ad和802.11ay都是60GHz頻段無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，這兩種方桉均是毫米波頻段，因此無(wú)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(shí)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(shí) 802.11ax 單空間流僅有 287Mbps 傳輸速度，最小 20MHz 則為 143Mbps（均為實(shí)體層連接速度），與 802.11n 相比則是接近 1 倍增長(cháng)幅度。
雖然 2.4GHz 頻譜資源不足，卻擁有傳輸距離較長(cháng)的優(yōu)勢；一般來(lái)說(shuō)，5GHz 的傳輸距離約為 2.4GHz 一半多一些。如果未來(lái) 1～6GHz 的頻段開(kāi)放使用（依各地區和國家而定），802.11ax 也能夠使用該頻段。此外，舊有 802.11 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路標準產(chǎn)品也可以解讀 802.11ax 的信號，以便和舊有標準相容不會(huì )相互打架（別忘了無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)的限制，但受限于干擾、屏蔽等原因實(shí)際速率很難突破，而Wi-Fi6將是第一個(gè)可靠的千兆無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
Wi-Fi 6引入的新技術(shù)
為了實(shí)現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(chēng)為正交頻分多址，是來(lái)取代過(guò)往制制的OFDM，即正交頻分復用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可想像Wi-Fi數據傳輸就像列車(chē)載人，人即數據。在ac舊制式的OFDM下，要運載3個(gè)隊伍的人（包括數據、音頻和影像），就要分別使用3輛列車(chē)來(lái)載綠隊，紫隊和金隊，而且也要等金隊列車(chē)走了，紫隊才可坐下一班列車(chē)起行傳輸，令中間有延遲（Latency）。另外你看金隊的人數比較少，即代表列車(chē)還有許多空位，何不載多點(diǎn)人呢？這可比喻有3個(gè)用戶(hù)要傳輸數據，同一時(shí)間只有一部裝置傳輸，還要逐個(gè)輪候傳輸，并沒(méi)有盡用頻寬。
OFDMA能在同一時(shí)間傳輸來(lái)自不同裝置的資料。來(lái)源：Wi-Fi聯(lián)盟
OFDMA的做法就是把一輛列車(chē)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(chē)，那么金隊，紫隊和綠隊都可有成員登上首班車(chē)，盡快先運送部分成員，比OFDM更早有成員抵達目的地;而且列車(chē)也坐滿(mǎn)人，更善用資源。這就如OFDMA把頻道割成多個(gè)小份（Resource Unit），讓多位用戶(hù)都可率先行行傳輸，提升每人的平均速率，又能減少傳輸的Overhead（準備不同列車(chē)及司機），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(chē)載不滿(mǎn)，但OFDMA就可在同一輛車(chē)載不同用戶(hù)的貨物，更善用資源。來(lái)源：Qorvo / Qualcomm
OFDMA（正交分頻多工存?。┘夹g(shù)與先前 802.11a 導入的 OFDM（正交分頻多工）背后原理相同，均是利用多個(gè)子載波相互正交，減少傳輸時(shí)的干擾。OFDMA 多出來(lái)的 A 為 Access，讓這些子載波可以分為多組，各組服務(wù) 1 個(gè)終端裝置，也就是將傳輸時(shí)占用的 20/40/80/80+80/160MHz，再往下拆分數個(gè) MHz 頻段同時(shí)分別服務(wù)不同的終端裝置，此技術(shù)已應用于目前的 LTE 網(wǎng)路之中。
另外還有個(gè)一體兩面的改進(jìn)，802.11ax 快速傅立葉轉換（FFT）數量從 802.11a/g/n/ac 的 20MHz/64 個(gè)（802.11a/g：4 個(gè)pilot、48 個(gè)資料、1 個(gè)中央 DC、前 6 后 5 保護； 802.11n/ac：4 個(gè)pilot、52 個(gè)資料、1 個(gè)中央 DC、前 4 后 3 保護），變成 4 倍 256 個(gè)（數量等同頻寬翻倍，如 40MHz/512 個(gè)、80MHz/1024 個(gè)……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(shí)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，子載波數量提升 4 倍。
快速傅立葉轉換數量與子載波增加，有助于 OFDMA 多裝置多工效果，每個(gè)裝置最少可分配到的子載波數量為 26 個(gè)，20MHz 最多可分給 9 個(gè)終端裝置同時(shí)使用。802.11ax 將可分予單一裝置使用的子載波數量稱(chēng)之為 1 個(gè)資源單位 Resource Unit，尚有 52、106、242、484、996、1992 個(gè)子載波等組合方式，其中 MU-MIMO 最小要求 106 個(gè)子載波、1024QAM 最小要求 242 個(gè)子載波。
802.11ax 新增 RU 資源單位概念，20MHz 最多可容量 9 個(gè)使用者，106 個(gè)子載波為能夠使用 MU-MIMO 的最小單位，242 個(gè)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(lèi)型數量對照表
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(xiě)，即為多用戶(hù)多入多出技術(shù)。目前很多ac的路由都支持MU-MIMO，同一時(shí)間可與多臺裝置進(jìn)行傳輸，例如路由器具備4個(gè)空間流（1,734Mbps @ 5GHz），就同時(shí)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(gè)SS。相反，舊的SU-MIMO就不能同時(shí)用盡所有Spatial Streams，例如當1臺433Mbps連接，占用1個(gè)SS，其余3個(gè)SS就變?yōu)殚e置，不能服務(wù)其他裝置，導致多人上網(wǎng)時(shí)，速度就變慢。
SU-MIMO只可同時(shí)服務(wù)一臺裝置，而MU-MIMO就可同時(shí)服務(wù)多臺裝置。來(lái)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 )設備（如路由器）把數據傳送至下一層裝置。而新的ax制式就連上行Uplink，即裝置把數據上傳至路由器，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(zhù)可接受更多的輸入輸出鏈路。
除了通道更多，每個(gè)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1.2Gbps以上，乘以8，理論速度則接近10Gbps。
ac和ax速度比較。來(lái)源：ni.com
3、1024 QAM——更細致的調制
802.11ax 導入1024 QAM 調制，這部分已經(jīng)有部分的廠(chǎng)商先行在 802.11ac 晶片當中加入，譬如 Broadcom 支援 NitroQAM 的 BCM4366。802.11ax MCS 部分則是導入 10 與 11，各自分別代表 1024QAM 調制、編碼速率 3/4，以及 1024QAM 調變、編碼速率 5/6。相比較此前256QAM，1024QAM令Wi-Fi的載波數據點(diǎn)變得更密集，就像有更多個(gè)速遞員派貨，令傳輸數據的速度比256QAM快25％。
1024QAM 提升傳輸速度的同時(shí)，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(lèi)推。
相比256QAM，1024QAM的載波數據點(diǎn)較為密集，可傳輸更多位數，令速度比256QAM快25％。來(lái)源：Qorvo
4、BSS著(zhù)色 - 更善用頻譜
一直以來(lái)，Wi-Fi傳輸都是采用CSMA / CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）機制，每次傳送數據之前，會(huì )「聽(tīng)」一下究竟傳播媒介有沒(méi)有其他Wi-Fi AP也在傳輸資料，就好像看看馬路上有沒(méi)有其他車(chē)。如果有的話(huà)，為防干擾和沖突，AP就會(huì )把媒介定為忙碌狀態(tài)，需要等待沒(méi)有其他AP傳輸，媒介「寂靜無(wú)人」，馬路通行無(wú)阻才開(kāi)始傳送資料。
簡(jiǎn)說(shuō)CSMA機制。來(lái)源：rfwireless-world.com
而802.11ax加入的BSS著(zhù)色“coloring”就可改善問(wèn)題，即使在一個(gè)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(gè)渠道傳輸，使媒介很擠迫，每個(gè)AP也無(wú)需等候那么久。因為在ax制式下，ax裝置每次傳送資料，都會(huì )在資料的Header（如寄送包裹，箱上也有一張紙寫(xiě)著(zhù)地址等資料，即Header）加入一個(gè)6 -Bit的BSS Color欄，來(lái)代表「顏色」。這個(gè)BSS Color會(huì )寫(xiě)著(zhù)要傳送到哪個(gè)BSS（基本服務(wù)套裝，可簡(jiǎn)單想成Wi-Fi組別/ Wi-Fi SSID），假設是000001紅色，當資料抵達同是紅組的AP / Wi-Fi路由器時(shí)，AP就會(huì )處理這個(gè)由裝置傳過(guò)來(lái)的包裹。假設這個(gè)AP聽(tīng)到媒介有車(chē)運送包裹，而包裹寫(xiě)的BSS顏色是000111藍色（OBSS ，重迭BSS，用同一通道但不同組別），即使媒介有車(chē)行駛，AP也不會(huì )把媒介定為繁忙，因為藍色并非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(shí)間使用媒介（空間復用/空間復用技術(shù)）。
ax裝置傳輸資料時(shí)，會(huì )在Header標記BSS Color。來(lái)源：Aerohive
假設在Channel 36，圖中左上角的裝置要傳送資料，在ac標準下，會(huì )聽(tīng)到附近很多Ch.36的活動(dòng)，因而暫止傳輸。但在BSS Coloring下，它會(huì )忽忽黃，綠，紫色的CH 36干擾，照樣傳給黑色CH 36。來(lái)源：Aerohive
簡(jiǎn)單的理解，BSS Coloring就類(lèi)似于4G LTE網(wǎng)絡(luò )中的PCI（物理小區標識），而智能管理就相當于LTE的ICIC（ Inter-Cell Interference Coordination ，小區間干擾協(xié)調）技術(shù)，用于資源調度管理和減小干擾。
5、目標喚醒時(shí)間TWT - 令I(lǐng)oT裝置更省電
除了提升手機及電腦的連線(xiàn)速度外，隨著(zhù)IoT裝置愈觀(guān)流行，例如智能家居有智能燈膽，智能電飯煲，IP Cam，各種感應器等等，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）機制，讓AP與20MHz的低速I(mǎi)oT裝置協(xié)商，即憑裝置會(huì )在何時(shí)傳送及接收資料，并在「時(shí)間表」記下這個(gè)「傳輸時(shí)段」。當現在不是傳輸時(shí)間，IoT裝置便會(huì )“休眠”省電。而且AP也可排好時(shí)間表，確保IoT裝置“醒來(lái)”傳輸時(shí)，沒(méi)有其他IoT裝置撞時(shí)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(shí)休眠，更省電。來(lái)源：Qualcomm
6、符元、保護區間、循環(huán)式前綴拉長(cháng)
為了適應戶(hù)外距離拉長(cháng)，增加各方傳輸信號延遲，造成隱藏節點(diǎn)空中交通打結的現象，802.11ac 將保護區間拉長(cháng)為 2 倍，由 400/800ns 變更為 800/1600ns，還額外提供 4 倍 3200ns 專(zhuān)攻戶(hù)外或是大范圍密集區域，用來(lái)抵御多重路徑造成符元間干擾（Inter-Symbol Interference、ISI）。
不過(guò)若是單單拉長(cháng)保護區間，那麼單位時(shí)間內可供傳輸的符元持續時(shí)間相對比例就會(huì )下降，因此 802.11ax 的符元持續時(shí)間除了過(guò)去 3200ns，新增 6400ns、12800ns 兩種。用來(lái)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(guò)太高的 Cyclic Prefix 會(huì )導致淨傳輸量下滑，因此在室內使用時(shí)會(huì )選擇使用較低的 Cyclic Prefix。
為抵御訊號傳輸時(shí)的多重路徑導致符元間干擾，因而導入保護區間（Guard Interval），而又為了避免空白保護區間破壞正交性導致通道間干擾，于保護區間填入尾段資料。
7、動(dòng)態(tài)分段
因應網(wǎng)路封包結構，都會(huì )預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(mǎn)分段長(cháng)度的最后 1 段）。導入 OFDMA 之后，因為無(wú)法預期會(huì )分到幾個(gè)子載波數量/RU，固定的分段長(cháng)度容易造成問(wèn)題，太長(cháng)傳輸不完、太短則會(huì )造成諸如錯誤檢查碼等負擔太高，淨傳輸資料量下降。在此導入動(dòng)態(tài)分段功能，可以依照分配到的子載波數量/RU 自行調整分段長(cháng)度，以求盡量剛剛好填入子載波數量/RU。
近期越來(lái)越多 802.11ac 設備于 5GHz 導入使用 DFS 頻段，足以達成 80MHz + 80MHz 或是連續 160MHz，提供更高的頻寬或是服務(wù)更多的設備，但 802.11ax 已經(jīng)虎視眈眈，上下打量著(zhù) 6GHz 頻段。去年年底美國 FCC 已開(kāi)放 5.925GHz～7.125GHz 頻段供免許執照設備使用，頻寬約有 1.2GHz。不過(guò)要運作在這個(gè)頻段還有些技術(shù)問(wèn)題需要考量，譬如無(wú)線(xiàn)裝置想要連接 AP 時(shí)，1.2GHz 的掃瞄范圍實(shí)在是過(guò)于廣泛，花時(shí)間同時(shí)浪費電，目前提出的可行方桉在 2.4GHz 或是 5GHz 埋入信標（beacon）或是探針（probe），802.11ax 之后也會(huì )為 6GHz 修改相關(guān)規范，預計使用 5.935GHz～7.125GHz。
轉進(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，美國以外地區是否能夠受惠尚屬未知數。
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(gè)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)當中完成，802.11ac 與之前的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路標準均不支援此種作法。
802.11ax/Wi-Fi 6 功能與優(yōu)點(diǎn)對應表，可以發(fā)現提升傳輸速度僅佔很小的一環(huán)，更重要的是解決無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路規格傳輸的根本問(wèn)題。
