不只是更快从Wi-Fi,6的技术特点说起
时间：2021-01-14 08:02:54 来源：达达文档网 本文已影响 人 
对于很多人来说，Wi-Fi 6就像是突然出现一般，因为他们在脑海中搜索一番后，会发现并没有像2G、3G、4G一样经历过Wi-Fi 2、Wi-Fi 3的时代，Wi-Fi 6是从哪里冒出来的？
老朋友，新面孔
其实Wi-Fi6并非凭空出现，它的“前世”IEEE 802.11ax在两年前就出现在大家的视野中。IEEE802.11是现今无线局域网通用的标准，它是由电气和电子工程师协会（IEEE）所定义的无线网络通信的标准。像802.11n、802.11ac想必大家都有听过，它们正是目前绝大多数用户的路由器、手机、笔记本电脑等具备无线功能的产品所基于的技術标准。在IEEE 802.11标准发展的过程中，1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，其成立的主要目的是在全球范围内推行Wi-Fi产品的兼容认证，发展IEEE 802.11标准的无线局域网技术。Wi-Fi联盟是一个商业联盟像我们熟悉的Wi-Fi商标，就是它所拥有的。
802.11ax是802.11ac后最新无线局域网标准，标准草案由IEEE标准协会的TGax工作组制定，它于2014年5月成立，至2017年11月已完成第二版标准草案。所以在2017年，我们就看到有上游厂商推出802.11ax无线芯片：在2018年，市场上就已经有支持802.11ax的无线路由器。2018年10月，负责商业认证的Wi+Fi联盟为了更好地推广Wi-Fi技术，重新命名了Wi-Fi标准，其中802.11ax被命名为Wi-Fi 6，并于2019年秋季正式启动产品认证。为了让用户更容易了解他们的设备所支持的Wi-Fi标准，802.11ac和802.11n也同时被改称为Wi-Fi 5和Wi-Fi 4。自此，Wi+Fi变得跟4G、5G一样，让广大普通用户一眼就能通过数字大小来识别Wi+Fi标准的性能。
不得不说，就目前的情况来看，Wi-Fi联盟对Wi-Fi标准采用的全新命名规则，确实对于其推广起到了不小的作用。无论是从各种场合的能见度还是从消费者的认知来看，Wi-Fi都要比此前的802.11ax更具传播性。
Wi-Fi 6的杀手锏
那么，Wi-Fi 6相比Wi-Fi5、Wi-Fi 4的进步到底体现在哪些方面？让我们先从基本的规格说起。Wi-Fi 4（802.11n）发布于2009年，率先支持40MHz频宽与MIMO，理论带宽从802.11a/g的54Mbps—下子提升到了600Mbps（单流带宽150Mbps）.并同时支持2.4GHz与5GHz两个频段，支持64-QAM。4年后第一版Wi-Fi 5（Wave1）诞生，频宽提升至80MHz，单流带宽提升至433Mbps。2016年的第二版Wi-Fi5 （Wave2）则将频宽翻倍到160MHz，支持256-QAM，单流带宽提升至867Mbps，不过Wi-Fi 5只支持5GHz频段。Wi-Fi6对比前两代标准，不但能同时支持2.4GHz和5GHz频段，还将单流带宽提升至1201Mbps，并且可以同时支持8个终端上行/下行，理论吞吐量最高可达9.6Gbps。后文中，我们可以通过三个标准的主要技术规格对比，了解它们的区别。
不过，速度的提升并不是Wi-Fi 6的终极目标，它要解决更多的问题。无线网络技术发展初期，只是被定义在小范围空间内，少数设备互联的网络，比如在家庭、办公室等场合，其数据传输能力和范围比较有限。不过随着Wi-Fi 5普及后，大量公共场合和开放式环境都开始布置无线网络，部分人流较多的场合在瞬时甚至可能会有高达数千的数据终端连接请求，比如火车站、飞机场、演唱会现场等。但我们也注意到在这样的公共场合下，连接到无线网络后无论是速度还是连接稳定性都不够理想，使用体验很糟糕。其中固然有网络布置、节点数量等原因，但是更重要的还是之前的无线网络标准压根就没考虑过这么多并发连接需求的应用情况，因此才出现了各种各样的问题。
为了解决这样的问题，Wi-Fi6在制定初期就考虑要满足更多用户联网以及处理更多并发任务的需求。简单来说，Wi-Fi 6标准肩负着实现高带宽、低时延、多用户连接的历史使命。要达到这样的目标，Wi-Fi 6标准中加入了几项关键技术：OFDMA、MU-MIMO、1024-QAM、BSS Coloring以及TWT。
0DFMA：减少阻塞
ODFMA，名为正交频分多址技术。这项技术的目的是将传输带宽划分为正交的、互不重叠的一系列子载波集，为不同的用户分配使用不同的子载波集，因此实现可以连接更多用户的目的。相比之下，传统ODFM中的每一个用户都会独自占据整个信道频率，这会带来用户排队和网络通信拥堵。ODFMA的优势在于可以在时间和带宽上对频段进行分割，容纳更多用户的同时保证传输速率。ODFMA通过信道划分，同时向多个用户传递数据，大幅度改善了多用户条件下的传输情况。具体到产品上来说的话，在Wi-Fi6上，20MHz信号通道上的载波数量被提高到了256个，其中234个传输数据，剩下的是一些系统通信和校验等信息，这样一来用户数量大增，更多用户可以连接在Wi-Fi6上进行通信。
用一个通俗的例子来说明该技术的进步，让我们把无线数据传输的过程想象成货车载货，货就是数据。在Wi-Fi 5路由器上，不论货物大小都用固定的货车运送，一辆货车只载一件货物，如果货物很小就会造成货车空间的浪费。而在支持OFDMA的Wi-Fi 6路由器上，一辆货车可以装载众多不同大小的货物，装满后才发车，这样能充分利用货车空间。也就是说Wi-Fi 6可实现在每个时间段内多个终端同时并行传输，而不必依次排队等待，提升了无线接入的效率。另外由于OFDMA对多径信号比较强的处理能力，同时终端会选择无线性能好的子信道集中发送功率通信，因此它还具备扩大覆盖范围，提高覆盖质量的特质。
MU-MIMO：为多用户而生
MU-MIMO，名为多用户多输入多输出。顾名思义MU-MIMO是支持多用户同时收发数据的技术。
在MU-MIMO出现之前，人们使用的无线路由器仅仅支持SU-MIMO，所谓SU-MIMO就是单用户Single User的多输入多输出协议。在这个协议下，路由器的信号是单一的，根据和主机之间通信距离的远近亲疏来排序，实现多个设备的网络连接。在这种情况下，如果一个设备需要长时间通信传递数据的话，那么其他正在等待的设备就可能产生卡顿。因为路由器只接受同时和一个设备通信，多个设备只能排队。但是MU-MIMO不是这样，MU-MIMO的信号同时在时间、频段和空间三个维度上进行排序，就相当于同时有三组信号和设备沟通，这样一来，设备就有更多的通道和路由器沟通，排队和延迟也就被大大降低了。
虽然我们在Wi-Fi 5上就已经看到了它的应用，但它只引入了4x4 MU-MIMO下行链路。而Wi-Fi 6所支持的MU-MIMO，在Wi-Fi 5的基础上增加了上行链路MU-MIMO，同时上下行链路最多可支持8x8 MU-MIMO，与Wi-Fi 5相比，下行链路容量增加了2倍，上行链路容量增加了8倍，从而大幅提高无线接入总容量。这其实跟我们使用的宽带速度很像，Wi-Fi5就像上下行不对等的宽带，下行快（多）上行慢（少），Wi-Fi 6则做到了上下行一樣快（多）。
1024-QAM：更大带宽
所谓QAM，是指QuadratureAmplitude Modulation，也就是正交振幅调制的意思。QAM的目的是通过调制原始数据，使得信号能够一次性传输足够多的信息。QAM的关键数值都是2的次方，比如802.11n采用的64-QAM，是2的6次方，每次传递6bit数据;Wi-Fi5则改成了256-QAM也就是2的8次方，每次传递8bit数据;在Wi-Fi 6上则改成2的10次方，每次传递10bit数据。每次传递的数据越多，传输速度相对来说就越快，这是Wi-Fi6改进最积极的地方之_。
BSS Coloring：提升网络效率
从目前的使用情况来看，Wi-Fi在家庭中体验还是可以接受的，但是在公众场合的使用体验一般都很糟糕。比如在商场，即使布置了一百个甚至两百个路由终端，但是这些路由器之间的协同工作方式是怎么样的呢？这些路由器是否能组成一个网络共同应对大量人群和设备的网络需求呢？
在Wi-Fi5设备上，由于传输数据要占用一条信道，因此设备会采用一种名为CSMA/GA （CarrierSense Multiple Access withGollision Avoidance）机制，简单来说就是传输前先查询—下相应的信道是否有其他设备在使用，如果有那就标注为忙碌，等到信道空闲时才会使用。这种传输方式虽然简单，但是信道利用率并不高，使用同一信道的设备越多，网络堵塞的情况就会越严重。
而在Wi-Fi 6上，由于使用了OFDMA技术，多个设备可以共用一个信道同时传输数据，为此Wi-Fi6还引入了BSS Coloring着色机制。简单来说就是给每一个设备进行独立标注，然后在数据中加入相应的标签，这样即便同一个信道中有不同设备存在，传输数据时也会有相应的地址，直接发送到位而不会错误地发送给其他设备。再结合OFDMA共用信道的特色，这样网络的各个信道都可以一直维持最高效率运行，进一步提升网络效率。
TWT：降低设备待机功耗
上述关键技术为Wi-Fi6的高性能、多用户使用体验铺平了道路，但是这些更多的是为高速设备服务，而随着智能家居的逐步推广路由器上连接的往往不仅有手机、电脑等对网络需求比较高的终端，也会有各种对带宽要求不明显的智能家居设备。这些设备一定程度上也会影响我们的网络状态，特别是当它们传输数据的时候，一定程度上也会拖慢网络的响应速度，为此Wi-Fi 6引入了TWT，也就是Target WakeTime机制。
TWT机制是针对低速设备实行的，主要是面向对网络带宽要求不高的智能家居产品，例如只配置有2.4GHz频段、20MHz频带的Wi-Fi设备等。当路由器与这些低速设备交换数据时，会同时生成一个唤醒时间表，只有到了需要唤醒时间，路由器才会唤醒设备进行数据交换。而且路由器也可以提前对不同的低速设备进行唤醒时间排序，避免同时唤醒多个设备引起网络堵塞，这也是一种优化网络带宽利用率的技术手段。
小结
从Wi-Fi 6标准的各项关键技术不难看出，速度的提升只是表象，它更为关注的是解决如今无线网络在面对多用户、多应用接入下，速度、效率的提升，追求的是可以更高效地利用网络容量为Wi-Fi用户创造出色的用户体验。既然标准已定，那么业界的反应又是怎样的？接下来让我们一起去看看上游厂商在Wi-Fi6产品上的发展状况。
