这篇文章是关于WiFi 6技术最详细的。
两个空间流和256-QAM调制。
三个空间流和64-QAM调制。
Wi-Fi已经成为当今世界无处不在的技术，为数十亿台设备提供连接，也是越来越多用户接入互联网的首选，有逐渐取代有线接入的趋势。为了适应新的业务应用，减少与有线网络的带宽差距，每一代802.438+01标准都大大提高了速度。
1997 IEEE制定了第一个无线局域网标准802.11，数据传输速率只有2Mbps，但这个标准的诞生改变了用户的接入方式，将人们从线缆的束缚中解放出来。
随着对网络传输速率需求的不断增加，IEEE在1999中发布了802.438+05438+0B标准。802.11b运行在2.4 GHz频段，传输速率为11Mbit/s，是原标准的5倍。同年，IEEE发布了802.11a标准，采用了与原标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，最大原始数据传输速率为54Mbit/s，满足了真实网络中中等吞吐量(20Mbit/s)的要求。由于2.4GHz频段已经在各地使用，所以采用5GHz频段做802.6438+068。
2003年，OFDM作为802.11a的标准，也被适配工作在2.4GHz频段，产生了802.11g，载频为2.4 GHz(与802.11b相同)，原始传输速度为54 Mbit。
对Wi-Fi产生重要影响的标准是2009年发布的802.11n。该标准极大地改善了Wi-Fi的传输和接入，引入了MIMO、安全加密等新概念以及基于MIMO的一些高级功能(如波束成形和空间复用...)，传输速度达到了600 Mbit/s，此外，802.11n也是第一个同时工作在2.4 GHz和5 GHz频段的Wi-Fi技术。
然而，移动业务的快速发展和高密度接入对Wi-Fi网络的带宽提出了更高的要求。2013发布的802.11ac标准引入了更宽的射频带宽(升级到160MHz)和更高阶的调制技术(256-QAM)，传输速度达到了65438。此外，2015年发布了802.11ac wave2标准，将波束形成和MU-MIMO的功能推向主流，提高了系统接入容量。可惜802.11ac只支持5GHz频段的终端，削弱了2.4GHz频段的用户体验。
然而，随着视频会议、无线互动VR、移动教学等商业应用越来越多，Wi-Fi接入终端越来越多，物联网的发展带来了更多的移动终端接入无线网络，即使是接入终端较少的家庭Wi-Fi网络也会因为越来越多的智能家居设备而变得拥挤不堪。因此，Wi-Fi网络的速度仍然需要不断提高，也需要考虑是否可以接入更多的终端，以适应不断扩大的客户端设备数量和不同应用的用户体验要求。
下一代Wi-Fi需要解决更多终端的接入导致整个Wi-Fi网络效率下降的问题。早在2014年，IEEE 802.11工作组就已经开始应对这一挑战。预计2019年正式推出的802.11ax(下一章介绍为什么叫Wi-Fi 6)标准将引入上行MU-MIMO、OFDMA频分复用、1024-QAM高阶编码等技术，从频谱资源利用、多用户接入等方面解决网络容量和传输效率问题。目标是在密集用户环境下，用户平均吞吐量比目前的Wi-Fi 5至少提高4倍，并发用户数提高3倍以上。所以Wi-Fi 6(802.11ax)也叫高效无线(HEW)。
Wi-Fi 6是下一代802.11ax标准的简称。随着Wi- Fi标准的演进，WFA选择使用数字序列号来重命名Wi- Fi，以方便Wi-Fi用户和设备制造商轻松了解其设备连接或支持的Wi-Fi型号。另一方面，选择新一代命名方式是为了更好地突出Wi-Fi技术的巨大进步，它提供了很多新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度，以及对更多并发连接的支持。根据WFA的公告，目前的Wi-Fi命名分别对应以下802.11技术标准:
类似于先前发布的新的802.11标准，802.111ac/n/g/a/b标准也将兼容先前的802.165436
4G是移动网络高速的代名词，同样的，Wi-Fi 6也是无线局域网高速的代名词，但是这个高速是怎么来的，是由以下几个因素决定的。
1.空间流的数量实际上是AP的天线数量。天线越多，整机吞吐量越大。就像高速公路的车道一样，8车道的车流量肯定会大于4车道。
表2对应于不同802.11标准的空间流数量2。符号和GI符号是时域中的传输信号，两个相邻的符号之间应该有一定的间隙(GI)以避免符号之间的干扰。就像中国的高铁一样，每列火车都相当于一个符号，所以从同一个车站开出的两列火车必须有时间差，否则两列火车就有可能相撞。不同Wi-Fi标准下的差距也不同。一般来说，传输速度快时需要适当增大GI，就像同一车道上两列时速350KM/h的高速列车的发车时间差距要大于时速250 km/h的高速列车。
表3对应于802.11标准的符号和GI数据
3.编码方式编码方式就是调制技术，即1个符号可以承载的比特数。从Wi-Fi 1到Wi-Fi 6，每改进一次调制技术，每个空间流的速率至少可以提高20%。
表4 QAM 4。802.11标准对应的码率理论上按照编码方式应该是无损传输，但现实并没有那么美好。需要在传输时加入一些信息码进行纠错，用冗余交换高可靠性。码率是实际传输的数据码与排除纠错码后的理论值之比。
表5对应802.11标准5的码率。有效子载波数载波类似于频域中的符号，一个子载波承载一个符号，在不同的调制方式和不同的带宽下，子载波数是不同的。
表6.802.11对应于标准的子载波数量
此时，我们可以计算HT80带宽中802.11ac和802.11ax的单个空间流的最大速率:
Wi-Fi 6(802.11ax)继承了Wi-Fi 5(802.11ac)的所有高级MIMO特性，并增加了许多针对高密度部署场景的新特性。以下是Wi-Fi 6的核心新功能:
这些核心新功能将在下面详细描述。
图2-1 OFDM工作模式802.11ax介绍了一种更高效的数据传输模式，称为OFDMA(由于802.11ax支持上下行多用户模式，也可称为MU-OFDMA)，它是通过为不同用户分配子载波，并在OFDM系统中增加多址接入来实现的。到目前为止，它已经被许多无线技术采用，如3GPP LTE。此外，802.11ax标准也模仿LTE，最小的子信道称为“资源单元(RU)”。每个RU包含至少26个子载波，并且根据时频资源块RU来区分用户。首先，我们将整个信道的资源分成小的固定大小的时频资源块RU。在这种模式下，用户的数据承载在每个RU上，所以从总时频资源的角度来看，多个用户在每个时间片上同时传输是可能的(如下图)。
图2-2 OFDMA工作模式OFDMA一般比OFDM有三个优点:
图2-3不同子载波的频域信道质量
因为802.11ac以及之前的标准都是占用整个信道来传输数据，如果需要发送一个QOS包，就必须等待之前的发送方释放整个信道，所以会有很长的延迟。在OFDMA模式下，由于一个发送方只占用整个信道的部分资源，一次可以发送多个用户的数据，因此可以降低QOS节点的接入时延。
表7不同带宽中的ru数量
图2-4 RU在20MHz的位置图RU越多，发送小数据包时多用户处理效率和吞吐量越高。下图显示了模拟的优势:
图2-5 OFDMA和OFDM模式下的多用户吞吐量仿真
图2-6 Su-MIMO和MU-MIMO之间的吞吐量差异
图2-7调度序列2-7 8x8 MU-MIMO AP下行多用户模式
图2-8多用户模式的上行调度顺序虽然802.11ax标准允许OFDMA和MU- MIMO同时使用，但是不要混淆OFDMA和MU-MIMO。OFDMA支持多用户通过细分信道(子信道)来提高并发效率，MU-MIMO支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。下表是OFDMA和MU-MIMO之间的比较:
表OFDMA和MU-MIMO的比较
图2-9:比较星座图2-9 256-QAM和1024-QAM需要注意的是，1024-QAM调制在802.11ax中的成功使用取决于信道条件，更密集的星座点距离需要更强的EVM(误差矢量幅度，用于量化无线电接收机或发射机在调制精度方面的性能)和接受度。
图2-10 802.11默认CCA阈值
例如，如图12所示，AP1上的STA1正在传输数据。这时，AP2也想向STA2发送数据。根据Wi-Fi射频传输原理，需要先监听信道是否空闲，默认CCA门限为-82dBm，发现信道已经被STA1占用，AP2会因为无法并行传输而延迟传输。事实上，所有与AP2相关联的同信道客户端都将延迟发送。引入了动态CCA阈值调整机制。当AP2检测到同频信道被占用时，可以根据干扰强度调整CCA门限监听范围(例如-82dBm到-72dBm)，避免干扰带来的影响，从而实现同频并发传输。
图2-11动态CCA门限调整由于Wi-Fi客户端设备的移动性，在Wi-Fi网络中检测到的同频干扰不是静态的，它会随着客户端设备的移动而变化，因此引入动态CCA机制是非常有效的。802.11ax中引入了一种新的同频传输的识别机制，称为BSS着色机制。一个BSS颜色字段被添加到PHY报头中，以对来自不同BSS的数据进行“着色”,并且一种颜色被分配给每个信道，这标识了一组不应被干扰的基本服务集(BSS)。接收机可以尽早识别同频传输的干扰信号并停止接收，避免浪费收发时间。如果颜色相同，则认为是同一BSS中的干扰信号，传输会延迟；如果颜色不同，则认为两者之间没有干扰，两个Wi-Fi设备可以在相同的信道和频率上并行传输。在这样设计的网络中，那些颜色相同的通道彼此相距甚远。此时我们使用动态CCA机制将此信号设置为不敏感，实际上它们不太可能相互干扰。
图2-12无BSS颜色机制和BSS颜色机制的比较
图2-13长OFDM符号和窄带传输增加覆盖距离
之前的核心技术已经证明了802.11ax带来的是高效率的传输和高容量，但802.11ax并不是Wi-Fi的最终标准，它只是一个高效无线网络的开始。802.11ax新标准仍然需要兼容旧标准的设备，以下是802.11ax标准的其他新特性:
这些新功能将在下面详细描述。
我们都知道2.4GHz的带宽很窄，只有20MHz的三个无干扰信道(1，6和11)，在802.11ac标准中已经被放弃，但不可否认的是2.4GHz仍然是一个可用的Wi-Fi频段。因此，802.11ax标准选择继续支持2.4GHz，以充分利用该频段的独特优势。
在无线通信系统中，频率较高的信号比频率较低的信号更容易穿透障碍物，而频率越低，波长越长，衍射能力越强，穿透能力越差，信号损耗衰减越小，传输距离越远。5GHz频段虽然能带来更高的传播速度，但信号衰减也更大，所以传输距离比2.4GHz要短，所以我们在部署高密度无线网络时，2.4GHz频段不仅用于兼容老旧设备，还能起到很大的覆盖边缘区域弥补盲区的作用。
现阶段，2.4GHz设备仍有上亿台在线。就连现在已经成为潮流的物联网网络设备也使用2.4GHz频段。对于一些流量不大的业务场景(如电子围栏、资产管理)，终端设备较多，使用成本较低的仅支持2.4GHz的终端是非常划算的选择。
图2-14广播目标唤醒时间操作
为什么是Wi-Fi 6 (802 438+05438+0AX)？
802.11ax的设计初衷是适用于高密度无线接入和大容量无线业务，如室外大型公共场所、高密度场馆、室内高密度无线办公室、电子教室等场景。
图3-1高密度高带宽应用场景在这些场景下，接入Wi-Fi网络的客户端设备将呈现巨大的增长。此外，不断增加的语音和视频流量也会给Wi-Fi网络带来调整。根据预测，到2020年，全球移动视频流量将占移动数据流量的50%以上，80%以上的移动流量将由Wi-Fi承载。我们都知道4K视频流(带宽要求30Mbps/人)、语音流(延迟小于30ms)、VR流(带宽要求50Mbps/人，延迟10~20ms)对带宽和延迟非常敏感。如果网络拥塞或重传导致传输延迟，会对用户体验造成很大影响。现有的Wi-Fi 5(802.11ac)网络也能提供大带宽能力，但随着接入密度的增加，吞吐量性能遇到瓶颈。Wi-Fi 6 (802.11ax)网络通过OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM等技术，使这些服务比以前更加可靠，不仅支持接入更多的客户端，还平衡了每个用户的带宽。比如电子教室，如果以前是100多学生的大班，传输视频或者上下互动都是很大的挑战，802.438+05438+0AX网络就能轻松应对这种场景。
* * *和Wi-Fi的关系6(802.11ax)
这不是一个新奇的话题。1999 ~2000年期间，有人提出2G将取代Wi-Fi。从2008年到2009年，也有人猜测4G会取代Wi-Fi。现在有人在讨论5G取代Wi- Fi的话题。但是5G和Wi-Fi的应用场景模式是不一样的。Wi-Fi主要用于室内环境，而5G是广域网技术，有更多的室外应用场景。所以我们相信Wi-Fi和5G会生存很长一段时间。我们从以下几个角度进一步分析:
假设5 G技术取代Wi-Fi，就必须推出不限流量的套餐，否则成本将远大于使用宽带的成本，更何况现在的宽带价格一年比一年低，没有人会选择更贵的5G，在现在的4G时代，不限流量套餐就是个噱头。三大运营商相继推出无限流量套餐。届时，当流量超过套餐流量时，网络将自动处于2G模式，最高速度仅为128Kbps。以这种速度看视频还不如看漫画，所以所谓的流量不限量都是扯淡。
5G网络技术使用超高频频谱(5G网络频段:24 GHz ~ 52 GHz4G网络频段:1.8GHz~2.6GHz，不含2.4GHz)。如前所述，频率越高，衍射现象越弱，越障能力越弱，因此5G信号很容易被削弱。如果要维持5G信号的覆盖，我们需要建设比4G更多的基站。而且由于信号衰减，如果建筑内部有几面墙，信号衰减会更严重。另一个极端的例子是地下室。Wi-Fi网络可以通过有线连接把路由器放入地下室产生信号，但5G网络不可能覆盖所有建筑的地下室。仅凭这个缺点，5G无法取代Wi- Fi。另外，现在几乎所有的智能设备都有Wi-Fi模块，大部分物联网设备也都配备了Wi-Fi模块。出口只用一个公网IP地址，局域网内部占用大量地址也没关系。方便用户在自己的Wi-Fi网络下管理这些设备，使用5G必然会占用更多的公共IP地址。
带宽x频谱效率x终端数量=总容量。
5G的优势在于其载波聚合技术，提高了频谱利用率，大大提高了网络容量。3G/4G时代，用户在地铁、车站等人流密集的地方使用手机上网时，可以明显感觉到上网时延变大，网速变慢。在5G时代，随着网络容量的大幅提升，上述现象的影响已经明显降低。正是这个特点，让人觉得5G网络下可以无限接入，但很多人忽略了，随着物联网时代的到来，网络接入设备的数量也在大大增加。如果所有的上网设备都直接连接到区域内的基站，这条5G高速公路再宽也是堵的！为了减轻基站塔的负担，必须依靠Wi-Fi进行分流。
移动设备制造商宣传的5G的三个最重要的特征是高速度、大容量和低延迟。事实上，最新一代的Wi-Fi速率甚至比5G还要快，最新的802.11ax(Wi-Fi 6)单流峰值速率为1.2Gbps(5G网络峰值速率为1Gbps)。平均而言，Wi-Fi每一代升级所需的时间约为移动网络的一半，因此从最新的Wi-Fi 6开始，该速率将继续领先于移动网络。
办公、物流、商业、智能家居等行业都在向无线化迈进。首先要做的是利用互联网上的所有设备、人员和终端。假设Wi-Fi的存在被5G取代，未来所有联网终端都需要配备类似手机SIM卡的东西才能上网。这个原因也注定了5G目前在室内场景下不可能取代Wi-Fi。类似的设备还有VR、游戏机、电子阅读器、机顶盒等...
大家都知道手机、pad等移动终端都是用电池的。一般认为电池的耐用程度与安装的业务和使用频率有关，但人们往往忽略了终端的各种移动信号接入质量也与电池的耗电量有关。当信号变得更差时，移动终端为了保证用户的良好体验，会自动增加发射功率来改善信号质量，这将导致电池功耗的增加。因为Wi-Fi的信号源基本在室内，而5G信号在几十公里外的基站，所以在移动终端上传数据时，Wi-Fi的传输距离远不如5G信号。一般情况下，5G的通信距离是Wi-Fi的几千倍，需要手机的信号发射强度大大增加，增加了功耗。有人做过实验。以4G为例。使用网络数据半小时，Wi-Fi会比移动网络省电5%。此外，最新一代Wi-Fi 6 (802.11ax)支持TWT功能，可在需要服务时自动唤醒，在服务不适用时自动休眠，进一步省电。
所以这些问题使得5G不可能完全取代Wi-Fi，它与Wi-Fi的结合更加深入，使用Wi-Fi的企业和用户不必过于慌张。今天的Wi-Fi不再是提供无线网络的设备，而应该被视为企业数字化转型的必要设施或中心枢纽。比如目前大部分智慧零售、智慧物流、智慧办公等解决方案的中心枢纽就是Wi-Fi网络。
参考:
这篇文章是关于WiFi 6技术最详细的。
不同的Wi-Fi协议和数据速率
赫兹(物理单位