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WiFi6介绍「建议收藏」

全栈程序员站长

发布于 2022-09-16 04:48:23

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大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

WiFi6

Wi-Fi发展历程

时间	Wi-Fi标准	传输速率	工作频段	其它
1997年	802.11	2Mbps		改变用户接入方式，使人们从线缆解放出来
1999年	802.11b	11Mbps	2.4GHz
1999年	802.11a	54Mbps	5GHz	网络中等吞吐量20Mbps
2003年	802.11g	54Mbps	2.4GHz	净传输速率为24.7Mbps
2009年	802.11n(WIFI4)	600Mbps	2.4GHz & 5GHz	重大改进, 引入MIMO,安全加密等新概念和基于MIMO的一些高级功能
2013年	802.11ac(WIFI5)	1.73Gbps	5GHz	引入更宽的射频贷款(160MHz),更高阶调制技术(256-QAM)
2019年	802.11ax(WIFI6)	9.6Gbps	2.4GHz & 5GHz	引入MU-MIMO,OFDMA频分复用,1024-QAM高阶编码等技术,用户平均吞吐量是WiFi-5的4倍,并发用户数3倍

Wi-Fi6关键特性

9.6Gbps传输速率

计算公式 空口速率=空间流数 * 子载波数 * 单子载波编码比特率 * 调制方式编码率 / 码元时间

空间流数，即MIMO数,收发两端天线数相关，Wi-Fi6最大空间流数为8
编码比特率和调制有关，比如Wi-Fi6支持1024QAM,1024 = 2 10 2^{10} 210,即一个子载波可以携带10bit
子载波数和带宽以及子载波的间隔有关，11n和11ac子载波间隔为312.5KHz, 11ax中子载波间隔为78.125KHz, Wi-Fi6支持160MHz，子载波数目为160M/78.125K = 2048, 可以传输的子载波个数为1960个.
码元时间为一次频谱数据传输时间,为固定值, Wi-Fi 6一次码元传输时间为12.8us, 短帧间隔GI为0.8us,共计耗时13.6us 按照计算公式，Wi-Fi6 8*8 160M MCS11计算速率为: 8 * 1960 * 10bit * (5/6) / (13.6us) = 9.6Gbps, 为最大值

OFDMA

在802.11ac时, 数据传输采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术。用户是通过不同时间片段区分出来的。每一个时间片段，一个用户完整占据所有的子载波，并且发送一个完整的数据包。随着用户数量的增多，用户之间的数据请求会发生冲突，从而造成瓶颈，导致当这些用户在请求数据(特别是在流式视频等高宽带应用)时, 服务质量较差。

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)正交频分多址, 是将无线信道划分为多个子信道(子载波)形成一个个频率资源块,用户数据承载在每个资源块上,而不是占用整个信道，是现在每个时间段内多个用户同事并行传输

在OFDMA中，通过把Wi-Fi信道划分为更小的专用子信道-RU(Resource Unit)资源单位，可以在多个OFDMA用户之间共享802.11ax Wi-Fi信道。RU有多种类型，802.11ax中最小RU尺寸为2.031MHz,最小子载波贷款是78.125KHz，因此最小RU类型为26子载波RU. 802.11ax给出了不同大小RU所包含的子载波数量，包括有26/52/106/242/484/996/2 * 996等多种规格

根据表3，对于每20MHz带宽，最多可容纳9个RU，此时最多同时接入9个用户。RU越大，同时接入的用户数也越大 20MHz信道一共有256个子载波(子载波频宽78.125KHz)，实际26-tone RU总共只使用了234（26*9）个，相差22个子载波，这些子载波是用来做保护间隔，其中包括DC保护(7个），空子载波（4个）和保护子载波（5+6个）

MU-MIMO

MU-MIMO(Mutiple User-Mutiple Input Multiple Output)，使得路由器同时段内与多个终端设备沟通，允许同一时间多台设备共享信道，同时上网。

什么是空间流

在802.11 ac IEEE 标准中就引入了此技术, 但仅工作于5GHz 频段中用于下行链路数据，只支持 4 * 4 （即：发射天线数量 * 接收天线数量）的空间流。而Wi-Fi6 不但可同时支持上行和下行，而且上行、下行链路均可达到8 * 8的空间流

SU-MIMO

单用户多进多出，虽然可以多链路同时传输，提升路由器与设备之间的网络通信速率，但在同一时间和同一频段内，路由器只能与一个设备通信

MU-MIMO

多用户多入多出，允许路由器与多个设备进行通信，提升整个系统容量，MU-MIMO使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流，所有用户都使用全部带宽。

一般手机是支持2 * 2 MIMO的, 那么如果一台路由器支持8 * 8 MU-MIMO, 那么路由器支持4台手机同时通信.

1024QAM

正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是二维点阵调制方式，调制即将数据信号”01″转换为无线电波, 802.11ac 采用的 256-QAM 正交幅度调制，每个符号传输 8bit 数据( 2 8 2^8 28=256)，802.11ax 将采用 1024-QAM 正交幅度调制，每个符号位传输 10bit 数据( 2 10 2^{10} 210=1024)，从 8 到 10 的提升是 25%，也就是相对于 802.11ac 来说， 802.11ax 的单条空间流数据吞吐量又提高了 25%。

BSS-Coloring技术

一直以来，Wi-Fi采用CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免) 机制，即每次在传输数据之前，会监听信道上有无其他AP也在传输数据，如果有，先避让，等下个时间段再传送。这意味着多个AP工作于统一信道时，由于采用轮流单独通信的方式，会大幅降低网络容量。 802.11ax 引入新的同频传输识别机制叫BSS Coloring着色机制, “BSS 着色”（Basic Service Set Coloring）机制。为每个AP“着色”，即在数据报头增加6bit的识别符区分不同AP，这样一来，当路由器或设备在发送数据前侦听到信道已被占用时，会首先检查该“占用”的BSS coloring，确定是否是同一AP的网络。如果是颜色相同，则认为是同一BSS内的干扰信号，将发送推迟，如果不是，则不用避让，从而允许多个AP在同一信道上运行，从而有效缓解多路由器场景下同信道干扰退避的问题，提高频谱资源利用率。

TWT技术

目标唤醒时间TWT（Target Wakeup Time）是802.11ax引入的资源调度功能，它允许设备协商他们什么时候和多久会被唤醒，然后发送或接收数据。允许设备在beacon传输周期之外的其他周期唤醒。此外Wi-Fi AP可以将客户端设备分组到不同的TWT周期，从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量x.zhongduan设备仅在收到自己的”唤醒”信息之后才进入工作状态，而其余时间处于休眠状态，从而大大提高了电池寿命。 802.11ax AP可以和STA协调目标唤醒时间(TWT)功能的使用，AP和STA会相互交换信息，当中将包含预计的活动持续时间，以定义让STA访问介质的特定时间或一组时间。如此一来，STA就可控制需要访问介质的客户端之间的竞争和重叠情况。802.11ax STA可以使用TWT来降低能量损耗，在自身的TWT来临之前就进入睡眠状态。另外AP还可以另外设定调度程序并将TWT值提供给STA, 这样一来，双方之间就不需要存在个别的TWT协议，此操作成为”Beacon TWT操作”。