WIFI6 基本知識(一)

zonkidd發表於2021-03-02

什麼是WI-FI6(802.11ax)

  1. Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 標準的簡稱。隨著 Wi-Fi 標準的演進,WFA 為了便於 Wi-Fi 使用者和裝置廠商輕鬆瞭解其裝置連線或支援的 Wi-Fi 型號,選擇使用數字序號來對 Wi-Fi 重新命名。另一方面,選擇新一代命名方法也是為了更好地突出 Wi-Fi 技術的重大進步,它提供了大量新功能,包括增加的吞吐量和更快的速度、支援更多的併發連線等。現在的WI-FI命名分別對應如下技術標準:

    image-20210302090151521

WI-FI 6的速度

計算公式:
整機速率 = 空間流數量 * 1/(Symbol + GI) * 編碼方式 * 位元速率* 有效子載波數量
  • 空間流數量:其實就是AP的天線,天線數越多,整機吞吐量越大。

  • Symbol與GI:Symbol就是時域上的傳輸訊號,相鄰的兩個Symbol之間需要有一定的空隙(GI),以避免 Symbol 之間的干擾。就像中國的高鐵一樣,每列車相當於一個 Symbol,同一個車站發出的兩列車之間一定要有一個時間間隙,否則兩列車就可能會發生碰撞。

    image-20210302090618558

  • 編碼方式:即調製方式,即1個Symbol裡面能夠承載的bit數量。

    image-20210302090736616

  • 位元速率:理論上應該是按照編碼方式無損傳輸,但實際上,傳輸的過程中需要加入一些用於糾錯的資訊碼,用冗餘來換取高可靠度。位元速率就是排除糾錯碼之後實際真實傳輸的理論碼佔理論值的比例。

    image-20210302090932896

  • 有效子載波數量:類似於頻域上的Symbol,一個子載波承載一個Symbol,不同調變方式及不同頻寬下的子載波數量不同

    image-20210302091110396

  • 根據以上資料,我們可以計算802.11ac跟802.11ax在HT80頻寬下的單條空間流最大速率

    image-20210302091359567

WI-FI6核心技術

WI-FI6除了繼承了WI-FI5的所有MIMO特性之外,還增加了許多針對高密部署場景的特性。以下是WI-FI6的核心新特性:

  • OFDMA分頻多工技術
  • DL/UL MU-MIMO技術
  • 更高階的調製技術(1024-QAM)
  • 空間多工技術(SR) & BSS Coloring著色機制
  • 擴充套件覆蓋範圍(ER)

OFDMA分頻多工技術

在802.11ax之前,資料傳輸採用的是OFDM模式,即使用者是通過不同時間片段區分的。在每一個時間片段裡,一個使用者獨佔所有的子載波,並且傳送一個完整的資料包。此工作模式,由於一個使用者獨佔所有子載波,導致通道資源的利用率不高。

image-20210302104748486

而在802.11ax,使用的是OFDMA(且802.11ax同時支援上下行多使用者模式,因此也可以稱為MU-OFDMA),此技術可將子載波分配給不同使用者並在OFDM系統中新增多址的方法來實現多使用者複用通道資源。802.11ax 標準也仿效 LTE,將最小的子通道稱為“資源單位(Resource Unit,簡稱 RU)”,每個 RU 當中至少包含 26 個子載波,使用者是根據時頻資源塊 RU 區分出來的。我們首先將整個通道的資源分成一個個小的固定大小的時頻資源塊 RU。在該模式下,使用者的資料是承載在每一個 RU 上的,故從總的時頻資源上來看,每一個時間片上,有可能有多個使用者同時傳送。

image-20210302190531822

OFDMA相比於OFDM一般有三點好處:

  • 更細的通道資源分配
  • 提供更好的QOS
  • 更多的使用者併發及更高的使用者頻寬

DL/UL MU-MIMO技術

MU-MIMO 使用通道的空間分集來在相同頻寬上傳送獨立的資料流,與OFDMA 不同,所有使用者都使用全部頻寬,從而帶來多路複用增益。在 AP 中引入 MU-MIMO 技術,同一時刻就可以實現 AP 與多個終端之間同時傳輸資料,大大提升了吞吐量。

image-20210302190910823

SU-MIMO與MU-MIMO的區別:

常規的MIMO可以稱為SU-MIMO,即“單使用者多進多出”,其雖然可以通過多鏈路同時傳輸的方式,提升路由器與客戶端裝置之間的網路通訊速率,但在同一時間 和同一個頻段內,路由器只能夠與一個客戶端裝置通訊。因此即便客戶端裝置不能完全佔用路由器的無線頻寬,那路由器也無法將剩餘頻寬分配給其它裝置使用。

MU-MIMO技術則是在常規MIMO的基礎上,新增了多使用者同時通訊機制,因此MU-MIMO可以將全部的無線頻寬利用起來。在多使用者接入的情況下,各個裝置的網路延遲狀況都會得到較好的改善。更重要的一點是,MU-MIMO不需要客戶端裝置提供支援,只要路由器本身支援MU-MIMO技術,那麼其在實際使用的過程中就會生效,並通過路由器韌體的設定來調整各個無線客戶端裝置的頻寬分配。

DL MU-MIMO技術

MU-MIMO 在 802.11ac 就已經引入,但只支援 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在802.11ax 中進一步增加了 MU-MIMO 數量,可支援 DL 8x8 MU-MIMO,藉助 DL OFDMA技術(下行),可同時進行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進行多使用者多址傳輸,既增加了系統併發接入量,又均衡了吞吐量。

image-20210302191246543

UL MU-MIMO技術

UL MU-MIMO(上行)是 802.11ax 中引入的一個重要特性。802.11ac 及之前的 802.11 標準都是 UL SU-MIMO,即只能接受一個使用者發來的資料,多使用者併發場景效率較低,802.11ax 支援 UL MU-MIMO 後,藉助 UL OFDMA 技術(上行),可同時進行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進行多使用者多址傳輸

image-20210302191350882

以下是OFDMA與MU-MIMO的對比:

OFDMA MU-MIMO
提高效率 提升容量
降低時延 每使用者速率更高
最適合低頻寬應用 最適合高頻寬應用
最適合小包報文傳輸 最適合大包報文傳輸