無線老司機侃下一代Wi-Fi技術標準802.11ax

近年來，無線網路已經成為企業很常用的網路訪問方式。從1997年802.11技術誕生，到今天的萬物互聯，20年積澱而成的802.11ax不僅效能驚人，應用空間也更加廣闊。那麼802.11ax技術在哪些方面發生了革新?給Wi-Fi帶來了哪些新的變化?本篇將詳細介紹802.11ax黑科技。

一、802.11標準回顧

第一代802.11，追溯到1997年，它的速率很低，只是一個標準。

第二代802.11b，速率增加到11M，有非常少量的商業應用。

第三代802.11a/g，核心技術是使用OFDM調製，筆記本電腦開始配置無線網路卡，家用無線路由器大量出現，WIFI飛速發展的第一個時期。

第四代802.11n，核心技術是引進MIMO，速率成倍提升，無線區域網技術發生大變革，智慧手機出現，無線變成基本生活需求。

第五代802.11ac，高階QAM、高階MIMO，更大的頻寬，進一步提升無線速率。

第六代802.11ac Wave2，引入下行方向的MU-MIMO，無線傳輸從1對1開始實現一對多。

第七代802.11ax，物理層繼續提升，組網部分引入大量LTE技術，為多使用者場景做了大量的最佳化，典型多使用者場景效能再提升4倍。

那麼第七代802.11ax技術較之以往的歷代技術，都在哪些方面發生了革新?革新又會帶來哪些實際效果呢?主要體現在以下三大核心技術中。

二、802.11ax的核心特色

(一) 1024-QAM

更高階的調製方式，從802.11ac的256-QAM提升到了1024-QAM，大幅提升物理層協商速率25%。

QAM編碼是用星座點陣圖來做資料的調製解調。高階調製裡，星座點更多，所需的傳輸能量更大;間隔更小，對調製解調的EVM要求更高;對接收靈敏度和射頻器件的要求也更嚴苛。802.11ax引入了1024QAM(2的10次方)，一個符號可以攜帶10個bit的資料。

隨之而來的問題，我們的空間和時間並未變多，每個符號長度、載波的頻寬、所發生的時間並未改變。這時就需要密集的點陣，這對元器件的要求很高。訊號好資料就可以完整還原出來，訊號差就可能會還原失敗。舉個例子，如果兩個人說話速度快距離遠，聽的人很難聽清楚。如果兩個人說話速度快距離近，資訊就可以完全傳輸到彼此的耳朵中。

類比一張A4紙，字大即使距離遠，也可以看清楚。字小距離遠，就會模糊。所以說1024QAM在近距離可以提供更高的物理層速率，但是隨著距離的增加，有效訊號強度逐漸降低，有效訊號和噪聲的比不斷下降，射頻器件就無法解調出高階調製的訊號了。這時，只能減少資訊量(降低速度)，才能正常傳輸資料。

(二) OFDMA

包括對子載波，符號時間的修訂，使數理層協商速度提升，並在同一時刻為多個終端實現並行傳輸。

· 提升資料子載波佔比

· 減少GI開銷

· 加入多址技術

舉個例子，為保證運營安全，高鐵極限的行車間隔為3分鐘。同方向列車，前一輛開走至少隔3分鐘，後一輛車才會到達。如何提高高鐵的運力?最簡單實用的方法就是每輛列車增加長度。八節列車比四節列車運力提升了一倍。由此得出結論，當停車間隔不能進一步壓縮時，增加車身長度，列車的利用率就大幅提升。

同比，道路(通道)寬度與總車速(MCS速率)都固定，每輛車固定攜帶10bit資料(車長車寬相同)，每次只允許並排過一排共n輛貨車(n個子載波)，每兩排貨車間必須間隔0.8us的距離。那怎樣排程道路的利用率?每排車持續的時間越長，車間距佔比越低，道路利用率越高。802.11ax較之802.11ac，符號時間延長了4倍，從3.2us延長到了12.8us。相應地，子載波間隔縮小到了1/4，數量增加到了4倍。

802.11ax同時服務多個不同客戶，現在同一時間發車的一個車隊(所有子載波)，可以將相鄰的最少26輛車(連續的26個子載波)分成一個小組(RU資源單元)，每個小組可以分別為不同的客戶進行傳送，傳輸效率提升。

(三) SR空間複用

引入BSS-COLOR快速識別BSS，提升訊號接收和解調效率;透過CAA門限動態調整，降低通道干擾對訊號傳送的影響。

● BSS快速識別

802.11ax中引入了BSS COLOR，AP在傳送報文時，就能辨別出是否是自己的AP傳送的。若資料幀聽到的BSS COLOR與自己關聯的AP不一致，則認為它來自其他AP，直接進行退避。正如不同快遞公司使用不同顏色的面單一樣，在對應快遞公司的快件中尋找自己的郵件，效率可成倍提升。

舉個例項，AP1和AP2同時傳送資料，AP1下的STA解碼出AP2的報文不是自己的，然後停止開始和AP1同步資料，完整接收並解調。有了BSS COLOR，可以快速識別判決是否是正確訊號，做了一個成功的接收。

● 動態CCA門限

高密度會場需要佈置很多AP，當有兩個或同性的AP會發生什麼樣的情況?當一個AP傳輸資料時，其他AP只能等待，AP佈置的越多，速度會越慢。類似於圓桌會議，一人講話，其餘人都需等待。解決的辦法是把圓桌會議變成分組討論，但是小組間談話會互相干擾，干擾不可避免。因此需頂著干擾收發資料，這時動態CCA門限以及其他相關技術應運而生。

802.11ax協議，對於干擾處理類似於小組討論，對於鄰近小組的討論，只要音量不影響到本小組的對話，則討論照常進行。即將OBSS與MYBSS的CAA門限區分對待，分別設定不同的CAA門限，從而保證在重疊BSS的低干擾下仍然可以正常發射。

干擾訊號比有效訊號弱，就可以成功的收發資料，這就是一個門限。AP與STA距離遠近不一，S他的效能良莠不齊，干擾訊號強弱不定，具體要怎麼解決?這時就需要合適的演算法調整門限。

● 動態CAA調整門限：

1. 調高門限。當環境比較嘈雜，干擾訊號較多，而AP與S他的距離較近，訊號較強時，足以保證訊雜比時，可以調高門限。

2. 調低門限。當AP與S他的距離較遠，訊號不夠強，干擾訊號對信躁比影響顯著時，可以降低門限。

     三、更多改進

● 2.4G/5G雙頻設計

與802.11ac只支援5GHz頻段不同，802.11ax同時支援2.4G和5G兩個頻段，可相容802.11a/b/g/n/ac

● 支援雙向MU-MIMO

802.11ac的MU-MIMO技術僅支援下行單向，802.11ax中將MU-MIMO技術擴充套件了UL/DL雙向，多使用者場景效能進一步提升。

● TWT節電管理技術

目標喚醒時間TWT(Target Wakeup Time)允許裝置協商各自的喚醒時間和睡眠時間，減少空口競爭，延長電池壽命。

      四、小結

802.11ax的目標：實現在高密度部署的環境下，每個使用者平均速率的提升，達到802.11ac的4倍網路延時的降低，更好的保證公平性。

● 速率提升

1024-QAM較之256-QAM，提升25%;長符號減少GI開銷，提升5.88%;資料子載波佔比有所提高，提升4.7%。整體合計提升38.6%，即在80MHz頻寬下，從433Mbps單流提升到600Mbps單流;160MHz單流可達1201Mbps，最大支援8條空間流超過9.6Gbps。

● 多使用者傳輸

支援上下行MU-MIMO與上下行OFDMA兩種多使用者傳輸技術，減少多使用者並行傳輸技術，減少多使用者並行傳輸時的通道開銷，提升多使用者場景下的空間通道利用率。

● 抗干擾

利用BSS-COLOR快速識別提升資料同步、接收、解調效率，利用動態CAA門限調整減少資料傳送時對訊號干擾的退避。