详解WIFI6技术

　　不知不觉中，2022年已经到了四季度。在过去的机圈里，国内手机圈可谓热火朝天。麒麟9000还可战一年，超级火龙888和变态升级版8淦1、还有改良版的8淦1plus，2K120HZ、UFS3。1、LPDDR5，全像素对焦等等诸多新产品新技术，其中，有一项技术与5G一样特别引人注意，那就是WIFI6。
　　小米高调发布了wifi6旗舰路由器
　　WiFi这个术语被人们普遍误以为是指无线保真（WirelessFidelity），并且即便是WiFi联盟本身也经常在新闻稿和文件中使用WirelessFidelity这个词，WiFi还出现在ITAA的一个论文中。但事实上，WiFi一词没有任何意义，也是没有全拼的。
　　技术原理
　　无线网络在无线局域网的范畴是指无线相容性认证，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术。
　　以前通过网线连接电脑，而WiFi则是通过无线电波来连网，常见的载体就是无线路由器，那么在这个无线路由器电波覆盖的有效范围内，都可以采用WiFi连接方式进行联网。如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为热点。
　　主要功能
　　无线网络上网可以简单地理解为无线上网。几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持WiFi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。
　　实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，就如在开头为大家介绍的一样，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑、手机、平板等接收。手机如果有WiFi功能的话，在有WiFi无线信号的时候就可以不通过移动联通的网络上网，省掉了流量费。
　　无线网络、无线上网在大城市比较常用，虽然由WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能也比蓝牙差，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。
　　WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以WiFi上网相对也是最安全健康的。
　　WIFI发展史
　　1997年IEEE制定出第一个无线局域网标准802。11，数据传输速率仅有2Mbps，但这个标准的诞生改变了用户的接入方式，使人们从线缆的束缚中解脱出来。
　　随着人们对网络传输速率的要求不断提升，在1999年IEEE发布了802。11b标准。802。11b运行在2。4GHz频段，传输速率为11Mbits，是原始标准的5倍。同年，IEEE又补充发布了802。11a标准，采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，最大原始数据传输率54Mbits，达到了现实网络中等吞吐量（20Mbits）的要求，由于2。4GHz频段已经被广泛采用，而采用5GHz频段能让802。11a具有更少冲突的优点。
　　2003年，作为802。11a标准的OFDM技术也被改编为在2。4GHz频段运行，从而产生了802。11g，其载波的频率为2。4GHz（跟802。11b相同），原始传送速度为54Mbits，净传输速度约为24。7Mbits（跟802。11a相同）。
　　对WiFi影响比较重要的标准是2009年发布的802。11n，这个标准对WiFi的传输和接入进行了重大改进，引入了MIMO、安全加密等新概念和基于MIMO的一些高级功能（如波束成形，空间复用等），传输速度达到600Mbits。此外，802。11n也是第一个同时工作在2。4GHz和5GHz频段的WiFi技术。
　　然而，移动业务的快速发展和高密度接入对WiFi网络的带宽提出了更高的要求，在2013年发布的802。11ac标准引入了更宽的射频带宽（提升至160MHz）和更高阶的调制技术（256QAM），传输速度高达1。73Gbps，进一步提升WiFi网络吞吐量。另外，在2015年发布了802。11acwave2标准，将波束成形和MUMIMO等功能推向主流，提升了系统接入容量。但遗憾的是802。11ac仅支持5GHz频段的终端，削弱了2。4GHz频段下的用户体验。
　　然而，随着视频会议、无线互动VR、移动教学等业务应用越来越丰富，WiFi接入终端越来越多，IoT的发展更是带来了更多的移动终端接入无线网络，甚至以前接入终端较少的家庭WiFi网络也将随着越来越多的智能家居设备的接入而变得拥挤。因此WiFi网络仍需要不断提升速度，同时还需要考虑是否能接入更多的终端，适应不断扩大的客户端设备数量以及不同应用的用户体验需求。
　　上图为WIFI版本的标准数据
　　WiFi6是下一代802。11ax标准的简称。随着WiFi标准的演进，WFA为了便于WiFi用户和设备厂商轻松了解其设备连接或支持的WiFi型号，选择使用数字序号来对WiFi重新命名。另一方面，选择新一代命名方法也是为了更好地突出WiFi技术的重大进步，它提供了大量新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度、支持更多的并发连接等。根据WFA的公告，现在的WiFi命名分别对应如下802。11技术标准：
　　和以往每次发布新的802。11标准一样，802。11ax也将兼容之前的802。11acngab标准，老的终端一样可以无缝接入802。11ax网络。
　　4G是移动网络高速率的代名词，同样，WiFi6是无线局域网高速率的代名词，但这个高速率是怎么来的，由以下几个因素决定。计算公式：整机速率空间流水量1（SymbolGL）编码方式码率有效子载波数量
　　给大家分析这个公式。什么是空间流水量？空间流水其实就是AP的天线，天线数越多，整机吞吐量也越大，就像高速公路的车道一样，8车道一定会比4车道运输量更大。如下表所示：
　　标准
　　802。11ag
　　802。11n
　　802。11ac
　　802。11ax
　　单射频最大空间流
　　1hr4hr8hr8hrSymbol与GL又是什么呢？Symbol就是时域上的传输信号，相邻的两个Symbol之间需要有一定的空隙（GL），以避免Symbol之间的干扰。就像中国的高铁一样，每列车相当于一个Symbol，同一个车站发出的两列车之间一定要有一个时间间隙，否则两列车就可能会发生碰撞。不同WiFi标准下的间隙也有不同，一般来说传输速度较快时GL需要适当增大。
　　标准
　　802。11ac之前
　　802。11ax
　　Symbol
　　3。2us
　　12。8us
　　SymbolGl
　　0。4us
　　Gl
　　0。8us
　　0。8us
　　2Gl
　　1。6us
　　4Gl
　　3。2us
　　编码方式就是调制技术，即1个Symbol里面能承载的bit数量。从WiFi1到WiFi6，每次调制技术的提升，都能至少给每条空间流速率带来20以上的提升。
　　标准
　　802。11ag
　　802。11n
　　802。11ac
　　802。11ax
　　最高阶调制
　　64QAM
　　64QAM
　　256QAM
　　1024QAM
　　bit数
　　6hr6hr8hr10hr码率是按照编码方式无损传输，传输时需要加入一些用于纠错的信息码，用冗余换取高可靠度。等于理论上排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例。
　　标准
　　调准标准
　　802。11ag
　　802。11n
　　802。11ac
　　802。11ax
　　MCS0
　　BPSK
　　12
　　12
　　12
　　12
　　MCS1
　　QPSK
　　12
　　12
　　12
　　12
　　MCS2
　　QPSK
　　34
　　34
　　34
　　34
　　MCS3
　　16QAM
　　12
　　12
　　12
　　12
　　MCS4
　　16QAM
　　34
　　34
　　34
　　34
　　MCS5
　　64QAM
　　23
　　23
　　23
　　23
　　MCS6
　　64QAM
　　34
　　34
　　34
　　34
　　MCS7
　　64QAM
　　56
　　56
　　56
　　56
　　VMCS8
　　256QAM
　　34
　　34
　　VMCS9
　　256QAM
　　56
　　56
　　VMCS10
　　1024QAM
　　34
　　VMC11
　　1024QAM
　　56
　　有效子载波数量是指载波类似于频域上的Symbol，一个子载波承载一个Symbol，不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样。
　　标准
　　频宽
　　802。11n
　　802。11ac
　　802。11ax
　　最小子载波宽带
　　312。5khz
　　312。5khz
　　78。123khz
　　有效子载波数量
　　HT20
　　52hr52hr234hrHT40
　　108hr108hr468hrHT80
　　234hr980hrHT160
　　2980
　　WIFI6功能特点
　　WiFi6主要使用了OFDMA、MUMIMO等技术，MUMIMO（多用户多入多出）技术允许路由器同时与多个设备通信，而不是依次进行通信。MUMIMO允许路由器一次与四个设备通信，WiFi6将允许与多达8个设备通信。WiFi6还利用其他技术，如OFDMA（正交频分多址）和发射波束成形，两者的作用分别提高效率和网络容量。WiFi6最高速率可达9。6Gbps。
　　WiFi6中的一项新技术允许设备规划与路由器的通信，减少了保持天线通电以传输和搜索信号所需的时间，这就意味着减少电池消耗并改善电池续航表现。
　　WIFI6的核心技术
　　WiFi6（802。11ax）继承了WiFi5（802。11ac）的所有先进MIMO特性，并新增了许多针对高密部署场景的新特性。以下是WiFi6的核心新特性：
　　OFDMA频分复用技术
　　DLULMUMIMO技术
　　更高阶的调制技术（1024QAM）
　　空分复用技术（SR）BSSColoring着色机制
　　扩展覆盖范围（ER）
　　MUMIMO
　　如今，每个家庭需要连接WiFi的设备越来越多，在同一个WiFi网络内，在电视上看个高清电影很可能会让正在看直播的手机卡顿。在饭店吃饭时，WiFi信号明明满格，但网速慢到难以忍受。这是为什么呢？原因很简单：根据802。11ac标准，AP（路由器、热点）一次只能和一个终端通讯。
　　在同一时刻，如果大量设备接入到同一个WiFi网络，网络就会变慢变卡，就好比100辆车同一时间挤在一条马路上行驶，开得动？
　　有什么办法可以改变这个问题呢？答案是MUMIMO。
　　引入MUMIMO技术就可以改变WiFi网络的运行方式，改善网络资源利用率，显著提高网络总吞吐量和总容量，将终端上网速度大幅提升。MUMIMO是指在无线通信系统里，一个基站同时服务于多个移动终端，基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。
　　WiFi5在下行用了MUMIMO技术，WiFi6则延续了WiFi5所带来的MUMIMO（多用户多输入多输出系统），但WiFi6支持完整版的MUMIMO技术，支持上下行，可以一次同时支撑8个终端设备上行下行传输更多数据，是WiFi5的两倍。WiFi6让路由器利用多天线同时跟多个终端设备进行沟通，做到一心多用。比起过去只能单天线单设备同时通信的设计，MUMIMO更能胜任提升网络速率，连接更多设备的需求。
　　OFDMA
　　与WiFi5采用OFDM（正交频分复用技术）技术不同，WiFi6借用了蜂窝网络采用的OFDMA，多个终端可同时并行传输，不必排队等待、相互竞争，从而提升效率和降低时延。举个例子，原来一个时间段只能有一个载波去传输一个数据包，采用OFDMA后就相当于在一个时间段可以有多个载波同时传输多个数据包。
　　虽然OFDMA和MUMIMO都是允许多个设备同时传输的技术，但它们却截然不同。OFDMA可以在低吞吐量或小包应用（如物联网传感器）的高密度环境中提供帮助，而MUMIMO可以帮助实现高吞吐量应用。OFDMA技术是对MUMIMO的补充。
　　OFDMA和MUMIMO作为WiFi6的核心技术，通过分别在频率空间和物理空间上提供多路并发技术，带来了网络性能与速度的极大提升，全面优化用户体验，重新定义了WiFi的速度与激情。
　　WiFi6是怎样作用于我们的生活的？
　　带宽、网线以及WiFi6设备等都对网速产生影响，WiFi6就是大幅提升路由器和手机等终端设备连接的技术。
　　简单来说，路由器和手机等终端之间，进行数据的传输时需要排队。无论是传输图片还是浏览网页，单台设备的通信都会占用整个通道。当连接的设备一多，传输数据的效率就会降低，表现在使用上就是网速慢，不同设备需要抢网。
　　打个比方，传统的WiFi5OFDM技术是一次只能装一种颜色的大货车，单台设备（单种颜色）就需要占用整辆车；而WiFi6的OFDMA技术则一次装多种颜色，就对应日常生活时多设备同时进行数据传输，节省时间，提升效率。
　　OFDMAMUMIMO技术演示
　　而MUMIMO技术，允许同一时间多部终端共享信道，就是说由原来一辆货车变成多辆货车多线程同时运货，意味着WiFi6允许设备同时响应无线接入点，这是底层协议对于效率的革新。理论上MUMIMO能够同时支持8个终端上行下行，当家里的智能设备越多，WiFi6对连接效率的提升效果就越明显。
　　同时WiFi6内置TWT（TargetWakeTime）唤醒技术，当终端和完成一次数据交换，会根据协定周期返回睡眠状态，从而减少电池消耗。家中的智能家居能够借此延长使用，保证寿命。
　　我们就拿WIFI6其中的2。4Ghz来具体分析
　　我们都知道2。4GHz频宽窄，且仅有3个20MHz的互不干扰信道（1，6和11），在802。11ac标准中已经被抛弃，但是有一点不可否认的是2。4GHz仍然是一个可用的WiFi频段，在很多场景下依然被广泛使用，因此，802。11ax标准中选择继续支持2。4GHz，目的就是要充分利用这一频段特有的优势。优势一：覆盖范围
　　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，绕射能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。虽然5GHz频段可带来更高的传播速度，但信号衰减也越大，所以传输距离比2。4GHz要短。因此，我们在部署高密无线网络时，2。4GHz频段除了用于兼容老旧设备，还有一个很大的作用就是边缘区域覆盖补盲。优势二：低成本
　　现阶段仍有数以亿计的2。4GHz设备在线使用，就算如今成为潮流的IoT网络设备也使用的2。4GHz频段，对有些流量不大的业务场景（如电子围栏、资产管理等），终端设备非常多，使用成本更低的仅支持2。4GHz的终端是一个性价比非常高的选择。
　　WIFI6值得拥有吗？
　　答案是肯定的，但是需要看实际需要。
　　由于WiFi6技术刚出来，芯片还没有成熟，产量不高，所以现在市面上WiFi6相关路由器价格还是特别昂贵，动辄上千元。看看华为的WIFI6路由器就知道了
　　如果你家庭有较多的WiFi6终端手机（华为P40系列，iPhone11、三星s10note10、小米10等后续的新旗舰手机），较多支持WiFi6的笔记本电脑和其他的设备，内网有NAS及影音服务；那么WiFi6非常值得投资，如果没有的话，可以等WiFi6路由器普及，升级路由器可以考虑WiFi5先过度。
　　WIFI6与5G对比
　　5是蜂窝数字移动通信技术，既可用于广域高速移动通信，又可用于室内无线上网，具有传输速率高、时延小、并发能力强等优点，但系统复杂、成本高。WiFi6是无线接入技术，主要用于室内无线终端上网，具有传输速率高、系统简单、成本低等优点，但不适用于高速移动通信。
　　5G和WiFi6具有以下特点：
　　（1）5G上行峰值传输速率达10bits，下行峰值传输速率达20bits。WIFI6在80MHz带宽下，单条空间流的峰值速率为600bits，在带宽为160MHz、条空间流的情况下，峰值速率达9。6bits。
　　（2）5G在eMBB场景下时延小于4s，在uRLLC场景下时延小于1s。WIFI6平均时延为20s，远高于5G的时延。因此，在时延方面，5G优于WIFI6。
　　（3）5G移动性强，跨区连接速度快，可实现跨区网络无缝切换。WIFI6跨区建立连接慢。
　　（4）5G系统复杂、成本高，WIFI6系统简单、成本低。因此，在系统建设投入方面，WIFI6优于。
　　最后，WIFI6对企业和家庭未来的重要性，是不言而喻的。不能说5G不重要，5G是人类通讯业发展的硬核技术，而WIFI6在将在新WIFI标准出来之前的时间内，运用在更广泛的领域。
　　我是六六科技人，欢迎大家参与谈论与留言，我们一起说车谈科技。
　　我们下期见，欢迎大家评论、点赞、转发。