華為技術(shù)白皮書：什么是 Wi-Fi 6（802.11ax）？

1.Wi-Fi 發(fā)展簡(jiǎn)介

Wi-Fi 已成為當(dāng)今世界無(wú)處不在的技術(shù)，為數(shù)十億設(shè)備提供連接，也是越來(lái)越多的用戶上網(wǎng)接入的首選方式，并且有逐步取代有線接入的趨勢(shì)。為適應(yīng)新的業(yè)務(wù)應(yīng)用和減小與有線網(wǎng)絡(luò)帶寬的差距，每一代 802.11的標(biāo)準(zhǔn)都在大幅度的提升其速率。

1997 年 IEEE 制定出第一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11，數(shù)據(jù)傳輸速率僅有 2 Mbps，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的誕生改變了用戶的接入方式，使人們從線纜的束縛中解脫出來(lái)。

隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的要求不斷提升，在1999 年 IEEE 發(fā)布了 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)。802.11b 運(yùn)行在2.4 GHz 頻段，傳輸速率為 11 Mbit/s，是原始標(biāo)準(zhǔn)的 5倍。同年，IEEE 又補(bǔ)充發(fā)布了 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)，采用了與原始標(biāo)準(zhǔn)相同的核心協(xié)議，工作頻率為 5 GHz，最大原始數(shù)據(jù)傳輸率 54 Mbit/s，達(dá)到了現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中等吞吐量（20 Mbit/s）的要求，由于 2.4 GHz 頻段已經(jīng)被到處使用，采用 5 GHz 頻段讓 802.11a 具有更少?zèng)_突的優(yōu)點(diǎn)。

2003 年，作為 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)的 OFDM 技術(shù)也被改編為在 2.4 GHz 頻段運(yùn)行，從而產(chǎn)生了 802.11g，其載波的頻率為 2.4 GHz（跟 802.11b 相同），原始傳送速度為 54 Mbit/s， 凈傳輸速度約為 24.7 Mbit/s（跟 802.11a相同）。

對(duì) Wi-Fi 影響比較重要的標(biāo)準(zhǔn)是 2009 年發(fā)布的802.11n，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) Wi-Fi 的傳輸和接入進(jìn)行了重大改進(jìn)，引入了 MIMO、安全加密等新概念和基于 MIMO的一些高級(jí)功能（如波束成形，空間復(fù)用......），傳輸速度達(dá)到 600 Mbit/s。此外，802.11n 也是第一個(gè)同時(shí)工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段的Wi-Fi 技術(shù)。

然而，移動(dòng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和高密度接入對(duì)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了更高的要求，在2013 年發(fā)布的 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)引入了更寬的射頻帶寬（提升至160 MHz）和更高階的調(diào)制技術(shù)（256-QAM），傳輸速度高達(dá) 1.73 Gbps，進(jìn)一步提升 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)吞吐量。另外，在 2015 年發(fā)布了 802.11ac wave2 標(biāo)準(zhǔn)，將波束成形和 MU-MIMO 等功能推向主流，提升了系統(tǒng)接入容量。但遺憾的是 802.11ac 僅支持 5 GHz 頻段的終端，削弱了 2.4 GHz 頻段下的用戶體驗(yàn)。

然而，隨著視頻會(huì)議、無(wú)線互動(dòng) VR、移動(dòng)教學(xué)等業(yè)務(wù)應(yīng)用越來(lái)越豐富，Wi-Fi 接入終端越來(lái)越多，IoT的發(fā)展更是帶來(lái)了更多的移動(dòng)終端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，甚至以前接入終端較少的家庭 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)也將隨著越來(lái)越多的智能家居設(shè)備的接入而變得擁擠。因此 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)仍需要不斷提升速度，同時(shí)還需要考慮是否能接入更多的終端，適應(yīng)不斷擴(kuò)大的客戶端設(shè)備數(shù)量以及不同應(yīng)用的用戶體驗(yàn)需求。

下一代Wi-Fi 需要解決更多終端的接入導(dǎo)致整個(gè)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)效率降低的問(wèn)題，早在2014 年 IEEE 802.11工作組就已經(jīng)開始著手應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)， 預(yù)計(jì)在 2019 年正式推出的802.11ax（下個(gè)章節(jié)介紹為什么叫 Wi-Fi 6）標(biāo)準(zhǔn)將引入上行 MU-MIMO、OFDMA 頻分復(fù)用、1024-QAM 高階編碼等技術(shù)，將從頻譜資源利用、多用戶接入等方面解決網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸效率問(wèn)題。目標(biāo)是在密集用戶環(huán)境中將用戶的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi 5提高至少4 倍，并發(fā)用戶數(shù)提升 3 倍以上，因此，Wi-Fi 6（802.11ax）也被稱為高效無(wú)線（HEW）。

表1 802.11標(biāo)準(zhǔn)與新命名

2.什么是 Wi-Fi 6(802.11ax)

Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱。隨著 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，WFA 為了便于 Wi- Fi 用戶和設(shè)備廠商輕松了解其設(shè)備連接或支持的 Wi-Fi 型號(hào)，選擇使用數(shù)字序號(hào)來(lái)對(duì) 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(shù)的重大進(jìn)步，它提供了大量新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度、支持更多的并發(fā)連接等。根據(jù) WFA 的公告，現(xiàn)在的 Wi-Fi 命名如表1。

和以往每次發(fā)布新的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)一樣，802.11ax 也將兼容之前的 802.11ac/n/g/a/b 標(biāo)準(zhǔn)，老的終端一樣可以無(wú)縫接入 802.11ax 網(wǎng)絡(luò)。

3.Wi-Fi 6 核心技術(shù)

Wi-Fi 6（802.11ax）繼承了Wi-Fi 5（802.11ac）的所有先進(jìn) MIMO 特性，并新增了許多針對(duì)高密部署場(chǎng)景的新特性。以下是Wi-Fi 6 的核心新特性：

- OFDMA 頻分復(fù)用技術(shù)

- DL/UL MU-MIMO 技術(shù)

- 更高階的調(diào)制技術(shù)（1024-QAM）

- 空分復(fù)用技術(shù)（SR）& BSS Coloring 著色機(jī)制

- 擴(kuò)展覆蓋范圍 (ER)

4 .為什么要Wi-Fi 6（802.11ax）

802.11ax設(shè)計(jì)之初就是為了適用于高密度無(wú)線接入和高容量無(wú)線業(yè)務(wù)，比如室外大型公共場(chǎng)所、高密場(chǎng)館、室內(nèi)高密無(wú)線辦公、電子教室等場(chǎng)景。

在這些場(chǎng)景中，接入Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的客戶端設(shè)備將呈現(xiàn)巨大增長(zhǎng)，另外，還在不斷增加的語(yǔ)音及視頻流量也對(duì)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)調(diào)整，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年全球移動(dòng)視頻流量將占移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的50 %以上，其中有80 %以上的移動(dòng)流量將會(huì)通過(guò)Wi-Fi承載。我們都知道4 K視頻流（帶寬要求30 Mbps/人）、語(yǔ)音流（時(shí)延小于30 ms）、VR 流（帶寬要求50 Mbps/人，時(shí)延10～20 ms）對(duì)帶寬和時(shí)延是十分敏感的，如果網(wǎng)絡(luò)擁塞或重傳導(dǎo)致傳輸延時(shí)，將對(duì)用戶體驗(yàn)帶來(lái)較大影響。而現(xiàn)有的Wi-Fi 5 （802.11ac）網(wǎng)絡(luò)雖然也能提供大帶寬能力，但是隨著接入密度的不斷升高，吞吐量性能遇到瓶頸。而Wi-Fi 6（802.11ax）網(wǎng)絡(luò)通過(guò)OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技術(shù)使這些服務(wù)比以前更可靠，不但支持接入更多的客戶端，同時(shí)還能均衡每用戶帶寬。比如說(shuō)電子教室，以前如果是100多位學(xué)生的大課授課形式,傳輸視頻或是上下行的交互挑戰(zhàn)都比較大，而802.11ax網(wǎng)絡(luò)將輕松應(yīng)對(duì)該場(chǎng)景。

5.5G與Wi-Fi6（802.11ac）的共存關(guān)系

這不是一個(gè)新穎的話題，在 1999 年～2000 年間，就有人提出 2 G 將替代 Wi-Fi 的觀點(diǎn)；2008 年～2009年也出現(xiàn)了 4 G 將代替 Wi-Fi 的猜測(cè)；現(xiàn)在又有人開始討論 5 G 代替 Wi-Fi 的話題了?？墒?，5 G 與 Wi-Fi 的應(yīng)用場(chǎng)景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用于室內(nèi)環(huán)境，而 5 G 則是一種廣域網(wǎng)技術(shù)，它在室外的應(yīng)用場(chǎng)景更多。所以我們相信 Wi-Fi 和 5G 將長(zhǎng)期共存下去。

我們從以下幾個(gè)角度進(jìn)一步分析：

1）流量費(fèi)用

假設(shè) 5 G 技術(shù)取代 Wi-Fi，那么就必須推出無(wú)限流量的套餐，否則費(fèi)用會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬帶使用的費(fèi)用，更何況目前寬帶的價(jià)格一年比一年低，誰(shuí)也不會(huì)去選擇更貴的 5 G。在目前的 4G 時(shí)代無(wú)限流量的套餐就是個(gè)噱頭，三大運(yùn)營(yíng)商都紛紛推出過(guò)無(wú)限流量的套餐，當(dāng)時(shí)流量超出套餐的流量之后，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)降為 2 G 模式，最高速度只有 128 Kbps，這個(gè)速度看視頻不如看漫畫，因此所謂的無(wú)限流量只是個(gè)無(wú)稽之談。

2）網(wǎng)絡(luò)覆蓋

5 G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的是超高頻頻譜（5 G 網(wǎng)絡(luò)頻段：24 GHz～52 GHz；4 G 網(wǎng)絡(luò)頻段 ：1.8 GHz～2.6 GHz，不包括 2.4 GHz），前面已經(jīng)提到，頻率越高衍射現(xiàn)象越弱，穿越障礙的能力也就越弱，所以 5 G 信號(hào)是很容易衰弱的。如果保持 5 G 信號(hào)的覆蓋需要比 4 G 建設(shè)更多的基站。而且由于信號(hào)的衰減，如果在大樓的內(nèi)部，隔著幾道墻，信號(hào)衰減就更加嚴(yán)重了。再有個(gè)極端的例子就是地下室，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)可以將路由器通過(guò)有線連接放入地下室產(chǎn)生信號(hào)，但是 5 G 網(wǎng)絡(luò)是不可能覆蓋到所有大樓的地下室的，單就這一個(gè)弊端，5 G 也無(wú)法取代 Wi-Fi。另外，現(xiàn)在幾乎所有智能設(shè)備都有 Wi-Fi 模塊，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也配備了 Wi-Fi 模塊，

出口只用一個(gè)公網(wǎng) IP 地址，局域網(wǎng)內(nèi)部占用大量地址也沒(méi)關(guān)系，用戶在自己的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)下管理這些設(shè)備都很方便，而用 5 G 勢(shì)必會(huì)占用更多公網(wǎng)的 IP 地址。

3）網(wǎng)絡(luò)容量

帶寬 x 頻譜效率 x 終端數(shù)量 = 總?cè)萘俊?/p>

5 G 的優(yōu)點(diǎn)在于它的載波聚合技術(shù)，提升了頻譜利用率，大大提升了網(wǎng)絡(luò)容量。在 3 G/4 G 時(shí)代，當(dāng)用戶在人群密集的場(chǎng)所如地鐵、車站等地方使用手機(jī)上網(wǎng)時(shí)，可以明顯感覺(jué)到上網(wǎng)延遲變大，網(wǎng)速變慢。而在 5 G 時(shí)代，隨著網(wǎng)絡(luò)容量大幅提升上述現(xiàn)象帶來(lái)的影響明顯降低。也正是這樣的特性，讓人覺(jué)得 5 G 網(wǎng)絡(luò)下可以無(wú)限量接入，但很多人忽視了一點(diǎn)，那就是隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，入網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量也在大幅提升，如果真的所有的上網(wǎng)設(shè)備都直連區(qū)域內(nèi)的基站，這條 5 G 高速路再寬也得堵死??！而要想降低基站塔的負(fù)擔(dān)，就必須依靠 Wi-Fi 來(lái)做分流。

4）Wi-Fi 速率高于 5 G 速率

移動(dòng)設(shè)備廠商宣傳的 5 G 最重要的 3 個(gè)特征是高速度、大容量、低時(shí)延，其實(shí)最新一代的 Wi-Fi 速率比 5 G 還要快，最新的 802.11ax（Wi-Fi 6）單流峰值速率 1.2 Gbps（5 G 網(wǎng)絡(luò)峰值速率 1 Gbps），平均來(lái)看，Wi-Fi 每升級(jí)一代所用的時(shí)間大約只是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一半左右，所以從最新的 Wi-Fi 6 開始，速率會(huì)持續(xù)領(lǐng)先于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

5）終端類型

辦公、物流、商業(yè)、智能家居等各行各業(yè)都在走向無(wú)線化，首先要做的就是把設(shè)備、人員、終端等全部聯(lián)網(wǎng)使用。假設(shè) 5 G 替代了 Wi-Fi 的存在，那么未來(lái)的所有聯(lián)網(wǎng)終端都需要配備一張類似手機(jī) SIM 卡的東西才可以上網(wǎng)。這一個(gè)理由也注定了目前在室內(nèi)場(chǎng)景 5 G是不可能取代 Wi-Fi 的。類似的設(shè)備還有 VR、游戲機(jī)、電子閱讀器、機(jī)頂盒等等……

6）移動(dòng)端電池耗電

大家都知道手機(jī)、pad 等移動(dòng)終端都是用的電池，大家通常都認(rèn)為電池的耐用性與安裝的業(yè)務(wù)，和使用頻率有關(guān)，但人們往往忽略了一點(diǎn)，終端的各種移動(dòng)信號(hào)接入質(zhì)量好與差也與電池耗電量有關(guān)。當(dāng)信號(hào)變差時(shí)，移動(dòng)終端為了確保給用戶提供一個(gè)良好的體驗(yàn)，會(huì)自動(dòng)增加發(fā)射功率來(lái)提升信號(hào)質(zhì)量，這就導(dǎo)致電池耗電量增加。由于 Wi-Fi 的信號(hào)源基本是在室內(nèi)范圍，而 5 G 信號(hào)在室外幾十公里外的基站，這樣就導(dǎo)致移動(dòng)終端上傳數(shù)據(jù)時(shí)，Wi-Fi 的傳送距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 5 G 信號(hào)。通常情況下 5 G 的通信距離是 Wi-Fi 的幾千倍以上，這樣就需要手機(jī)的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度大大增加，這就增加了耗電量。曾經(jīng)有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，以 4 G 為例，使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)半小時(shí)，Wi-Fi 會(huì)比移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)省 5 %的電量。另外，最新一代的 Wi-Fi 6（802.11ax）支持 TWT 功能，可以在業(yè)務(wù)需要時(shí)自動(dòng)喚醒，在業(yè)務(wù)不適用時(shí)自動(dòng)休眠，進(jìn)一步節(jié)省了電量。

因此，目前所面臨的這些問(wèn)題使得 5 G 還無(wú)法徹底取代 Wi-Fi，更多的是與 Wi-Fi 進(jìn)行深度融合，因此使用 Wi-Fi 的企業(yè)和用戶并不用過(guò)于慌張。今天的 Wi-Fi已不再是一個(gè)提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，更多的應(yīng)該被視為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必備設(shè)施或中央樞紐。例如目前絕大部分的智慧零售、智慧物流、智慧辦公等解決方案的中央樞紐就是 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。

（摘自：《華為Wi-Fi 6（802.11ax）技術(shù)白皮書》）