不只是更快從Wi-Fi 6的技術(shù)特點(diǎn)說起

對(duì)于很多人來說，Wi-Fi 6就像是突然出現(xiàn)一般，因?yàn)樗麄冊(cè)谀X海中搜索一番后，會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒有像2G、3G、4G一樣經(jīng)歷過Wi-Fi 2、Wi-Fi 3的時(shí)代，Wi-Fi 6是從哪里冒出來的？

老朋友，新面孔

其實(shí)Wi-Fi6并非憑空出現(xiàn)，它的“前世”IEEE 802.11ax在兩年前就出現(xiàn)在大家的視野中。IEEE802.11是現(xiàn)今無線局域網(wǎng)通用的標(biāo)準(zhǔn)，它是由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）所定義的無線網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)。像802.11n、802.11ac想必大家都有聽過，它們正是目前絕大多數(shù)用戶的路由器、手機(jī)、筆記本電腦等具備無線功能的產(chǎn)品所基于的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的過程中，1999年工業(yè)界成立了Wi-Fi聯(lián)盟，其成立的主要目的是在全球范圍內(nèi)推行Wi-Fi產(chǎn)品的兼容認(rèn)證，發(fā)展IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi聯(lián)盟是一個(gè)商業(yè)聯(lián)盟像我們熟悉的Wi-Fi商標(biāo)，就是它所擁有的。

802.11ax是802.11ac后最新無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)草案由IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的TGax工作組制定，它于2014年5月成立，至2017年11月已完成第二版標(biāo)準(zhǔn)草案。所以在2017年，我們就看到有上游廠商推出802.11ax無線芯片：在2018年，市場(chǎng)上就已經(jīng)有支持802.11ax的無線路由器。2018年10月，負(fù)責(zé)商業(yè)認(rèn)證的Wi+Fi聯(lián)盟為了更好地推廣Wi-Fi技術(shù)，重新命名了Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，其中802.11ax被命名為Wi-Fi 6，并于2019年秋季正式啟動(dòng)產(chǎn)品認(rèn)證。為了讓用戶更容易了解他們的設(shè)備所支持的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，802.11ac和802.11n也同時(shí)被改稱為Wi-Fi 5和Wi-Fi 4。自此，Wi+Fi變得跟4G、5G一樣，讓廣大普通用戶一眼就能通過數(shù)字大小來識(shí)別Wi+Fi標(biāo)準(zhǔn)的性能。

不得不說，就目前的情況來看，Wi-Fi聯(lián)盟對(duì)Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)采用的全新命名規(guī)則，確實(shí)對(duì)于其推廣起到了不小的作用。無論是從各種場(chǎng)合的能見度還是從消費(fèi)者的認(rèn)知來看，Wi-Fi都要比此前的802.11ax更具傳播性。

Wi-Fi 6的殺手锏

那么，Wi-Fi 6相比Wi-Fi5、Wi-Fi 4的進(jìn)步到底體現(xiàn)在哪些方面？讓我們先從基本的規(guī)格說起。Wi-Fi 4（802.11n）發(fā)布于2009年，率先支持40MHz頻寬與MIMO，理論帶寬從802.11a/g的54Mbps—下子提升到了600Mbps（單流帶寬150Mbps）.并同時(shí)支持2.4GHz與5GHz兩個(gè)頻段，支持64-QAM。4年后第一版Wi-Fi 5（Wave1）誕生，頻寬提升至80MHz，單流帶寬提升至433Mbps。2016年的第二版Wi-Fi5 （Wave2）則將頻寬翻倍到160MHz，支持256-QAM，單流帶寬提升至867Mbps，不過Wi-Fi 5只支持5GHz頻段。Wi-Fi6對(duì)比前兩代標(biāo)準(zhǔn)，不但能同時(shí)支持2.4GHz和5GHz頻段，還將單流帶寬提升至1201Mbps，并且可以同時(shí)支持8個(gè)終端上行/下行，理論吞吐量最高可達(dá)9.6Gbps。后文中，我們可以通過三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)規(guī)格對(duì)比，了解它們的區(qū)別。

不過，速度的提升并不是Wi-Fi 6的終極目標(biāo)，它要解決更多的問題。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展初期，只是被定義在小范圍空間內(nèi)，少數(shù)設(shè)備互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，比如在家庭、辦公室等場(chǎng)合，其數(shù)據(jù)傳輸能力和范圍比較有限。不過隨著Wi-Fi 5普及后，大量公共場(chǎng)合和開放式環(huán)境都開始布置無線網(wǎng)絡(luò)，部分人流較多的場(chǎng)合在瞬時(shí)甚至可能會(huì)有高達(dá)數(shù)千的數(shù)據(jù)終端連接請(qǐng)求，比如火車站、飛機(jī)場(chǎng)、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)等。但我們也注意到在這樣的公共場(chǎng)合下，連接到無線網(wǎng)絡(luò)后無論是速度還是連接穩(wěn)定性都不夠理想，使用體驗(yàn)很糟糕。其中固然有網(wǎng)絡(luò)布置、節(jié)點(diǎn)數(shù)量等原因，但是更重要的還是之前的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)壓根就沒考慮過這么多并發(fā)連接需求的應(yīng)用情況，因此才出現(xiàn)了各種各樣的問題。

為了解決這樣的問題，Wi-Fi6在制定初期就考慮要滿足更多用戶聯(lián)網(wǎng)以及處理更多并發(fā)任務(wù)的需求。簡(jiǎn)單來說，Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)高帶寬、低時(shí)延、多用戶連接的歷史使命。要達(dá)到這樣的目標(biāo)，Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)中加入了幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：OFDMA、MU-MIMO、1024-QAM、BSS Coloring以及TWT。

0DFMA：減少阻塞

ODFMA，名為正交頻分多址技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的目的是將傳輸帶寬劃分為正交的、互不重疊的一系列子載波集，為不同的用戶分配使用不同的子載波集，因此實(shí)現(xiàn)可以連接更多用戶的目的。相比之下，傳統(tǒng)ODFM中的每一個(gè)用戶都會(huì)獨(dú)自占據(jù)整個(gè)信道頻率，這會(huì)帶來用戶排隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)通信擁堵。ODFMA的優(yōu)勢(shì)在于可以在時(shí)間和帶寬上對(duì)頻段進(jìn)行分割，容納更多用戶的同時(shí)保證傳輸速率。ODFMA通過信道劃分，同時(shí)向多個(gè)用戶傳遞數(shù)據(jù)，大幅度改善了多用戶條件下的傳輸情況。具體到產(chǎn)品上來說的話，在Wi-Fi6上，20MHz信號(hào)通道上的載波數(shù)量被提高到了256個(gè)，其中234個(gè)傳輸數(shù)據(jù)，剩下的是一些系統(tǒng)通信和校驗(yàn)等信息，這樣一來用戶數(shù)量大增，更多用戶可以連接在Wi-Fi6上進(jìn)行通信。

用一個(gè)通俗的例子來說明該技術(shù)的進(jìn)步，讓我們把無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程想象成貨車載貨，貨就是數(shù)據(jù)。在Wi-Fi 5路由器上，不論貨物大小都用固定的貨車運(yùn)送，一輛貨車只載一件貨物，如果貨物很小就會(huì)造成貨車空間的浪費(fèi)。而在支持OFDMA的Wi-Fi 6路由器上，一輛貨車可以裝載眾多不同大小的貨物，裝滿后才發(fā)車，這樣能充分利用貨車空間。也就是說Wi-Fi 6可實(shí)現(xiàn)在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)多個(gè)終端同時(shí)并行傳輸，而不必依次排隊(duì)等待，提升了無線接入的效率。另外由于OFDMA對(duì)多徑信號(hào)比較強(qiáng)的處理能力，同時(shí)終端會(huì)選擇無線性能好的子信道集中發(fā)送功率通信，因此它還具備擴(kuò)大覆蓋范圍，提高覆蓋質(zhì)量的特質(zhì)。

MU-MIMO：為多用戶而生

MU-MIMO，名為多用戶多輸入多輸出。顧名思義MU-MIMO是支持多用戶同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)的技術(shù)。

在MU-MIMO出現(xiàn)之前，人們使用的無線路由器僅僅支持SU-MIMO，所謂SU-MIMO就是單用戶Single User的多輸入多輸出協(xié)議。在這個(gè)協(xié)議下，路由器的信號(hào)是單一的，根據(jù)和主機(jī)之間通信距離的遠(yuǎn)近親疏來排序，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。在這種情況下，如果一個(gè)設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間通信傳遞數(shù)據(jù)的話，那么其他正在等待的設(shè)備就可能產(chǎn)生卡頓。因?yàn)槁酚善髦唤邮芡瑫r(shí)和一個(gè)設(shè)備通信，多個(gè)設(shè)備只能排隊(duì)。但是MU-MIMO不是這樣，MU-MIMO的信號(hào)同時(shí)在時(shí)間、頻段和空間三個(gè)維度上進(jìn)行排序，就相當(dāng)于同時(shí)有三組信號(hào)和設(shè)備溝通，這樣一來，設(shè)備就有更多的通道和路由器溝通，排隊(duì)和延遲也就被大大降低了。

雖然我們?cè)赪i-Fi 5上就已經(jīng)看到了它的應(yīng)用，但它只引入了4x4 MU-MIMO下行鏈路。而Wi-Fi 6所支持的MU-MIMO，在Wi-Fi 5的基礎(chǔ)上增加了上行鏈路MU-MIMO，同時(shí)上下行鏈路最多可支持8x8 MU-MIMO，與Wi-Fi 5相比，下行鏈路容量增加了2倍，上行鏈路容量增加了8倍，從而大幅提高無線接入總?cè)萘?。這其實(shí)跟我們使用的寬帶速度很像，Wi-Fi5就像上下行不對(duì)等的寬帶，下行快（多）上行慢（少），Wi-Fi 6則做到了上下行一樣快（多）。

1024-QAM：更大帶寬

所謂QAM，是指QuadratureAmplitude Modulation，也就是正交振幅調(diào)制的意思。QAM的目的是通過調(diào)制原始數(shù)據(jù)，使得信號(hào)能夠一次性傳輸足夠多的信息。QAM的關(guān)鍵數(shù)值都是2的次方，比如802.11n采用的64-QAM，是2的6次方，每次傳遞6bit數(shù)據(jù);Wi-Fi5則改成了256-QAM也就是2的8次方，每次傳遞8bit數(shù)據(jù);在Wi-Fi 6上則改成2的10次方，每次傳遞10bit數(shù)據(jù)。每次傳遞的數(shù)據(jù)越多，傳輸速度相對(duì)來說就越快，這是Wi-Fi6改進(jìn)最積極的地方之_。

BSS Coloring：提升網(wǎng)絡(luò)效率

從目前的使用情況來看，Wi-Fi在家庭中體驗(yàn)還是可以接受的，但是在公眾場(chǎng)合的使用體驗(yàn)一般都很糟糕。比如在商場(chǎng)，即使布置了一百個(gè)甚至兩百個(gè)路由終端，但是這些路由器之間的協(xié)同工作方式是怎么樣的呢？這些路由器是否能組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)共同應(yīng)對(duì)大量人群和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求呢？

在Wi-Fi5設(shè)備上，由于傳輸數(shù)據(jù)要占用一條信道，因此設(shè)備會(huì)采用一種名為CSMA/GA （CarrierSense Multiple Access withGollision Avoidance）機(jī)制，簡(jiǎn)單來說就是傳輸前先查詢—下相應(yīng)的信道是否有其他設(shè)備在使用，如果有那就標(biāo)注為忙碌，等到信道空閑時(shí)才會(huì)使用。這種傳輸方式雖然簡(jiǎn)單，但是信道利用率并不高，使用同一信道的設(shè)備越多，網(wǎng)絡(luò)堵塞的情況就會(huì)越嚴(yán)重。

而在Wi-Fi 6上，由于使用了OFDMA技術(shù)，多個(gè)設(shè)備可以共用一個(gè)信道同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，為此Wi-Fi6還引入了BSS Coloring著色機(jī)制。簡(jiǎn)單來說就是給每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)注，然后在數(shù)據(jù)中加入相應(yīng)的標(biāo)簽，這樣即便同一個(gè)信道中有不同設(shè)備存在，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)有相應(yīng)的地址，直接發(fā)送到位而不會(huì)錯(cuò)誤地發(fā)送給其他設(shè)備。再結(jié)合OFDMA共用信道的特色，這樣網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)信道都可以一直維持最高效率運(yùn)行，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)效率。

TWT：降低設(shè)備待機(jī)功耗

上述關(guān)鍵技術(shù)為Wi-Fi6的高性能、多用戶使用體驗(yàn)鋪平了道路，但是這些更多的是為高速設(shè)備服務(wù)，而隨著智能家居的逐步推廣路由器上連接的往往不僅有手機(jī)、電腦等對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求比較高的終端，也會(huì)有各種對(duì)帶寬要求不明顯的智能家居設(shè)備。這些設(shè)備一定程度上也會(huì)影響我們的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，特別是當(dāng)它們傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，一定程度上也會(huì)拖慢網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)速度，為此Wi-Fi 6引入了TWT，也就是Target WakeTime機(jī)制。

TWT機(jī)制是針對(duì)低速設(shè)備實(shí)行的，主要是面向?qū)W(wǎng)絡(luò)帶寬要求不高的智能家居產(chǎn)品，例如只配置有2.4GHz頻段、20MHz頻帶的Wi-Fi設(shè)備等。當(dāng)路由器與這些低速設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)同時(shí)生成一個(gè)喚醒時(shí)間表，只有到了需要喚醒時(shí)間，路由器才會(huì)喚醒設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而且路由器也可以提前對(duì)不同的低速設(shè)備進(jìn)行喚醒時(shí)間排序，避免同時(shí)喚醒多個(gè)設(shè)備引起網(wǎng)絡(luò)堵塞，這也是一種優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的技術(shù)手段。

小結(jié)

從Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)不難看出，速度的提升只是表象，它更為關(guān)注的是解決如今無線網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)多用戶、多應(yīng)用接入下，速度、效率的提升，追求的是可以更高效地利用網(wǎng)絡(luò)容量為Wi-Fi用戶創(chuàng)造出色的用戶體驗(yàn)。既然標(biāo)準(zhǔn)已定，那么業(yè)界的反應(yīng)又是怎樣的？接下來讓我們一起去看看上游廠商在Wi-Fi6產(chǎn)品上的發(fā)展?fàn)顩r。