网络方案 篇十：WIFI6无线标准概述：更快更强

2018年10月4日，Wi-Fi联盟正式宣布将下一代Wi-Fi技术802.11ax更名为Wi-Fi 6，并将前两代技术802.11n和802.11ac分别更名为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。

Wi-Fi 6相比起Wi-Fi 4/5来说不只是速率变得更快了，同时也针对不同场景和相关技术做了很多升级和优化，下面将从技术方面，看看WIFI6带来的新变化。

WIFI4/5/6发展历程

从WIFI标准的发展历程中不难发现，WIFI标准，最大的提升是数据传输速率，通过更高调制方式，更大的频宽，来实现更高的传输速率。但是实际的无线场景使用中，用户对于无线的需求是多样的，有的场景需要低延时，对带宽的要求可能并不高，有的场景则需要高带宽，对延时不敏感。因为接入无线的设备多样，场景复杂。在制订无线标准，设计无线网络的时候，需要关注的点比较多，要结合需求和场景，真正的为无线用户带来良好的体验。

WIFI6在调制，编码，多用户并发等方面进行了技术改进和优化，与速度提升相比，更关注因应用，用户体验，无线环境的整体优化。更贴合于现阶段多Wi-Fi终端、多应用普及的场景。现阶段各类终端和应用繁多，如视频类应用、即时通讯类应用等，因此无线场景中多并发、短报文的情况越来越多，早期的Wi-Fi协议应对这种情景并无技术优势，而Wi-Fi 6针对这些场景做了大量的改进和优化，能大幅度的提升大家的无线体验。

WIFI6引入的新技术特性

Wi-Fi 6作为致力提升无线使用效率和用户真实体验的标准，定义了很多和以往协议截然不同的技术规格。例如更高的调制阶数（1024-QAM）、更窄的子载波间隔、上下行OFDMA技术、上下行MU-MIMO技术（其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5时引入）、空间复用技术等。

这些特性在2.4G和5G网络下均未享受到。WIFI5的特性仅支持5G。WIFI4的特性支持2.4G和5G。

带宽提升

WIFI6的最高理论速度是9.6Gpbs。WIFI5是6.9Gbps，单条空间流80MHz下的速度从433Mbps提高到600.4Mbps

1024-QAM

1024-QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制），这是一种调制方式，所谓调制就是将电信号转换为无线电波的过程，反之则称为解调，调制方式越高阶，转换过程中数据密度就越高。

现在还有4K QAM，理论上比1K QAM，提速25%。但是4K QAM，需要路由器和终端的支持，目前支持有限。

QAM编码是采用二维（点阵）调制方式，实际应用中QAM数值是2的N次方。比如说64-QAM，64是2的6次方，一次就可以传输6个bit的数据；Wi-Fi 5支持的最高调制是256-QAM，因此Wi-Fi 5一次可以携带8个bit的数据信息，Wi-Fi 6支持的最高调制是1024-QAM，Wi-Fi 6一次可以携带10bit，通过使用1024-QAM，让Wi-Fi 6的物理层协商速率提升了25%。

更窄的子载波间隔

Wi-Fi 6对子载波间隔进行了重新设计，将子载波间隔从Wi-Fi 5的312.5kHz，变成78.125kHz，即相同信道带宽带(MHz)的情况下，Wi-Fi 6的子载波数量是Wi-Fi5的4倍。

由于更窄子载波间隔的引入，也让单帧容量增至原来的四倍（即256个子载波/20MHz），单帧发送时长自然也是Wi-Fi 4/5（3.2微秒）的四倍（12.8微秒），但帧间隔仅为原来的两倍（0.8微秒），即每一帧的传输周期是13.6微秒。综合起来，帧间隔时间开销从Wi-Fi 4/5的11.11%【0.4/(3.2+0.4)=11.11%】降低到了5.88%【0.8/(12.8+0.8)=5.88%】，因此Wi-Fi 6的整体效率再提升5.88%，即物理层协商速率提升了5.88%。

在相同信道频宽80MHz下的WIFI5和WIFI6的有效载波占比

通过更高阶的调制技术和更窄的子载波间隔，让Wi-Fi 6的理论速率（160MHz频宽，8条空间流）从Wi-Fi 5的6.9Gbps提升到9.6Gbps。

更高的频宽

Wi-Fi 6 将Wi-Fi 频道从80 MHz 提升到160 MHz。

160MHz，需要路由器和终端都支持才可以。

高密度连接

为了满足高密度的无线连接，引入的新特性

MU-MIMO(多用户多进多出）

MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用户的多进多出)，它让AP可以同时与多台终端并发通信。

Wi-Fi 6在Wi-Fi 5下行MU-MIMO的基础上新增上行MU-MIMO，WIFI5的MU-MIMO仅适用于下载。同时也把Wi-Fi 5最大支持4×4的下行MU-MIMO提升到最大支持8×8的上下行MU-MIMO，支持同时向8个终端发送数据，与Wi-Fi 5相比，下行链路容量增加了2倍，上行链路容量增加了8倍，从而大幅提高无线接入总容量，这表示无论您正在串流、下载、游玩VR/AR、MMO's 或RPG's，Wi-Fi 6 的8条串流，都能提供所有应用足够的频宽。

传统的MIMO严格来说应该叫做SU-MIMO（Single-user MIMO，单用户MIMO），虽然支持多天线同步传输，在旦同一个信道同一时刻，只能与一个终端通信，多终端之间仍为串行传输。

MU-MIMO解决了同一AP下多用户并发传输的问题，将原来的HUB模式，升级为了交换模式。

OFDMA（正交频分多址）

OFDMA技术是在频域上将无线信道划分为多个子信道（子载波），形成一个个射频资源单元，用户传输数据时，数据将承载在每个资源单元上，而不是像Wi-Fi 4/5（使用OFDM技术）时那样占用整个信道。

Wi-Fi从802.11a（1999年发布的第三代Wi-Fi协议）开始就采用OFDM调制作为核心信道调制方案，Wi-Fi 6在OFDM的基础上加入多址（即多用户）技术，从而演进成OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址）。

OFDM调制原理是将信道切分为子载波，但单一信道内的子载波须同时使用。OFDMA调制则更进一步，将现有的802.11信道(20、40、80和160MHz宽度)划分成具有固定数量子载波的较小子信道，并将特定子载波集进一步指派给个别STA，从而为多个用户同时服务。

OFDMA划分的射频资源单元就像把货车的载货箱划分了很多小格子，这样货车在拉货时就可以进行灵活组合，不论是拉大货物还是小货物，都可以装满整个货箱再出发，充分利用每台货车的资源。

显示已有一个天线运作的情景。实际路由器是多天线，于此情况类似。

通过OFDMA技术可实现在每个时间段内多个终端同时并行传输，不必依次排队等待、相互竞争，提升了效率，提高了无线接入的密度，降低了排队的等待时延。

OFDMA和MU-MIMO的适用场景对比

抗干扰能力——Spatial Reuse（空间复用）

Spatial Reuse（空间复用），也被称作“BSS着色”（BSS coloring），通过此技术可以实现更多同步传输，即AP可以识别两个相距不远但并不相邻的AP和终端设备，能够在同一时间内实现无线并发传输而不会相互影响。用于解决不同AP在相同信道下并发冲突的问题。

为了在密集部署方案中提高系统级性能和频谱资源的有效使用，802.11ax标准实现了空间重用技术。STA可以识别来自重叠基本服务集（BSS）的信号，并基于该信息做出关于介质争用和干扰管理的决定。

BSS着色是802.11ah中引入的一种机制，用于为每个BSS分配不同的“颜色”，将其扩展到11ax，根据检测到的颜色分配新的频道访问行为。尽可能的情况下最大限度的减少同频干扰。

传统传输机制，每次发送数据之前，会监听无线信道上有无其他AP也在传送数据，如果有，先避让，等下个时间段再传送。这意味着多个AP工作于同一信道时，由于采用轮流单独通信的方式，会大幅降低网络容量。

BBS Coloring机制，即在数据报头加入6bits的BSS Color来指定不同的AP，这样一来，当路由器或设备在发送数据前侦听到信道已被占用时，会首先检查该“占用”的BSS Color，确定是否是同一AP的网络，如果不是，则不用避让，从而允许多个AP在同一信道上运行，并智能管理多用户同时并行传输。

提高电池续航

目标唤醒时间(Target Wake Time，简称TWT) 让设备可自行协商它们何时以及多常唤醒以发送或接收资料，这项功能可以增加设备的休眠时间并显著延长行动设备和物联网设备的电池寿命。

这个服务可以降低支持WIFI6终端的电力消耗。现在很多设备连接WIFI的情况下耗电严重，尤其是使用电池的IOT物联网设备。减少用户之间的争用和冲突，显著提升STA的休眠时间，节约电力消耗。常用的手机，笔记本等，因为需要持续的网络连接和数据传输，这项技术的收益并不明显。

更高的安全性

WPA2加密协议，在2017年10月被完全破解，随着WIFI6，还推出了WPA3安全协议。

主要体现在：

公共场所，即使是open的SSID，也会提供无感知的数据传输加密

使用SAW替换PSK，使用4次握手提供更高的安全箱，对于WPA-Enterprise无太多改进

支持通过扫描二维码，NFC，蓝牙等方式，添加IOT设备联网

增加256位密钥

WIFI6 E

WIFI6的扩展协议，最重要的特性是支持6G频段（5925-7125 MHz，共 1.2 GHz 带宽）。让路由器从目前 2.4GHz 和 5GHz 之外又把一个新的频段纳入使用标准。

事实上，各国还没有确定6G频段是否可以开放民用，目前还在测试阶段，所以目前还没有真正支持6GHz的路由器发售，也无法宣称自己支持WIFI6E。

支持WIFI6的路由器

随着WIFI6协议的推出，不论是家用路由器，还是企业AP市场，大量的WIFI6路由器上市，未来几年，也会一WIFI6标准为主，直到WIFI7标准的推出。

支持WIFI6的家用路由器，会以AX+数字标识。AX表明是支持WIFI6，数字是2.4G网速和5G网速之和。

支持WIFI6的路由器，都是在2020年推出来的路由器，基本都支持各自的MESH组网技术，支持MESH组网进行无线扩展。

对于2.4GHz在，在2x2 MIMO下的最高速度是574Mbps，剩下的就是5G的速度。但是要想达到最高速度，首先是路由器支持，其次是终端支持。而且需要距离路由器越近越好，干扰越小越好。

对于手机终端来说，4K-QAM，160MHz的支持，需要骁龙888，天玑9000等可以支持。

最低的支持WIFI6的路由器，在300元以内，不管是更换路由器，还是新购买路由器，都可以直接购买支持WIFI6的路由器。一般WIFI协议的更新时间大概是6到7年。

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如果要战未来，可以关注还没有发布的WIFI7技术

家庭组网方案参考

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