关于WiFi 6技术，这篇说得最详细
来源：内容来自「华为WiFi 6技术白皮书」，谢谢。
1. Wi-Fi 发展简介
Wi-Fi 已成为当今世界无处不在的技术，为数十亿设备提供连接，也是越来越多的用户上网接入的首选方式，并且有逐步取代有线接入的趋势。为适应新的x h P ` y ,业务应用和5 w e s ) X减小与有线网络带宽的差距，每一代 802.11 的标准都在大幅度的提升其速率。
199~ g ] % l a X7 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@ f m r L U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 2.4 GHz 频段，传输速率为 11Mbit/s，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l g B W V - d D相同的核心协议，工作频率为 5GHz，最大原始数据传输率 5` e t z . n ? ,4Mbiz I M ut/s，达到了现实网络中等吞吐量(20Mbit/s)的要求，由u v 7 $ h 3于x . b D n X z Y 2.4$ { ` % s 4 C dGHz 频段已经被到处使用，采用 5GHz 频段让 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 2.4 GHz 频段运行，从而产生4 ( Y H a 9 i了 802.11g，其载波的频率为 2.4` 5 v d P f LGHz(跟 802.11b 相同)，原始传送速度为 54Mbit/s， 净传输速度约为 24.7MbiL K )t/s(跟 802.11a 相同)。
对 Wi-Fi 影^ + t j O T响比) ; d X $ r u较重要的标准是 2009 年发布的 802.11n，这个标准对 Wi-Fi 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= E @ - j & C W于G Y w , y e MIMO 的一些高级功W @ , Q } # A i T能（如波束成r ` 5 q 0 n d Q D形，空间复用......），传输速度W % B达到 600Mbit/s。 此外，802.11n 也是第一个同时工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段的Wi-Fi 技术。
然而，移动业务的快速发展和高密度接入对 Wi-Fi 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i # : I , ~ L B（256-QAM），传输速度高达 1.73Gbps，进一W L : G步提升 Wi-Fi 网络吞吐量。另外，在 2015 年发布了 802.11ac wave2 标准，将波束成形和 MU-MIMO 等功能推@ , e P z & =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U c 9 e ~，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r ^ 6 % v O 8 K来越丰富，Wi-Fi 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 Wi-Fi 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 Wi-Fi 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; r v C * 3 3 Y大的客户端设备数量以及不同应用的用户体G y m d ^ M . = q验需求。
图 1-1 不同 Wi-Fi 标准下的接入量与人均带宽% ^ K 1关系
下一代Wi-Fi 需要解决更多终端的接入导致整个Wi-Fi 网络效率降低的问题，早在2014 年 IEEE 802. , = n ，并发用户数提升 3 倍以上，因此，Wi/ r a-Fi 6(802.11ax)也被称为高效无线（HEW）。
2. 什[ Y 6 B H h 么是 Wi-Fi 6(802.11ax)
Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 标准的简称。随着 Wi-Fi 标准的演进，WFA 为了便于 Wi- Fi 用户g O Q $和设备厂商轻松了解其设备连接或支持的 Wi-F= . .i 型号，选择使用数字序号来对 Wi- Fi 重新命名。Z n B O , B ^ |另一方面，选择新一代命名方法也是为了更好地突出 Wi-Fi 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 Wi-h F w C , S X #Fi 命名分别对应如下 802.11 技术标准：
表 1802.11 标准与新命名
和以往每X a ) & f ( r次发布新的 802.11 标准一C A * u F N 0样，802.11ax 也将兼容之前的 802.11ac/n/g/! x Ea/b 标准，老的终端一样可以无缝接入 802.11ax 网络。
Wi-Fi 6 速度有多快？
4G 是移动网络高速率的代名词，同样，Wi-Fi 6 是无线局域网高速率_ g y % c d /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：
1.空间流数量
空间流其实就是 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E U K 4会比 4 车道运输量更大。
表 2不同 802.11 标准对应的空间流数量
2.Symbol 与 GI
Symbol 就是时域上的传输信号，相邻的两个Sym0 y F * . Abol 之间需要有一定的空隙（W | T lGI），以避免 Sym@ v U z z 0 b }bol 之间的干扰。就像中国的高铁一~ * $ # 2 v d q样，每列车相当于一个 Symbol，_ R . B _ 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* Y i同 Wi-Fi 标准下的间隙也有不同，一般来说传2 = X ( 2 o +输速度较快o A # + 2 Y 7时 GI 需要适当增大，就像同一车道上两列 350KM/h 时速的e s 6 X p u高铁发车时间间隙要x | | E q x比时速 250KM/h 时速的高铁发车间隙要大一些。
表 3802.11 标准对应的 Symbol 与GI 数据
3.编码方式
编码方式就是调制技术，即 1 个 Symbol 里/ N [ @ r Y 的方法来实现多用户复S ( 用信道资源。迄今为止，它已被许多无线技术采用，例如 3GPP LTE。此H # : b i O外，802.11ax 标准也仿效 LTE，将最小的子信道称为“资源单位(Resource Unit，简称 Rs s . ( m wU)”，每个 RU 当中至少包含 26 个子载波，用户是根据时频资源块 RU 区分出来的。我们首先将整个信道的资源分成一个个小的固定大小的时频资源块 RU。在该模式下，用户的数据是承载在每一个 RU 上的，故从总的时频资源上来看，每一个时间片上，有可能_ & Y 4 v % !有多个用户同时发送（如下图）。
图 2-2OFDMA 工作模式
OFDMA 相比 OFDM 一般有三点好处：
更细的信道资源分配。
特别是在部分节点信道状态不太好的情况下，可以根据信道质量分配发送功率，来更细腻化的分配信道时频资源。下图呈现出了不同子载波频域上的信道质量差异较大，802.; B E 5 y s H M ;11ax 可根据信道质量选择最优 Ro y ? Q 6U 资源来进行数据传输。
图 2-3不同子载波频域上的信道质量
提供更好的 QOS
因为 802.11ac 及之前的标准都是占据整个o i ! X h , 9波又按不同 RU 类型被分成若干组，每个用户可以占用一组或多组 RU 以满足不同带宽需求的业务。802.11ax 中最小 RU 尺寸为 2MHz，最小子载波带宽是 78.125KHz，因此最小 RU 类型为26 子载波 RU。以此类推，还有 52 子载i M A N波 RU，106 子载波 RU，242 子w d Y p } 7 P L b载波RU，484 子载波 RU 和 996 子载波 RU，下表显示了不同信道带宽下的最大RU 数。
表 7不同频宽下的 RU 数量
图 2-4RU 在 20MHz, n v 中的位置示意图
RU 数量越多，发送小包报文时多用户处理效率越高，吞吐量也越% G # ! R L P高，下图是仿真收益：
图 2-5OFDMA 与 OFDM 模式下多用户吞吐量仿真
DL/UL MU-MIMO 技术
MU-MIMO 使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流，与OFDMA 不同，h s e ! H 8 2 所有用户都使用全部带宽，从而带来多路复用增益。终端受天线数量受限于尺寸，一般来说只有 1 个或 2 个空间流（天线），比 AP 的{ n j 3 { ) W A f空间流（天线）要少，因此，在 AP 中引入MU-MIMO 技术，同一时刻就可以实现 AP 与多个终端之间同时传u 4 ; * c [输数据，大大提升了吞吐量。
图 2-6SU-MIMO 与 MU-MIMO 吞吐量差异
DL MU-MIMO 技术
MU-MIMO 在 802.11ac 就已经引入，但只支持 DL 4x4 MU-MIMO（下行）。在802.11axb ` m i t C 中进一步增加了MU-MIMO 数量，可支持 DL 8x8 MU-MIMO，借助 DL OFDMA技术（下行），可同时进行 MU-MIMO 传输和分l & Z B ! O T Z w配不同 Ro ^ # ? n O H gU 进行多用户多址传输，既增加了系统并发接Q v K G d A s入量，又均衡了吞吐量。
图 2-78x8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序
UL MU-MIMO 技术
UL MU-M5 = p 0 B n XIMO（上行）是 802.1E 3 Z $ + G Q G {1ax 中引入的一个重要特性，UL MU-MIMO 的概念和 UL SU-MIMO 的概念类似，都是通过发射机和接收机多天线技术使用p | ~ _ `U- MIMO 混淆。n } E O a ZOFDMA 支持多用户( G ; $ 8 , m o U通过细分信道（子信道）来提高并发效率，MU-MIMO: W 6 # L i % i 支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。下表是 OFDMA 与 MU-MIMO 的对比：
表 8OFDMA 与 MU-MIMO 对比
更高阶的调制技术 (1024-QAM)
802.11ax 标x M : P准的主_ . ( 1 $ [要目标是增加系统容量，降低时延，提s X 0 c 4 Q高多用户高密场景下的效率，但更好的效率与更快的速度并不互斥。802.11ac 采用的 256-QAM 正交幅度调制，每个符号传输 8bit 数据（2^8=256），802.11ax 将采用 1024-QAM 正交幅度2 d ( P调制$ f Y X h，每个符号位传输 10bit 数据（2^10=1024），从 8 到 10 的提升是 25%，也就是相对于 802.11ac 来说， 802.11ax 的单条空0 R 2间流数据吞吐量又提高了 25%。
图 2-9 256-QAM 与 1024-QAM 的星座图对` n s - ^ W比r , X 7 I r 8
需要注意的是 802.11ax 中成功使用 1024-QAM` , o y | x ` 调制取决于信道条件，更密的星z } ( = V o O座点距离需要更强大的 EVM（误差矢量幅度，e o E b m M o K n用于量化无线电接收器或发射器在调制精度方面的性能）和接受灵敏度功能，并且信道质量要求高于其他调制类型。
空分复用技术（O X v J y : iSR） &BSS Coloring 着色机制
Wi-Fi 射频的传输原理是在任何指定时间内，一个信道上只允许一个用户传输数据，o p a f @ 5如果 Wi-Fi AP 和客户端在同一信道上侦听到有其他 802.11 无线电传* ` N Y输，则会自动进行冲突避免，推迟传输，因2 N 此每个用户都必须轮流使用。所以说信道是无线网络中非常宝贵的q ? ) L & a资源， 特别在高密场景下，信道的合理划分和利用将对整个无线网络的容量和稳定性带来较大的影响。802.11ax 可以在 2.4GHz 或 5Gc Y 8 { K z V 8Hz 频段运行（与 802.11ac 不同，只能在 5GHz 频段运行），高密部署时同样可能会遇到可用信道太少的问题（特别是 2.4GHz 频段），如果能够提升信道的复用能力，将会对提升系统的吞吐g - 7 容量。
802.11ac? F H . w - 5 及之前的标准，通常采用动态调整 CCe : C , jA 门限的机制来改善同频信道间的干扰，通过识别同频干扰强度，动态调整 CCA 门限，忽略同频弱干扰信号实现同频并发传输， 提升系统吞吐容量。
图 2-10802.11 默认 CCA 门1 [ X b S B j Q限# M n &
例如图 12，AP1 上的 STA1 正在传输数据，此时，AP2 也想向 STA2 发送数据，根据Wi-Fi 射频传输原理，需要先侦听信道是否空闲，CCA 门限值默认-87 C d v W2dBm，发现信道已被STA1 占用，那么 AP2 由于无法并行传输而推迟发送。实际上，所有的, p m { Q * *与 AP2 相关联的同信道客户端都将推迟发送。引F 9 7 q j入动态 CCA 门限调整机制，当 AP2 侦听到同频信道被占用时，可根据干扰强度A { . ) ? ) Y y调整 CCA 门限侦听范围（比如说从-823 r 3 = U T KdBm 提升到-= ; b F 272dBm），规避干扰带来的影响，即可实现同频并0 Q + 7 , ? M ~ Q发传输。
图 2-11 动态 CCA 门限调整
由于 Wi-Fi 客户端设备的{ p I s ` ; x m移0 0 . r + _ 7 symbol 与窄% ` l s ! 6 T带传输带来覆盖距离提升
其他 WiW x P-Fi 6（802.11ax）新特性
前面的几大核心技术已经足够证明 802.11ax 带来的高效传输和高密q * D H V v t B容量，但802.11ax 也不是 Wi-Fi 的最终标准，这只是高效无线网络的开始，新标准的 802.11ax 依然需要兼容老标准d _ ` F ;的设备，并考虑面向未来物联网络、绿色节能等方向的发展趋势。以下是 802.11ax 标准的其他新特性：
支持 2.4GHz 频段
目标唤醒/ j 3 ]时间（TWT）
下面详细描述这些新特性。
支持 2.4GHz 频段
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! 2 O o ; k 5 n #是 2.4G& / & N r 7 i VHz 仍然是一个可用的 Wi-& p ; M _ 2Fi 频段，在很多场景下依然被广泛使L T p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C 1 4 + i O ]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( 3 $力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。虽m , z & t X x 8然 5GHz 频段可带来更高的k N G c y ; / { |传播速度，但信号衰减也越大，所以传输距离比@ H * t 2.4GHz 要短。因此，我们在部署高密无线网络时，2.4GHz 频段f f 4 ; G ^ p除了用于兼容老旧设备，还有一个很大; {的作用就是边缘区域覆盖补盲。
优势二：低成本
现阶段仍有数以亿计的 2.4GHz 设备在线使用，就算如今成为潮流的 IoT 网络设b , @ =备也使用的 2.4GHz 频段, t 6 s P 6，对有些流量不大的业务场景（如电子围栏、资产管理等），终端设备非常多，使用成本更低的仅支持 2.4GHz 的终端是一个性s 8 g A价比非常高的选择。
目标唤醒时间（TWT）
目标唤醒时间 TWT（Target Wakeup Time）是 802.11ax 支持的另一个重要的资源调度功能，它借鉴于 802.11ah 标准。$ 7 ! X它允许设备协商他们什么时g ; B 2 b e 4 / W候和L X w Y f g a u l多久会被唤醒，然后发送或接收数据。此外，Wi-Fi AP 可以将客户端设备分组到不同的 TWT 周期，从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。TWT 还增加了设备睡眠时间，对采用电池供电的终端来说，大大提W = H K 8 /高了电池寿命。
802.11ax AP 可以和 S) w w R 3TA 协调目标唤9 I / T醒时间(TWT)功能的使用，AP 和 STg s I 1A 会互相交换信息，当中将包含预计的活动持续时间，以定义让 STA 访问介质的特定时间或一组时间， 这样就可以避开多个不同 STA 之间的竞争和重叠情况。另外，支持 802.11ax 标准的 STA 可以使用 TWT 来降低能量损耗，在自身的 TWT 来临之前进入睡眠状态。AP 还可另外设定TWT编@ ) g V - m X 7 .排计划并将 TWT 值提供给 STA，这样双方之间就不需要存在个别的 TWT 协议| 2 ,，此操作称为“广播 TWT 操作”。
图 2-14广播目标唤醒时间操作
为什么要 Wi-Fi 6(802.11( j ( f _ 4ax)
802.11ax 设计之初就是为了适用于 O t h A高密度无线接入^ @ ` E l c z和高容量无线业务，比如室外大型公z R R R x & e d共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室` V ? G L等场景。
图T a O / P 3-1 高3 q n f密高带宽应用场景
在这些场景中，接入Wi-Fi 网络的客户端设备将呈现巨大增长，另外，还在不断增加的语音及视频流量也对 Wi-Fi 网络带来调整，根据预测，到 2020 年全球移动视频流量将占移动数据流量的 50%以上，其中有 80%以上的移动流量将会通过 Wi-F @ Z 8Fi 承载。我们都知道 4K 视频流（带宽要求 30Mbps/人）、语音流（时延小于 30ms）、VR 流（L W Z u , R ! ! v带宽要求 50Mbps/人，时延 10~20ms）对带宽和时延是十分敏感的，如果网络拥塞或重传导致传输延时，将对用户体验带来较大影响。而现有的Wi-Fi 5（802.11ac）网络虽然也能提供大带宽能力，但是随着接入m ! p W l q密度的不断上升，吞4 W a ; 6 S | v *吐量性能遇到瓶颈。而Wi-Fi 6（802.11ax）网络通过 OFDMA、UL Mq , a g B , z F WU-MIMO、1024-QAM 等技术使这q 8 m _些服务比以前更可靠，不但支持接入更多的客户端，同时还能均衡每用户带宽。比如说电子教室，以前如果是 100 多位学生的大课授课形式，传输视频或是上下行的交互挑战都比较大，而802.11axl # H { d 8 D n 网络将轻松应对该场景。
5G 与 Wi-Fi 6(802.11ax)的共存关系
这不是一个新颖的话题，在 1999 年~2000 年s M O间，就有人提出 2G 将J T B m ) v替代 Wi-Fi 的观点;2008 年~2009^ C 3 年也出现了 4G 将代替 Wi-Fi 的猜测;现在又有人开始讨论 5G 代替 Wi- Fi 的话题了。可是，5G 与D 9 + Wi-Fi 的应用场景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用于室内环境， 而 5GM Y # X U ~ p ^ 3 则是一种广域网技术，它在室外的应用场景更/ g p多。所以我们相信 Wi-Fi 和 5G 将长期共存下去。
我们从以7 Z J *下几个角度进一步分析：
- 流量费用
假设 5G 技术取代 Wi-Fi，那么就必须推出无限流c % C g # p量的套餐，否则费用会远远大i 9 p 3 # % /于宽带的使用9 w @ r的费用，更何况目前宽带的价格一年比一年低，谁也不会去选择更贵的 5G。在目前的 4G 时代无B { % S s @ p = y时延，其实最新一代的 Wi-Fi 速率比 5G 还要快，最新的 802.11ax（Wi-Fi 6）单流峰值速率 1.2Gbps（5G 网络峰值速率 1Gbp6 9 * + $s），平均来看，Wi-Fi 每升级一代所用的时间大约只是移动网络的一半左右，所以从最新的Wi-Fi 6 开始，速S ] =率会持续领先于移动网络。
- 终端类型
办公、物流、商业、智能家居等各行各业都在走向无线化，首先要做的就是把设备、人员、终端等全部联网使用。假设 5G 替代了 Wi-Fi 的存在，那么未来的所有联网终端都需要配备一张类似手机 SIM 卡的东西才可以上网。这一个2 + &理由也注定了目前在室内场景 5G 是不可能取代Wi-Fi 的。类似的设备还有 VR、游戏机、电子阅读器、机顶盒等等……
- 移动端电池耗电
大家都知道手机、{ 8 o R 9 T a i ppad 等移动终端都是用的电池，大家通常都认为电池的耐用性与安装的业务，和使用频率有关，但人们往往忽略了一点，终端的各种移动信号接入质量好与差也与电池耗电量有关。当信号变差时，移动终端为了确保给用户提供一个良好的体验，会自动增加发射功率来提升信号质k * N s &量，这N # 6 { | } r B就导致电池耗电量增加。由于 Wi-Fi 的信号源基本是在室内范围，而 5y F I xGW _ z 信号在室外几十公里外的基站，这样就导致移动终端上传8 1 l q A s R t S数据时，Wi-Fi 的传送距离远远小于 5G 信号。通常情况下 5G 的通信距离是 Wi-Fi 的几千倍以上，这样就需要手机的信号发4 ` 8 3 % C射强度大大增加，这就增加了耗电量。曾经有人做过实验，以 4G 为例，使用网络数据半小时，Wi-Fi 会比移动网络节省 5%的电量。另外，最新一代的d y ^ : = Wi-Fi 6 (802.11ax)支持 TWT 功能，可以在业务需要时自动唤醒，在业务不适用时自动休眠，进一步节省了电量。
因此，目前所面临的这些问题使得 5G 还无法彻底取代 Wi-Fi，更多的是与 W4 N 7 D l ti-Fi 进行深度融合，因此使用 Wi-Fi 的企业和用户并不用过于慌张。今天的 Wi-Fi 已不再是一个提供无线网络的设2 c n Z p : / / /备，更多的应该被视为企业数字化转型的必备[ * L r j o设施或中央枢纽。v n #例如目前绝大部分的智慧零售、智慧& m 9 a物流、智慧办公等解决方案的中央枢纽就是 Wi-Fi 网络。
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