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Wi-Fi 6标准已经付诸实用 “约会”提上日程

2020-02-13 11:25:58 来源 : 安富利

如果要投票评选这两年无线技术界的“红人榜”,5G无疑会稳居榜首。不过在5G高歌猛进的同时,其他无线技术也都没有闲着,都在顽强地沿着自己的既定方向不断进化,以期在日益激烈的竞争中稳固自己的根据地,并伺机图谋更大的市场版图。

2019年的9月,Wi-Fi联盟宣布正式启动Wi-Fi 6认证计划授权,此举意味着Wi-Fi 6标准已经开始付诸实用。这让大家重新将目光聚焦在了Wi-Fi这个常伴在我们身边,却似乎已沉寂多时的“老朋友”身上。

不断提升的速度

回顾Wi-Fi的发展史,促使其诞生的最初动机,并非要树立一个无线局域网中数据传输的王者,而仅仅是想用一种无线技术解决商店收银机之间布线的繁琐工作。不过很快人们就意识到这个技术的价值,于是推进其成为IEEE 802.11国际标准,再加上PC的兴起和一众电脑厂商的拥立,令Wi-FI最终成为了局域网中大吞吐无线数据传输的不二之选。

虽然Wi-Fi具有“无线”的便利性,但是在数据传输速率上,一直有飞速发展的有线的以太网技术与其做对标,因此速率的提升一直是Wi-Fi技术演进的一个核心要务,而且事实证明Wi-Fi没有让大家失望。

作为一个工作于2.4GHz UHF或5GHz SHF ISM射频频段的无线局域网技术,Wi-Fi的标准已经经历了五个版本的迭代升级。

1999年制定的第一代Wi-Fi标准(802.11b),工作于2.4GHz,可提供最高11Mbps的数据传输速率,奠定了Wi-Fi的商用基础。

同期发布的速率更高的第二代Wi-Fi(802.11a),最高传输速率达54Mbps,不过其工作在5GHz,与802.11b不兼容,因此仅在一些专业领域被采用。

2003年,第三代Wi-Fi(802.11g)驾到,其在2.4GHz频段上实现了54Mbps的传输速率,且向后兼容,让Wi-Fi性能上了一个台阶。

2009年第四代Wi-Fi(802.11n)发布,其可工作于2.4GHz和5GHz两个频段,在使用双倍宽度的40Hz通道与四天线配置时,可以实现高达600Mbps的数据速率。

接下来在2016年推出的第五代Wi-Fi(802.11ac wave2),是802.11n的扩展版,特别针对5GHz频段做了优化,且在2.4GHz频段中向后兼容上一版规范,最高传输速率为1.73Gbps。

Wi-Fi标准发展和比较

图1,Wi-Fi标准发展和比较(资料来源:NXP)

如今Wi-Fi联盟祭出的Wi-Fi 6是第六代规范,从技术上讲Wi-Fi 6 的单用户数据速率比 802.11ac快37%,而在综合使用各种新技术的情况下,新规范预计将提供四倍的吞吐量,达到10Gbps的传输速率!可以说,这将Wi-Fi用户体验提升到一个新高度。

在高速之外

但是,如果你认为Wi-Fi 6仅仅是又一次单纯的速度上的升级,那就想得太简单了。实际上,Wi-Fi联盟在Wi-Fi 6的“皮儿”里塞了相当丰富的新技术“馅料”,真正看懂了才会由衷地发出“真香”的赞叹。我们不妨对Wi-Fi中的关键技术做一个梳理:

1. OFDMA:

Wi-Fi 6在上行和下行链路中引入了OFDMA (正交频分多址)技术,它允许多达30个用户同时共享一个信道来减少延迟、提高容量和提高效率。这使得Wi-Fi 6可以实现与蜂窝网络可靠性比肩的稳定性,而在此前的Wi-Fi规范中,奉行的是一种“尽力服务(Best Effort)“的联网模式,有时在Wi-Fi信号很强时却会出现无法连网的情况,很影响用户体验。OFDMA技术带来的更强的联网稳定性和可靠性,也会令Wi-Fi 6的应用场景更多元化。

2. MU-MIMO:

MU-MIMO(多用户MIMO)不是Wi-Fi 6引入的新技术,但其在上一代规范基础上做了大幅优化——Wi-Fi 5 Wave 2中的引入了多用户MU-MIMO,仅支持下游四个、上游一个同时连接,而 Wi-Fi 6则能够处理上下行的8个数据流,让多用户支持更游刃有余。

3. 1024-QAM:

在调制方式上,Wi-Fi 6启用了1024-QAM编码以提高每个有效负载中传输的数据量——Wi-Fi 5中采用的是256-QAM调制,Wi-Fi 4中的是64-QAM调制——通过在每个数据包中塞入更多的数据来进一步提高吞吐量。另外,1024-QAM每OFDM symbol使用10 bits,比256 QAM使用的8 bits提升了25%的容量,使得80MHz信道的理论单流数据速率增加39%,达到600Mbps。

4. 动态分配:

相比Wi-Fi 5采用的静态分配(static fragmentation),Wi-Fi 6中的动态分配 (Dynamic fragmentation)机制允许数据包的片段具有不同的大小,可以更好地利用网络资源。

5. 目标唤醒时间(TWT):

之前Wi-Fi为了更省电,采用了定时(Regularly Schedule)唤醒方式,让设备在固定时间被唤醒,进行传输后再休眠,但有时在设备被唤醒的时间内并没有要传输的内容,仍然会造成不必要的能耗。而Wi-Fi 6中新增的目标唤醒时间(Target Wake Time,TWT)功能,可根据终端与网络之间的协商,因需求而决定唤醒时间,令功耗尽可能降至最低,甚至能达到BLE的功耗等级。这无疑会令人对以往高功耗的Wi-Fi刮目相看。

Wi-Fi 6

图2,Wi-Fi 6关键技术一览(图片来源:Wi-Fi联盟)

从以上的分析不难看出,Wi-Fi 6所追求的并非仅仅是单个设备的峰值速率的提升,其更大的“野心”至少体现在两个方面:一是覆盖和连接更多数量、更多类型的产品;二是在更“密集”的网络连接情况下,实现更高的数据吞吐和可靠性。可以说,Wi-Fi 6是室内无线网络的一次重要创新!

应用新天地

任何标准版本更新的背后,都有其更深远的商业考量。从Wi-Fi 6身上我们不难看出,由于支持更大规模的用户连接、更高的速率和可靠性,Wi-Fi有望向更广阔的商业应用场景拓展,甚至进入一些以前看来“非典型”的低功耗场景,带来全新的应用体验。

另一个方面,在处理与5G网络的关系上,两者虽然有市场重叠,但Wi-Fi 6体现出来的更多的是互补性。要知道,Wi-Fi 6和5G两者各有所长:5G网络使用的高频频谱在室外应用时信号干扰较小,但在室内极易衰减,且网络部署和运维成本较高;而Wi-Fi 6更适于在室内、密集信号区、固定区域的网络连接,部署和运维成本也更低廉。所以已经有人在盘算将Wi-Fi 6的路由器打造成5G的室内中继小基站,让用户在室内蜂窝信号受限的情况下,仍然可以使用5G网络服务,且可在两种无线通信之间智能切换。

5G

特别值得一提的是,Wi-Fi 6还将引领另一个趋势,那就是6GHz频段的启用,这意味着更高的速度和更可靠的连接。有人预测,未来可能会出现一种混合式的Wi-Fi网络架构——一个局域网中有两个网关,骨干网连接使用6GHz频段,干扰少,速度快;而2.4GHz+5GHz则用作家庭终端设备之间的连接。

可以看到,Wi-Fi 6的市场之旅才刚刚开始,在2020年其发展会进入一个活跃期,相关新品推出频度会加快,行业中的相关并购也会更频繁,各路玩家都会在这个阶段积极布局卡位。面对这样一个重要角色,你是不是也应该考虑“约”一下呢?

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