WIFI6

IC2019

什么是WIFI6

WIFI6是802.11AX协议的一个传播名。就像大家所熟知蜂窝系统中的4G，5G等技术一样，是给标准名之外取的一个传播名，以方便公众理解和识别。

同蜂窝不同的是在WIFI协议族中，历史上都是按照协议名来进行描述的，例如802.11a，b，g等，正是由于WIFI协议不断的发展演进，出现了越来越多的标准规范，如果都按照标准名来进行识别，一方面比较拗口，另一方面这些协议名称在序号上不是连续的，例如从11n之后就跳到了11ac，公众不好理解这个之间是什么关系。所以就学习了蜂窝中划代的方式，讲802.11n定义为WIFI4，802.11ac定义为WIFI5，802.11ax定义为WIFI6. 这样在宣传上就可以很方便的让公众理解几个技术之间的相互关系。

如上所述，WIFI6之前还有WIFI4，WIFI5等技术，那么这几个之间有什么区别呢？下面就罗列一下几个技术之间的关键区别。



可见，在WIFI6中引入了OFDMA技术，UL-MUMIMO技术，同时增加了最大支持用户数，使用了更高阶的1024QAM调制方式，另外也扩展OFDM符号的长度，并在2.4G和5G同时都定义了WIFI6的物理层规范，即2.4G也同样可以使用WIFI技术。

上述新技术的应用，体现了在WIFI6技术设计上的两个重要的诉求，即进一步追求理论峰值速率的提升，同时追求全网容量的提升和多用户接入能力的提升。

WIFI6关键技术

下面对WIFI6中所使用的几项关键技术进行简单的概述，并计划后续分别开辟专题对各个关键技术进行深入的分析。

OFDMA技术

OFDMA技术是蜂窝LTE系统中的一个核心技术，在WIFI6中将OFDMA技术引入改变了原有技术中将整个频域资源作为一个整体进行分配的限制，从而在频域将26个子载波作为一个RU，可以按照RU的粒度来进行资源的分配。

通过引入OFDMA技术，在多用户同时进行业务的场景中，能够使不同的用户在同一时间获得信道资源，从而能够避免多用户CSMA竞争的开销，降低用户的数据包交互时延。另外，以26个子载波作为一个RU来进行资源分配，即使在20MHz带宽的情况下，最多也能支持9个用户同时接入，在160MHz带宽情况下，最多能够支持74个用户同时接入，即支持的用户容量显著提升。

MU-MIMO技术

WIFI6中的MU-MIMO技术相对于WIFI5没有本质上的变化，只是在使用范围上进行了扩展，在上行链路上也支持MU-MIMO技术。同时对MU-MIMO的用户数也进行了扩充，最多支持8个用户进行MU-MIMO接入。

MU-MIMO技术的应用能够获得以下两个方面的收益：

一方面能够实现无损耗的支持多用户同时接入，共同使用空口资源，提升用户容量以及多用户场景下的总体网络容量；

一方面通常客户端设备的天线数会小于AP设备所拥有的天线数，这样在单用户MIMO的情况下客户端设备会成为限制网络所能使用的最大空间流数的瓶颈，从而AP侧的天线数有富余，这样通过MU-MIMO则能够充分利用AP天线数的最大能力。

例如AP端有4天线，客户端只有2天线，这样单用户MIMO情况下最多支持2流，即只占用了2个AP的天线；通过使用MU-MIMO技术，两个2天线的客户端设备同时接入，这样就可以在空口上实现4流同时传输。最大化AP的天线能力。

长OFDM符号

在OFDM调制技术中，为了克服无线信号在信道中传输时多径所引起的时延扩展造成的符号间干扰，在每个符号中都引入了循环前缀作为保护间隔，例如在WIFI5中3.2us长的OFDM符号中会插入一段0.8us的循环前缀作为保护间隔。信号是承载在3.2us的OFDM符号中的，循环前缀这一段在解调时也是丢弃的，不会承载任何信息。这样在信道利用率的角度，0.8us的这个时间就被浪费了，从而导致信道利用率下降。因此在WIFI6中引入了长OFDM符号，即将OFDM符号长度扩展到了12.8us，这样同样使用0.8us的循环前缀，在保证克服多径时延扩展的能力不下降的情况下，能够将信道时间的利用率从WIFI5的80%，提升到93.75%。

另外，引入长OFDM符号还有一个好处，即能够支持最长到3.2us的保护间隔，从而在大型会场展馆之类的具有长多径时延扩展的场景中，也能够通过使用长保护间隔来抑制符号间干扰，保证传输性能不回退。

不过延长OFDM符号长度也有一个缺点，即子载波间隔会下降，这样导致对频偏的容忍度下降。

1024QAM调制

在WIFI5中频域子载波调制最高阶的调制方式为256QAM，即I/Q两路同时进行幅度调制，从而实现一个OFDM符号的一个子载波上能够传输8bit的码字。在WIFI6中，将这一调制能力进一步提升，提高到1024QAM调制，即一个OFDM符号的一个子载波上能够传输10bit的码字。从而将频谱利用率提升了25%。由于1024QAM调制方式的引入，在WIFI6中增加了两个MCS档位，即增加了MCS10和MCS11.

由于长OFDM符号和1024QAM的调制，WIFI6中最高阶MCS(MCS11--1024QAM&5/6 LDPC)下单流的频谱效率为：

10*（5/6）*(15/16) = 7.8125bit/Hz

结合使用MIMO技术，在最高MIMO流数8流的情况下频谱效率为：

8*10*（5/6）*(15/16) = 62.5bit/Hz

BSS-Coloring

如前面所述，WIFI6标准中对于提升全网的容量进行了深入的研究并提出了针对性的设计，除了前面所述的OFDMA/MU-MIMO等技术之外，BSS-Coloring技术也能够显著提升网络的容量。

BSS-Coloring技术主要针对密集应用场景，需要使用多BSS进行覆盖，为了提升网络容量，需要对频谱资源进行空间复用。在BSS-Coloring技术中将同使用同一频段，相邻的BSS分配不同的颜色码，并在物理帧的帧头中加入颜色位用来指示当前传输BSS的颜色码。对于某个BSS下的STA和AP设备监听空口传输的WIFI帧并识别帧头部分的颜色码，若颜色码同本BSS网络不同，则可以认为这是其他BSS网络中的传输帧，由此可推断本BSS网络中的STA和AP设备是空闲的，当监听到的信号能量低于某个设定的门限值时，即可抢占信道，开始自己的发送。

通过这一技术的应用，即可实现对无线频谱的空分复用。

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