1、WiFi 6 是什么?
WiFi 6是IEEE802.11ax的简称,也就是第六代WiFi的标准;它在继承前几代WiFi技术的前提下,不仅对速率进行优化,更着重于对 效率 的提升。
2、WiFi 6 为什么快?
WiFi 6 理论速率计算公式:
理论速率 = (空间流数量 X 编码方式 X 码率 X 有效子载波数量)/传输时间
传输时间=Symbol+GI
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
802.11a/g | 802.11n | 802.11ac | 802.11ax |
1 | 4 | 8 | 8 |
Symbol 与 GI:Symbol就是时域上的传输信号,相邻的两个Symbol之间需要有一定的空隙(GI),以避免 Symbol 之间的干扰
GI: 0.8us:用于大多数室内环境,1.6us:用于室外通信或者高多径室内环境,3.2us:用于室外通信,更强的保护间隔将提供更强劲的室外通信
编码方式:编码方式就是调制技术,即 1 个 Symbol 里面能承载的 bit 数量 每次调制技术的提升,都能至少给每条空间流速率带来 20%以上的提升
802.11a/g | 802.11n | 802.11ac | 802.11ax | |
最高阶调制 | 64 QAM | 64 QAM | 256 QAM | 1024 QAM |
bit/Symbol | 6 | 6 | 8 | 10 |
码率:码率就是排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例
有效子载波数量:载波类似于频域上的 Symbol,一个子载波承载一个 Symbol 不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样
频宽 | 802.11n | 802.11ac | 802.11ax | |
最小子载波间隔 | - | 312.5 KHz | 312.5 KHz | 78.125 KHz |
有效子载波数量 | 20 MHz | 52 | 52 | 234 |
40 MHz | 108 | 108 | 468 | |
80 MHz | - | 234 | 980 | |
160 MHz | - | 2 x 234 | 2 x 980 |
802.11ac 与 802.11ax 在 80MHz 频宽下的单条空间流最大速率:
PHY | Symbol + GI | bit/Symbol | 码率 | 有效子载波 | 速率 |
802.11 ac | 3.2us + 0.4us | 8 | 5/6 | 234 | 443 Mbit/s |
802.11 ax | 12.8us + 0.8us | 10 | 5/6 | 980 | 600 Mbit/s |
1024-QAM带来的变化:
1、每个Symbol 传输 10bit 数据(2^10=1024),从 8 到 10 的提升是 25%
2、FFT点数是256-QAM的4倍,FFT点数变多,相同带宽下其子载波也变多(例如20MHz带宽下,有效子载波数从 52->234 )
3、子载波的带宽变小(312.5kHz->78.125kHz)其对应的symbol时间也增加了4倍(3.2us -> 12.8us)
3、WiFi 6 如何高效?
接下来简单介绍其中三个方面: OFDMA 、空分复用和着色机制 以及UL/DL MU-MIMO
OFDMA:通过将子载波分配给不同用户并在OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。 最小的资源单位称为RU(Resource Unit),每个RU中至少包括26个子载波(在ax中,RU最小尺寸为2MHz)
OFDM和OFDMA的区别:
OFDMA的优点: 更细的信道资源分配,可以根据信道质量分配发送功率 ;提供更好的 QOS,主要体现在Multi-TID A-MPDU机制中,它允许聚合来自相同或不同 QoS 接入类别的多个流量标识符(TID)的帧,从而减少开销,从而提高吞吐量,从而提高整体网络效率 ;更多的用户并发及更高的用户带宽,即通过把RU分配给多个用户实现
下面时WiFi-6的OFDMA实际使用过程简单介绍:
触发帧:基本触发帧、多用户发送请求(MU-RTS)帧、缓冲区状态报告(BSR)帧等
RU分配:RU 分配信息会在触发帧的 PHY 层和 MAC 层都被传送到客户端 物理层——RU 分配信息在触发帧的 PHY 报头的 HE-SIG-B 字段中 MAC层——RU 分配信息在触发帧的 用户信息的RU Allocation字段中:
DL MU-OFDMA:
1、WiFi 6 AP竞争到TXOP
2、AP发送MU-RTS帧
3、终端并行回复CTS响应
4、AP 向终端的进行多用户 DL-PPDU 传输数据,传输完成等待SIFS时间后,继 续发送BAR帧(Block ACK Request)向节点请求块确认
5、终端在自己对应的RU上接收数据,并校验成功后,向AP反馈块确认
UL MU-OFDMA(非竞争模式):
1、WiFi 6 AP竞争到TXOP
2、AP发送BSRP(Buffer Status Report Poll)帧,轮询终端的buffer信息
3、终端收到BSRP后反馈BSR(Buffer Status Report)帧
4、AP发送MU-RTS帧进行RU资源分配
5、终端反馈CTS帧
6、AP发出一个基本的触发帧,通知终端在对应的RU资源上进行上行传输
注意:若网络不存在传统的802.11终端,AP可能不做轮询,而是终端通过QoS数据帧或者QoS Null帧上报缓存信息
UL MU-OFDMA(竞争模式 UL-OFDMA Random Access):
1、AP发送一个可触发随机接入的触发帧
2、终端根据触发规则进行竞争, 然后符合要求的终端接入
3、成功接入后即可在分配到 的RU上传输数据 此模式的优点是,AP不需要知道 终端的相关缓存信息
OMI(Operating Mode Indication): 运行模式指示,为了兼容祖传的802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi 终端,802.11ax通过OMI机制完成传输模式的切换。
1、终端可以通过改变传输操作模式(TOM) 在单用户或多用户 UL-OFDMA 操作之间切换。
2、终端向 AP 指示它可支持的最大空间流数 量和最大信道带宽,以便进行下行链路传输。
BSS Coloring(着色机制): 用于为每个BSS分配不同的“颜色”,目的是增加在密集环境中,无线网络的系统容量,增加BSS之间的频率重用
1、自适应CCA机制(adaptive CCA): 控制BSS间(inter-BSS)与BSS内(intra-BSS) 的信号检测阈值,提升MAC层效率
2、双重NAV技术(Dueling NAVs) 任意一个非0,代表信道忙,不会参与信道资源竞争