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Wi-Fi 6简介

在即将到来的5G时代,也许有人会问:“如果在流量包月的前提下还有必要用Wi-Fi吗?”。其实这么对比是很不恰当的,一个是移动通讯系统(5G),其数据传输是非竞争的,有中心化资源调度的;Wi-Fi则是私有有线宽带的连接协议,并且其数据传输存在一定的竞争性。以及后面提到的“5G WiFi”跟“5G通信”完全是风马牛不相及的两码事:“5G WiFi”中的5G指的是“信号频率”,也就是“5 Giga Hz”的简称;“5G通信”中的5G指的是“5 Generation”也就是第五代通信技术的意思。

单从速度上先看看两者的数据,首先是5G的速度:以中国联通的5G体验店为例,该频段建立在3.5GHz频段上,可以支撑高达1.6Gbps单用户峰值速率。经对比检测,4G下载速率为63.6Mbps、上传速率为27.7Mbps,5G下载速率则为934Mbps、上传速率为76.8Mbps,就4G而言5G快了接近20倍。

再看看Wi-Fi的速度,由于Wi-Fi的标准众多,这里从近几年的说起。

Wi-Fi 4(11n)

诞生于2009年,基于40MHz频宽以及MIMO技术(Multiple-Input Multiple-Output,即多入多出技术,在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量。)。

它包含了一些最常见的一些标准,例如802.11 a/b/g/n,这些都被我们称为2.4G WIFI,将Wi-Fi理论带宽从11a/g的54Mbps升至600Mbps(150Mbps×4条空间流),同时支持2.4G和5G双频段。缺点是它和蓝牙标准的信道重合,信号干扰严重。

Wi-Fi 5(11ac)

诞生于2013年,又称之为802.11ac标准。Wave 1基于80MHz频宽,将单流带宽升至433Mbps;2016年Wave 2翻倍至160MHz频宽,加上10%的调制效率提升,其理论传输速率最高能达到1.7Gbps。另外还有ah,ad等一系列拓展标准,不过并不是主流。

值得注意的是Wi-Fi 5只支持5G频段。

Wi-Fi 6(11ax)

诞生于2018年,又称之为802.11ax标准。由于向下兼容,因此支持2.4G和5G,兼容802.11a/b/g/n/ac。在密集区域,最高吞吐量可达ac的四倍,最高支持10.756Gbps理论无线速率。目前这一标准仅在一些高端产品和商用场合能见到。

对除了速率上的大幅度以外,Wi-Fi 6还对基于物联网的AI、AR、云计算等新技术有很大的联系。

首先从公式理论上看,WiFi带宽=(符号位长×码率×数据子载波数量)×(1/传输周期)×空间流数。因此速率提升与调制方式、码率、数据子载波数量、传输周期、空间流数都有关系。

先看调制方式,Wi-Fi 6采用的是1024-QAM调制编码方案,最大连接速率能达到9.6Gbps。

数据子载波数量则体现在使用了OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,即正交频分多址接入)方案。该技术可以将无线信道划分成多个子信道(子载波),形成多个频率资源块,这样数据就能在时间段内实现多个并行传输。

而此前的Wi-Fi 5则使用的是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用技术)方案,它只是多载波调制的一种,其调制和解调分别基于IFFT和FFT来实现。虽然OFDM有很多优势,但由于其信号调制机制也使得OFDM在传输过程中存在一些劣势:

1.对相位噪声和载波频偏十分敏感。

2.峰均比过大。

3.所需线性范围宽。

OFDMA是OFDM技术的演进,将OFDM和FDMA技术结合。在利用OFDM对信道进行子载波化后,在部分子载波上加载传输数据的传输技术。通过把高速率数据流进行串并转换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,从而有效地减少由于无线信道时间弥散所带来地ISI,进而减少了接收机内均衡器地复杂度,有时甚至可以不采用均衡器,而仅仅通过插入循环前缀地方法消除ISI的不利影响。

OFDM技术可效的抑制无线多径信道的频率选择性衰落。因为OFDM的子载波间隔比较小,一般的都会小于多径信道的相关带宽,这样在一个子载波内,衰落是平坦的。进一步,通过合理的子载波分配方案,可以将衰落特性不同的子载波分配给同一个用户,这样可以获取频率分集增益,从而有效的克服了频率选择性衰落。

传统的频分多路传输方法是将频带分为若干个不相交的子频带来并行传输数据流,各个子信道之间要保留足够的保护频带。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性,允许子信道的频谱相互重叠,因此于常规的频分复用系统相比,OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。

由于Wi-Fi 6支持MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,即多用户多入多出技术)技术,因此路由器一次可以与8个设备同时通信,且支持上下行MU-MIMO,无需排队;而Wi-Fi 5一次只允许与4个设备通信,只支持下行MU-MIMO;两者效率显然不言而喻,当然目前由于技术成本和针对场景不一样,不一定在家里或者通讯设备比较少的情况下就非要用Wi-Fi 6,还是需要根据服务应用类型来定。

由于现在几乎每家都有需要连接WiFi的设备,比如手机、平板、笔记本电脑等,越来越多的设备需要无线网的支持。随着周边邻居的无线网越来越多,无线信号的干扰也越来越严重,特别是2.4G频段的信号,那么在不更换升级WiFi的前提下如何解决呢?

先使用WiFi分析仪查找空闲的无线信道:一般如果2.4G网络拥挤,可以首先使用手机安装WiFi分析仪查看无线网络信道的占用情况,一般找出空闲的信道,在路由器的无线设置中直接将无线信道修改为空闲信道即可。

或者使用电力猫,如果家庭宽带为100兆以上宽带,则考虑购买千兆电力猫。一般购买电力猫套装,只需分别在路由器附近的插座和上网房间的插座上分别插上电力猫,一般无需设置,连接网线就可以直接上网了。电力猫上网一般安装和设置比较简单。

最后就是使用5G频段,但是5G频段的覆盖范围和穿墙能力太差,需要想办法增加5G信号的发射点来提高覆盖范围。一个比较好的解决办法就是在信号比较弱的房间内,将网络面板替换为面板式双频无线AP。这样,既不影响面板本身网口的使用,同时又可以提供WIFI信号,一举两得,而且不占地方,比较美观。但是面板需要POE供电模块,如果要安装的面板比较多,可以直接购买一个POE交换机。在安装的时候网线8根线芯要根据586B的线序接好;安装完成后,配置AP发射5G信号可以了。

而Wi-Fi 6为了解决在密集AP环境中信号强度弱的问题,采用了一种叫BSS(Baisc Service Set,基础服务集合)着色位(Color Bit)的信道空间复用技术来标记识别这个数据帧属于哪个BSS,因此也叫BSS着色技术(BBS Coloring)。这种技术可以识别两个相距不远但又不相邻的AP及设备,能在同一时间内实现安全传输并且互不影响,空间效率更高。

当然这种技术在802.11ax(也就是Wi-Fi 6)之前是不为信道接入协议所允许的。

更省电

既然万物互联,那么门禁、家电、监控设备以及工厂的机床、机器人、运输设备等都可接入WiFi。为什么说Wi-Fi 6更适用于物联网,主要还是其支持TWT技术(Target Wakeup Time,即目标唤醒时间),它允许AP规划与设备的通讯,协商在哪个时间段唤醒并进行数据传输;通过设置将终端设备分到不同的TWT周期,在“唤醒”状态下才进入工作状态,其余时间处于休眠,减少了无线资源的竞争以及增加电池续航能力。

总的说来,即将普及的Wi-Fi 6进一步通过编码和调度方式的增强,不仅仅是大幅提升了空间复用的效率,使得每个AP可以同时与更多的设备通信、可以允许更大密度的设备部署、更低的延时、更远的覆盖、更高的速度。还在低功耗方面的改进,可延长电池寿命,对那些使用电池的物联网设备方面也是必须的。

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