Wi-Fi6與Wi-Fi5相比有什么優(yōu)勢(shì)?

在上一代計(jì)算中，有很多設(shè)備開始利用無線技術(shù)來連接以太網(wǎng)，在接下來的發(fā)展中，這種趨勢(shì)并沒有放緩的跡象。當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)首次使用無線網(wǎng)絡(luò)接口卡（NICs）時(shí)，它們就成為了網(wǎng)絡(luò)上的唯一設(shè)備。發(fā)展至今，幾乎每個(gè)家庭都擁有多個(gè)需要聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，這些設(shè)備使用無線電波來進(jìn)行通信的方式有兩種，一種可以利用蜂窩連接，另外一種是通過連接具有Wi-Fi功能的家庭無線網(wǎng)絡(luò)。

在本文關(guān)注的PC領(lǐng)域中，蜂窩連接確實(shí)存在，但它并不是重點(diǎn)。雖然在PC上直接提供蜂窩連接有很多優(yōu)勢(shì)，但使用這種連接方式需要使用者支出額外的費(fèi)用（尤其是在北美），而這就意味著大多數(shù)PC將選用Wi-Fi來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。

Wi-Fi一詞如今已是無所不在，Wi-Fi聯(lián)盟曾采用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行了命名。但最近Wi-Fi聯(lián)盟更新了對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)通信的命名規(guī)則。

為了讓大眾明確標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi聯(lián)盟對(duì)原來采用專業(yè)術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新命名。目前，802.11n，802.11ac和802.11ax這三個(gè)最新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)更新其名稱為：Wi-Fi 4，Wi-Fi 5和Wi-Fi 6。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，新的命名對(duì)于大多數(shù)人來說應(yīng)該更容易掌握。但我們?nèi)耘f對(duì)Wi-Fi 6E（為Wi-Fi 6增加的6GHz頻段）產(chǎn)生了一些困惑，所以我們需要關(guān)注其后續(xù)發(fā)展。

在CES 2019上所展出的Wi-Fi 6路由器之一——TPLink AX1800如今，大多數(shù)家庭所使用的設(shè)備應(yīng)該都采用了Wi-Fi 4或以前的802.11n。畢竟，該標(biāo)準(zhǔn)是在2009年問世的。發(fā)展至今，應(yīng)該還有很多家庭設(shè)備配備了Wi-Fi 5或802.11ac，這些標(biāo)準(zhǔn)提供了速度升級(jí)以及一些可選的額外功能來幫助擴(kuò)展。而Wi-Fi 6或802.11ax則是一個(gè)非常新的標(biāo)準(zhǔn)，直到2019年底，甚至沒有那么多設(shè)備可以通過它連接。那么，這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的意義何在？您真的需要升級(jí)家庭網(wǎng)絡(luò)嗎？

本文旨在幫助回答這些問題，并展示我們AnandTech如何將其過渡到Wi-Fi 6，以便將來進(jìn)行評(píng)估。

Wi-Fi 6新在哪里

每一項(xiàng)新的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)幾乎都會(huì)改進(jìn)無線速度和延遲，Wi-Fi 6也是如此。值得一提的是，最新標(biāo)準(zhǔn)還提高了電源效率。但最重要的是，它可能有助于解決在非常擁擠的環(huán)境中使用Wi-Fi的一些典型問題。

讓我們從最后一點(diǎn)開始，可以說是它是最重要的功能。隨著Wi-Fi的普及，以及連接設(shè)備的數(shù)量的增長(zhǎng)，頻譜的過度擁擠已成為最大的問題之一這可能導(dǎo)致即使最好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也會(huì)慢得像蝸牛。這有點(diǎn)像是在人口稠密的城市環(huán)境，體育場(chǎng)或主題公園中出現(xiàn)的情況。

您的路由器的頻率是多少？

就在幾年前，即使是中高端筆記本電腦也只配備了2.4GHz 802.11n（Wi-Fi 4）網(wǎng)絡(luò)適配器。如果它們被用在密集的公寓樓中，它們的表現(xiàn)則十分糟糕。如果在5 GHz信號(hào)范圍內(nèi)使用Wi-Fi 4，則可以暫時(shí)緩解這種糟糕的表現(xiàn)。這是因?yàn)? GHz信號(hào)的范圍縮小了，也就意味著相鄰接入點(diǎn)受到干擾的可能性減小，而且5GHz還能提供更多的信道。2.4GHz最多只能提供三個(gè)不重疊的信道。但每個(gè)國(guó)家的規(guī)定有所不同，總共有14個(gè)信道，每個(gè)信道的寬度為22 MHz，但僅相差5 MHz。所以并排的信道會(huì)互相干擾。在5GHz方面，則最多可以有23個(gè)信道，而且沒有一個(gè)是重疊的。

使用的5 GHz時(shí)的情況如果您需要范圍，2.4GHz仍然是您的最佳選擇，因?yàn)?GHz信號(hào)會(huì)通過地板和墻壁等固體物體衰減，但在密集環(huán)境中，5GHz實(shí)際上是任何無線通信的必備條件。

使用2.4 GHz的情況但是現(xiàn)在5 GHz的使用空間也已達(dá)到極限，因此Wi-Fi聯(lián)盟增加了一些功能來直接解決擁擠的頻譜問題?？朔藛栴}的主要方法之一是正交頻分多址（OFDMA），它可以將頻譜分解為時(shí)頻資源單元，由接入點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)。只要總帶寬不超過信道寬度，就可以將這些資源單元分配給多個(gè)連接的設(shè)備，從而允許它們同時(shí)在同一信道上傳輸。以前，每臺(tái)傳輸設(shè)備在整個(gè)傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)都會(huì)占用整個(gè)信道，因此導(dǎo)致了多個(gè)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)，它們將不得不使用時(shí)分多址訪問，等待輪到它們進(jìn)行傳輸（每個(gè)設(shè)備都有一段時(shí)間進(jìn)行傳輸）。OFDMA將信道分配給許多客戶端，這是非常有益的，尤其是在沒有單個(gè)設(shè)備需要所有可用帶寬的情況下。此外，與以前的Wi-Fi需要固定的數(shù)據(jù)包大小不同，Wi-Fi 6則允許動(dòng)態(tài)拆分?jǐn)?shù)據(jù)包大小，從而使設(shè)備可以用較小的數(shù)據(jù)包填充可用的資源單元。

Wi-Fi聯(lián)盟為解決頻譜擁擠問題的另一個(gè)方法是空間頻率重用技術(shù)，它可以讓設(shè)備判斷正在傳輸?shù)男盘?hào)是其網(wǎng)絡(luò)的一部分，還是相鄰網(wǎng)絡(luò)的一部分。這意味著，例如，公寓中的兩個(gè)人都在使用Wi-Fi 6接入點(diǎn)和設(shè)備，連接到其自己接入點(diǎn)的設(shè)備將能夠讀取信道傳輸上的標(biāo)記，并確定該傳輸是否在他們的網(wǎng)絡(luò)上。如果不是，并且功率足夠低，則無線設(shè)備能夠同時(shí)在同一信道上進(jìn)行傳輸。這些設(shè)備將調(diào)整它們的傳輸功率，以避免它們干擾彼此的傳輸。

除此之外，Wi-Fi 6還增加了一個(gè)額外的網(wǎng)絡(luò)分配向量（NAV），這應(yīng)該有助于防止數(shù)據(jù)包被重疊的網(wǎng)絡(luò)重置。

即使進(jìn)行了這些更改，Wi-Fi聯(lián)盟也知道即使在5 GHz范圍內(nèi)也只有固定的帶寬量，因此標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)支持6 GHz。但它又僅限于標(biāo)有Wi-Fi 6E的設(shè)備，這讓事情變得有點(diǎn)混亂。

關(guān)鍵——性能加倍

盡管Wi-Fi的標(biāo)稱信道帶寬為20 MHz，但Wi-Fi規(guī)范已允許將多個(gè)信道綁定在一起以提供更高性能的信道。Wi-Fi 4支持40 MHz，Wi-Fi 5支持80 MHz和160 MHz，但后者是可選的。但直到最近，我們才在PC領(lǐng)域真正看到它。因?yàn)椴皇潜匦璧?，所以許多Wi-Fi 5接入點(diǎn)和路由器不支持它，因此，即便是你有支持160 MHz的適配器，也無法享受160 MHz的體驗(yàn)。Wi-Fi 6支持160 MHz的信道寬度，以后，我們應(yīng)該看到更多的設(shè)備會(huì)支持160 MHz。但是一個(gè)缺點(diǎn)是，它需要并發(fā)信道才能運(yùn)行，并且在信道數(shù)量有限的情況下，如果在一個(gè)信道上存在很多干擾，則可能會(huì)引起問題。這在Wi-Fi 6中已通過“ 80 + 80”帶寬得到了解決，這意味著160 MHz信道可以由兩組不同的80 MHz信道組成。這在以前的規(guī)范中也是可用的，但是是可選的。

為了進(jìn)一步提高性能，而不僅僅是更寬的信道，Wi-Fi 6還增加了對(duì)更高級(jí)別的正交幅度調(diào)制（QAM）的支持，從Wi-Fi 5中的256-QAM到Wi-Fi 6中的1024-QAM。這從每tone 8 bits變?yōu)槊縯one 10 bits，從而允許在相同的信道帶寬上傳輸更多數(shù)據(jù)。這意味著單個(gè)1x1 20 MHz信道可以以最大143 Mbps的速率進(jìn)行傳輸。而在具有160MHz信道上的2x2 Wi-Fi適配器的典型筆記本電腦上，則可以以 2.4 Gbps的速率進(jìn)行傳輸。在典型的Wi-Fi 5接入點(diǎn)上使用相同的2x2解決方案，具有80 MHz的典型信道寬度，僅能提供867 Mbps。因此Wi-Fi 6的性能提升意義重大。

16-Level QAM - By Chris Watts - Own work， CC BY-SA此外，Wi-Fi 6還在上行鏈路連接中增加了對(duì)多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）的支持，而Wi-Fi 5僅在下行鏈路側(cè)提供這種支持。

我需要它嗎？

網(wǎng)絡(luò)的永恒問題是，何時(shí)才是升級(jí)的好時(shí)機(jī)，在這個(gè)時(shí)機(jī)下，對(duì)規(guī)范進(jìn)行最新、最大的補(bǔ)充可以提供切實(shí)的好處。在Wi-Fi上，由于接入點(diǎn)或路由器與設(shè)備之間的延遲，導(dǎo)致升級(jí)的時(shí)機(jī)難以把握。但Wi-Fi 6的來臨提供了升級(jí)的時(shí)機(jī)，Wi-Fi 6足夠新，很多人甚至還沒有支持Wi-Fi 6的設(shè)備，因此，在沒有支持新Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備想要升級(jí)到新的路由器或接入點(diǎn)，就要換掉Wi-Fi 5或以下標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。但是，如果您仍然在市場(chǎng)上尋求新的路由器或接入點(diǎn)，那么顯然，獲取該標(biāo)準(zhǔn)的最新規(guī)范符合您的最大利益。

Wi-Fi 6可以在許多情況下增加實(shí)際利益。如果您的無線頻譜由于處于密集的城市環(huán)境中而非常擁擠，則Wi-Fi 6對(duì)其網(wǎng)絡(luò)堆棧進(jìn)行一些重大升級(jí)，以幫助解決這類應(yīng)用。此外，如果你有幾十臺(tái)設(shè)備爭(zhēng)奪Wi-Fi，這可能是有意義的，盡管當(dāng)接入點(diǎn)和客戶端都使用Wi-Fi 6時(shí)才能實(shí)現(xiàn)最佳優(yōu)勢(shì)。

與Wi-Fi5相比，性能也顯著提高，因此在性能受限的情況下，升級(jí)可能是值得投資的。盡管Wi-Fi6的棘手之處在于，對(duì)于最常見的2x2情況，即有兩個(gè)發(fā)送和兩個(gè)接收信道，Wi-Fi性能終于超過了大多數(shù)人家中使用的典型千兆位以太網(wǎng)，因此，盡管性能仍將高于Wi-Fi5，但千兆位可能是一個(gè)瓶頸，如果是這樣，可能需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。對(duì)于消費(fèi)者來說，千兆位以太網(wǎng)已經(jīng)有了一些發(fā)展，但還沒有達(dá)到我們現(xiàn)在的預(yù)期。因此，Wi-Fi到Wi-Fi可能是實(shí)現(xiàn)最佳性能的最便宜的選擇。

性能

為了實(shí)現(xiàn)最大性能，最新的Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)利用了1024級(jí)QAM。但根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量，它會(huì)根據(jù)需要按比例縮小，因此，為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，需要非常高的信噪比。由于5GHz在必須穿墻時(shí)會(huì)顯著衰減，如果您需要最大的Wi-Fi性能，請(qǐng)注意，您將希望無線路由器盡可能靠近終端設(shè)備。幸運(yùn)的是，這在我們的例子中不是問題，因?yàn)樵跍y(cè)試最大性能時(shí)，路由器在同一個(gè)房間中。但我們也將在不太理想的情況下對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。

Wi-Fi5與Wi-Fi6–關(guān)閉AP

首先，當(dāng)接入點(diǎn)與客戶端位于同一房間時(shí)，我們將測(cè)試TCP性能。

Wi-Fi 6的性能優(yōu)勢(shì)顯而易見。由于接入點(diǎn)位于同一房間，因此SNR非常好，新的802.11ax標(biāo)準(zhǔn)可以真正發(fā)揮作用。在具有1024 QAM和160 MHz信道的情況下，性能是具有256 QAM和80 MHz信道的傳出Wi-Fi 5的兩倍以上。令人印象深刻的是，典型的2x2：2連接跨越了千兆位屏障，盡管AX200網(wǎng)卡是第一代產(chǎn)品，但英特爾已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了出色的調(diào)整。160 MHz信道和1024 QAM的理論最大傳輸速率約為1200 Mbps，因此理論上2x2可以達(dá)到2.4 Gbps左右，這意味著仍有改進(jìn)的空間。由于802.11ax也可以在2.4 GHz頻率上使用，它與802.11ac不同，因此在2.4 GHz上，我們也進(jìn)行了相同的測(cè)試，但結(jié)果令人失望。2.4 GHz仍可提供40 MHz信道，但AX200似乎無法利用其中的任何優(yōu)勢(shì)。作為參考，筆記本電腦中的無線適配器報(bào)告為-21 dBm，這是一個(gè)強(qiáng)信號(hào)，這很有意義，因?yàn)锳P幾乎就在筆記本電腦旁邊。

Wi-Fi5與Wi-Fi6–信號(hào)降低

將筆記本電腦移到更遠(yuǎn)的地方，并添加幾面墻和門來減弱信號(hào)，再次測(cè)試了相同的場(chǎng)景。

如果有一些墻壁阻礙，則5 GHz會(huì)大大衰減，第二個(gè)位置的SNR為-78 dBm。由于信號(hào)如此低，Wi-Fi 6連接無法利用1024級(jí)QAM，因此不得不降低到更低的設(shè)置。減少了每個(gè)tone的 bits，總信道帶寬仍為160 MHz，但在802.11ax上僅比802.11ac 80 MHz快了一點(diǎn)。2.4 GHz不受墻壁的影響，因此即使它仍然慢得多，但也能夠保持相同的傳輸速率。

結(jié)果很明顯，Wi-Fi6的吞吐量比Wi-Fi5高得多，但要做到這一點(diǎn)，它需要很強(qiáng)的信號(hào)。在第二次信號(hào)衰減測(cè)試中，Wi-Fi6的表現(xiàn)仍然優(yōu)于Wi-Fi5，但性能提升幅度很小。2.4 GHz仍可提供最佳信號(hào)強(qiáng)度，因此可以通過更遠(yuǎn)的障礙物與更遠(yuǎn)的地方連接，但無法提供5 GHz范圍的性能。啟動(dòng)時(shí)會(huì)看到支持6 GHz的Wi-Fi 6E設(shè)備會(huì)很有趣。它將為更多的頻率選擇開放Wi-Fi，但范圍更小。

未來

如果問題是你需要Wi-Fi 6嗎，答案肯定是“也許”。Wi-Fi 6性能的提升是巨大的，但真正依賴于非常強(qiáng)的信號(hào)來獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量。Wi-Fi 6的大多數(shù)新功能集中在采用新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，以及處理連接到同一接入點(diǎn)的許多設(shè)備，或連接到不同接入點(diǎn)時(shí)試圖共享頻譜的設(shè)備。

在Wi-Fi6標(biāo)準(zhǔn)中增加正交頻分多址接入可能是此次修訂中最具影響力的變化。它將允許接入點(diǎn)將信道劃分為更小的頻段，允許更多設(shè)備同時(shí)通信，使得開銷更少。每個(gè)設(shè)備都會(huì)在峰值吞吐量上有所損失，但延遲的減少應(yīng)該會(huì)有很大幫助，尤其是在非常密集的環(huán)境中。當(dāng)多個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送許多小數(shù)據(jù)包時(shí)，它應(yīng)該有助于減少網(wǎng)絡(luò)層的過多開銷。這是非常常見的情況，尤其是在辦公室或體育場(chǎng)的情況下。

多用戶MIMO在Wi-Fi5規(guī)范中是可選項(xiàng)，因此它并沒有真正地實(shí)現(xiàn)。Wi-Fi6應(yīng)該使這一點(diǎn)更加普遍，并且還增加了對(duì)上行MU-MIMO的支持，而不僅僅是下行端。這將增加接入點(diǎn)的容量，以用于更高速度的應(yīng)用場(chǎng)景。MU-MIMO在Wi-Fi5中并沒有得到很大的關(guān)注，因此我們將不得不看看它在WI-Fi6中會(huì)得到多大程度的采用。

正如我們?cè)谛阅軠y(cè)試中看到的那樣，更寬的160 MHz信道將在家庭環(huán)境中提供更大的吞吐量。不過，與1024級(jí)QAM一樣，要看到最大的好處，你需要一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。絕大多數(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)仍局限于1Gb以太網(wǎng)，這讓W(xué)i-Fi 6陷入了一個(gè)尷尬的境地。因?yàn)樗却蠖鄶?shù)有線家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸速度更快，但即便如此，與Wi-Fi 5相比，這仍然是一個(gè)重大的進(jìn)步，在最好的Wi-Fi適配器上，Wi-Fi 5的最高速度可達(dá)600Mbps左右。如果您處理大量大文件，并且您更喜歡使用Wi-Fi而不是更麻煩的以太網(wǎng)， Wi-Fi 還有很大的提升空間。

Wi-Fi的未來看起來很強(qiáng)大，Wi-Fi聯(lián)盟對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一些出色的修訂，以幫助改善下一代設(shè)備的Wi-Fi。與任何標(biāo)準(zhǔn)變化一樣，Wi-Fi 6的出現(xiàn)并不會(huì)馬上看到影響。接入點(diǎn)和客戶端都需要利用新標(biāo)準(zhǔn)，才能顯著提高性能。我們已經(jīng)看到最新一代的智能手機(jī)開始提供Wi-Fi 6，以及隨著英特爾的雅典娜項(xiàng)目的發(fā)展PC端也開始向Wi-Fi 6靠攏。如今，任何想要購買新路由器的人都應(yīng)該選擇Wi-Fi 6型號(hào)。但對(duì)于大多數(shù)人來說，可能不需要立即從Wi-Fi 5接入點(diǎn)轉(zhuǎn)移。如果你住在一個(gè)非常擁擠的無線區(qū)域， BSS coloring 和空間頻率重用等功能的優(yōu)勢(shì)應(yīng)該會(huì)在這些場(chǎng)景中有所幫助。但對(duì)于純粹關(guān)注性能的人來說，Wi-Fi 6在某種程度上遇到了自己制造的障礙。因?yàn)樗F(xiàn)在可以在典型的2x2:2連接上以超過千兆的速度傳輸。但我們憑什么質(zhì)疑他們的表現(xiàn)？
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