從802.ac升級到802.ax，新一代WiFi標準優(yōu)化了什么內(nèi)容

Wi-Fi 最初只是 1x1 連接（單個數(shù)據(jù)流，單個客戶端與路由器通信），但現(xiàn)在它已演進為一種 8x8 MIMO（多輸入/多輸出）解決方案，多個客戶端同時與路由器進行通信。當前的Wi-Fi 標準 802.11ac 在 2013 底全面發(fā)布，它在家庭環(huán)境中的使用效果非常好。但是，與以前的Wi-Fi 標準一樣，它也將在 2022 年左右達到極限，據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織 (OECD) 估計，屆時一個家庭可能會有多達 50 個節(jié)點。

802.11Ax 是 IEEE 802.11 Wi-Fi 標準的下一個演進版本，它將在人口非常密集的環(huán)境中得到廣泛應用，例如城區(qū)公寓綜合樓、大學校園、音樂會場地、體育館等，在這些場所，很多客戶端都將通過 Wi-Fi 訪問互聯(lián)網(wǎng)。這個 IEEE 標準目前正在開發(fā)，預期將于 2019 年公開發(fā)布。

下面，我們將介紹讀者應該了解的關于 802.11ax 和下一代 Wi-Fi 的五個關鍵問題。

802.11ac 和 802.11ax 的關鍵區(qū)別是什么？

?上行鏈路 MIMO：802.11ac 支持多用戶 MIMO，但只是在下行鏈路模式下。相反，802.11ax 增加了上行鏈路功能，因此多個用戶可以同時上傳視頻。

? 調(diào)制：802.11ax 擁有更高的調(diào)制方案，從 256 QAM 升級至 1024 QAM，這樣可以達到更高的吞吐量，將容量提高 25%，每個符號傳輸 10 位數(shù)據(jù)。

? 容量和效率改進：802.11ax 使用 OFDMA 調(diào)制，而非 OFDM 調(diào)制，這樣可以實現(xiàn) FDD，從而取代 TDD，還能實現(xiàn)特定帶寬內(nèi)部的資源單元分配。它還可將子載波間隔減小至 78.125 kHz，僅為 802.11ac 間隔的 25%，符號比后者長 4 倍。所有這些變化結(jié)合在一起，意味著系統(tǒng)更加高效，能夠同時上傳或下載多個數(shù)據(jù)包，而不是一次只傳輸一個數(shù)據(jù)包。

? 基于調(diào)度而非資源爭搶：在 802.11ax 中，接入點決定設備何時工作，因而能夠更加高效地處理客戶端。資源調(diào)度還能顯著減少休眠期間的能耗，從而延長客戶端的電池續(xù)航時間。

有關 802.11ac 和 802.11ax 的更多差異，請參見下表。

02

802.11ac 承諾了 6.9 Gbps 的網(wǎng)絡速度，但公共 Wi-Fi 卻無法達到這樣的速度。802.11ax 將會解決這個問題嗎？

6.9 Gbps 的速度在家庭或公共 Wi-Fi 網(wǎng)絡上是不可能實現(xiàn)的。這些理論上的速度永遠不會出現(xiàn)在百思買、沃爾瑪或其他大型商店的貨架上的路由器包裝盒上。

家庭網(wǎng)絡的最大限制因素是互聯(lián)網(wǎng)服務提供商的連接，這是為家庭提供互聯(lián)網(wǎng)接入的管道。如果路由器能夠支持 1.6 Gbps，但家庭連接速度僅為 100 Mbps，那么客戶端永遠無法實現(xiàn)從廣域網(wǎng) (WAN) 進行下載的更高速度。

進入家庭和接入點的數(shù)據(jù)流將確定初始互聯(lián)網(wǎng)帶寬基準。在這些位置，其他一些因素可能減慢網(wǎng)絡速度：

1

客戶端和接入點之間的距離

2

相同頻率的其他客戶端帶來的干擾

3

固有的 Wi-Fi 資源開銷，包括確認、傳輸、空閑通道評估

802.11ax 接入點將提供更高效的環(huán)境，從而消除 Wi-Fi 開銷問題。換言之，與通信相關的固定“成本”再也不是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊徊糠帧?02.11ax 將通過不同方式消除開銷，調(diào)度設備的工作時間，更高效地處理信息和客戶端。

此外，高級濾波技術將會實現(xiàn)更好地共存，提升帶緣性能。這樣可以產(chǎn)生兩個結(jié)果：

1

讓更寬的頻譜充分發(fā)揮作用

2

改進以前受到限制的帶緣通道中的服務質(zhì)量和范圍

總而言之，經(jīng)過改進的頻率和濾波將幫助 802.11ax 達到比 802.11ac 更快的速度。

03

OFDMA 如何創(chuàng)建更高效的有效載荷傳輸系統(tǒng)？

從 802.11a 到 802.11ac 的各個標準都使用了 OFDM（正交頻分復用）技術來傳輸 Wi-Fi 數(shù)據(jù)包。在 OFDM 中，無論是通過 Wi-Fi 網(wǎng)絡來傳輸視頻，或者只是發(fā)送簡單的文本消息，設備都使用固定的 20 MHz 或 40 MHz 帶寬來傳輸數(shù)據(jù)包。

但是，802.11ax 使用了 OFDMA（正交頻分多址接入）技術，它讓資源單元 (RU) 能夠根據(jù)客戶端的需求來劃分帶寬，為多個用戶提供相同的客戶體驗，而且連接速度更快。

下面，我們以卡車做一個簡單的比喻，來說明兩者之間的差異。如下圖所示，每輛卡車都在搬運有效載荷，也就是用戶數(shù)據(jù)，例如一位用戶正在網(wǎng)上沖浪，另一位用戶正在上傳足球游戲的視頻，第三位用戶則在發(fā)送文本消息。在 OFDM 中，設備必須使用相同大小的三輛卡車來發(fā)送數(shù)據(jù)，而無論這些卡車是空載，還是裝滿了貨物。換言之，OFDM 使用帶寬的效率低下，留下了大量的空白空間。相反，OFDMA 讓設備能夠使用 RU（即數(shù)據(jù)）來裝滿整輛卡車。這種有效載荷傳輸模式的帶寬利用效率要高得多。

04

802.11ax 支持 1024 QAM，這種更高調(diào)制方案會產(chǎn)生什么影響？

使用 1024 QAM 調(diào)制后，每個符號傳輸 10 位數(shù)據(jù)，而非 256 QAM 中的 8 位數(shù)據(jù)。更多的位數(shù)就等于更多的數(shù)據(jù)，因而它的數(shù)據(jù)有效載荷傳輸更加高效，如同有了一輛更大的卡車。

同時，OFDMA 還減小了子載波之間的間隔，從而將更多資源單元裝載到卡車中。

但是，隨著數(shù)據(jù)速率增加，RF 前端的誤差矢量幅度 (EVM) 也變得很大。在 802.11ax 中有 1024 個子載波，星座將會非常密集，系統(tǒng)必須將各個星座點區(qū)分開。這需要一個非常先進的系統(tǒng)來對這些星座點進行解碼或解調(diào)，還需要設備具有更好的 EVM。

802.11ac 要求 PA EVM 達到 -35 dB，802.11ax 則要求 PA EVM 達到 -47 dB。更高的調(diào)制方案要求更好的 EVM，讓設備能夠達到更高的數(shù)據(jù)包傳輸效率。

05

相比于接入點，對于手機或其他客戶端而言，802.11ax 會帶來哪些差異？

正如上文所述，802.11ax 將 EVM 要求降低至 -47 dB，接入點和客戶端都必須達到相同的規(guī)格。這方面沒有任何差異，但功率水平可能有很大差異。接入點或用戶端設備 (CPE) 的工作功率通常遠高于客戶端。前者的功率為 24 dBm，而移動手機的功率為 14-20 dBm。最終，更高的功率意味著設備必須驅(qū)散更多的熱量，因此連接解決方案可能需要比移動解決方案更加嚴格的散熱要求。

要認識到，802.11ax 規(guī)范仍然處于不斷變動中，在一定時間內(nèi)不會最終確定。隨著下一代 Wi-Fi 標準的繼續(xù)演進，我們要不斷進行調(diào)整。

關于作者

Jeff Jones

Qorvo 應用工程部門高級經(jīng)理

自 2000 年以來，Jeff Jones 一直在 Qorvo 公司工作，曾經(jīng)擔任測試工程、產(chǎn)品工程、設計工程、應用工程領域的多個不同角色。他目前負責管理移動 Wi-Fi 應用團隊。