Wi-Fi 最初只是 1x1 連接（單個(gè)數(shù)據(jù)流，單個(gè)客戶端與路由器通信），但現(xiàn)在它已演進(jìn)為一種 8x8 MIMO（多輸入/多輸出）解決方案，多個(gè)客戶端同時(shí)與路由器進(jìn)行通信。當(dāng)前的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)一樣，它也將在 2022 年左右達(dá)到極限，據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (OECD) 估計(jì)，屆時(shí)一個(gè)家庭可能會(huì)有多達(dá) 50 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

802.11Ax 是 IEEE 802.11 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的下一個(gè)演進(jìn)版本，它將在人口非常密集的環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，例如城區(qū)公寓綜合樓、大學(xué)校園、音樂會(huì)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(gè) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)目前正在開發(fā)，預(yù)期將于 2019 年公開發(fā)布。

下面，我們將介紹讀者應(yīng)該了解的關(guān)于 802.11ax 和下一代 Wi-Fi 的五個(gè)關(guān)鍵問題。

802.11ac 和 802.11ax 的關(guān)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(gè)用戶可以同時(shí)上傳視頻。

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

? 容量和效率改進(jìn)：802.11ax 使用 OFDMA 調(diào)制，而非 OFDM 調(diào)制，這樣可以實(shí)現(xiàn) FDD，從而取代 TDD，還能實(shí)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(hào)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(shí)上傳或下載多個(gè)數(shù)據(jù)包，而不是一次只傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包。

? 基于調(diào)度而非資源爭搶：在 802.11ax 中，接入點(diǎn)決定設(shè)備何時(shí)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(shí)間。

有關(guān) 802.11ac 和 802.11ax 的更多差異，請(qǐng)參見下表。

02

802.11ac 承諾了 6.9 Gbps 的網(wǎng)絡(luò)速度，但公共 Wi-Fi 卻無法達(dá)到這樣的速度。802.11ax 將會(huì)解決這個(gè)問題嗎？

6.9 Gbps 的速度在家庭或公共 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)上是不可能實(shí)現(xiàn)的。這些理論上的速度永遠(yuǎn)不會(huì)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(luò)的最大限制因素是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)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(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)從廣域網(wǎng) (WAN) 進(jìn)行下載的更高速度。

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

1

客戶端和接入點(diǎn)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(rèn)、傳輸、空閑通道評(píng)估

802.11ax 接入點(diǎn)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(guān)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(shè)備的工作時(shí)間，更高效地處理信息和客戶端。

此外，高級(jí)濾波技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)更好地共存，提升帶緣性能。這樣可以產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：

1

讓更寬的頻譜充分發(fā)揮作用

2

改進(jìn)以前受到限制的帶緣通道中的服務(wù)質(zhì)量和范圍

總而言之，經(jīng)過改進(jìn)的頻率和濾波將幫助 802.11ax 達(dá)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)都使用了 OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)來傳輸 Wi-Fi 數(shù)據(jù)包。在 OFDM 中，無論是通過 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)來傳輸視頻，或者只是發(fā)送簡單的文本消息，設(shè)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(shù)，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(gè)用戶提供相同的客戶體驗(yàn)，而且連接速度更快。

下面，我們以卡車做一個(gè)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(yùn)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(shè)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(shè)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(huì)產(chǎn)生什么影響？

使用 1024 QAM 調(diào)制后，每個(gè)符號(hào)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(shí)，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(gè)子載波，星座將會(huì)非常密集，系統(tǒng)必須將各個(gè)星座點(diǎn)區(qū)分開。這需要一個(gè)非常先進(jìn)的系統(tǒng)來對(duì)這些星座點(diǎn)進(jìn)行解碼或解調(diào)，還需要設(shè)備具有更好的 EVM。

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

05

相比于接入點(diǎn)，對(duì)于手機(jī)或其他客戶端而言，802.11ax 會(huì)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(diǎn)和客戶端都必須達(dá)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(diǎn)或用戶端設(shè)備 (CPE) 的工作功率通常遠(yuǎn)高于客戶端。前者的功率為 24 dBm，而移動(dòng)手機(jī)的功率為 14-20 dBm。最終，更高的功率意味著設(shè)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(dòng)解決方案更加嚴(yán)格的散熱要求。

要認(rèn)識(shí)到，802.11ax 規(guī)范仍然處于不斷變動(dòng)中，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)最終確定。隨著下一代 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的繼續(xù)演進(jìn)，我們要不斷進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)于作者

Jeff Jones

Qorvo 應(yīng)用工程部門高級(jí)經(jīng)理

自 2000 年以來，Jeff Jones 一直在 Qorvo 公司工作，曾經(jīng)擔(dān)任測試工程、產(chǎn)品工程、設(shè)計(jì)工程、應(yīng)用工程領(lǐng)域的多個(gè)不同角色。他目前負(fù)責(zé)管理移動(dòng) Wi-Fi 應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。