通過上一期文章《技術盛宴 | Wi-Fi 6真的很“6”（概述篇）——不只是更高的傳輸速率》，想必大家對于Wi-Fi 6有了初步認識，這次我將接著上期的內容，對Wi-Fi 6提升的技術點進行深入解讀，讓大家從原理出發(fā)，實實在在地感受Wi-Fi 6的“6”。

 

Wi-Fi 6關鍵技術特性回顧

Wi-Fi 6主要有以下幾個技術特點：

提速

更高階的調制方式（1024-QAM）、更多的子載波數量和更低的幀間隔開銷等，通過這些技術Wi-Fi 6的最大連接速率提升到9.6 Gbps；

高密接入

通過完整MU-MIMO（多用戶多進多出）與上下行OFDMA（正交頻分多址），提升高密度部署場景下的并發(fā)能力和終端平均速率；

抗干擾

引入4G LTE的小區(qū)空間復用技術(SR)，大幅度降低AP之間的相互干擾，提升接入容量和穩(wěn)定性；

其他技術特點

節(jié)電管理技術TWT（目標喚醒時間）與同時支持2.4G/5G兩個頻段。

 

“6”的原因一：速率提升

在談Wi-Fi 6速率提升之前我們先來看一下Wi-Fi理論帶寬的計算公式，看看與Wi-Fi速率有關的性能因素有哪些。

Wi-Fi理論帶寬=(符號位長×碼率×數據子載波數量)×(1/傳輸周期)×空間流數。

符號位長

即每個數據子載波每次傳輸可以攜帶的數據長度，它由調制方式決定，如64-QAM是6bit，256-QAM是8bit，1024-QAM是10bit，體現了不同調制方式下的數據傳輸效率;

數據子載波數量

數據子載波數量由協議的幀結構和可用頻寬共同決定，在指定頻寬下的數據子載波數量越多，同步傳輸數據的能力越高；

碼率

與調制方式有一定關聯，不同調制方式對應不同的碼率；在實際使用過程中碼率的選擇是由AP和終端根據信號強度、信號質量等因素共同協商決定；

傳輸周期

即一次傳輸占用空口的時間，它由協議決定，Wi-Fi 5的傳輸周期為3.6微秒（包含GI時間--0.4us）;

空間流數

即通過MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術在多個天線上同時發(fā)送不同的數據流量，充分利用空間資源，成倍提升Wi-Fi性能（Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的最大空間流數量的一致，均為8條空間流）。

所以從決定Wi-Fi理論帶寬的幾個因素來看，速率提升主要是由調制方式、數據子載波數量、碼率、傳輸周期和空間流等幾個指標共同決定，對于和Wi-Fi 5協議保持一致的頻寬（20/40/80/160 MHz）和空間流（最大8條空間流）本次將不進行詳細討論，同時，碼率主要與信號強度和信道質量有關，所以本章節(jié)重點將圍繞調制方式、數據子載波數量和傳輸周期這幾個點展開來討論。

我們先從Wi-Fi 6的物理層幀結構來看，看看能否找到重新設計的物理層幀結構與Wi-Fi 6速率提升之間的關系。
 

▲圖1：Wi-Fi 6物理幀結構

 

從圖1我們可以看到，一個完整的Wi-Fi 6物理幀包含物理幀頭、DATA和PE。物理幀頭主要負責同步和管理流量，PE負責傳輸一些設備能力信息，只有DATA數據幀里才是我們需要的有效數據。

DATA數據幀里面從時間軸上來看，又是由Payload（有效信息數據）和GI（Guard Interval，幀間隔）構成的，GI的作用主要是為了防止兩個Payload之間有串擾，所以GI是引入的保護間隔，屬于傳輸開銷，只有Payload才是傳輸的有效數據信息。

從物理幀各個部分的作用里我們可以看出，物理幀里面決定Wi-Fi傳輸速率的主要是Payload的實際傳輸量，為了提高Payload的傳輸量有兩種方式，一是提高Payload的數據傳輸量（使用更高階的調制方式和增加數據子載波數），以提升有效數據傳輸量；二是在固定傳輸周期內提升Payload的傳輸時間占比，在一個傳輸周期內，Payload傳輸時間占比越高，傳輸的信息量就越大，速率自然就越高；下面我們就從這兩方面展開來看，詳細了解下Wi-Fi 6具體是如何提升傳輸效率及提高傳輸時間占比。

 

提速——更高階調制（1024-QAM）

調制方式決定無線信號子載波單個符號的數據密度，在相同頻寬下，使用更高階的調制技術就能實現更高速率的提升。

所謂調制，就是將0、1這種二進制的數據信號轉換為無線電波的過程，反之則稱為解調，不同調制方式，可以實現的傳輸能力有很大差異，調制方式越高階，轉換過程中數據密度就越高，常見幾種調制方式對比見圖2。

 

▲圖2：調制方式對比圖（從左至右為從低階到高階）

 

Wi-Fi 6引入了更高階的調制編碼方案1024-QAM，對比Wi-Fi 5的256-QAM，1024-QAM物理層的協商速率提升了25%。那這提升的25%具體是怎么來的呢？下面我們先來看看調制方式和所攜帶數據密度的計算方式。

計算方法很簡單，QAM數值是2的N次方，對應的符號位長就是N。因此，64-QAM符號位長6bit，表示一次可傳輸6bit的數據，256-QAM符號位長8bit，1024-QAM符號位長自然就是10bit，因此可以知道Wi-Fi 6對比Wi-Fi 5的物理層協商速率提升了25%。

Wi-Fi 4到Wi-Fi 6所支持的調制方式表如下：
 

▲表1：調制方式對應表

 

表1中名詞解釋：

• MCS（Modulation and Coding Scheme）調制與編碼策略表：調制方式與碼率的組合，Wi-Fi設備的實際連接速率，會在MCS這張表里動態(tài)自適應選擇。當無線信號強勁時，MCS會盡量選擇高階組合（高bit+低冗余），當無線信號微弱時，MCS會盡量選擇低階組合（低bit+高冗余）。

• 碼率：調制過程中插入用于糾錯校驗的有效數據與整體數據占比，如5/6表示5/6是有效數據，1/6是冗余數據。

 

提速——增加數據子載波數量

在說數據子載波占比前我們來看看什么是子載波。圖3是用頻譜分析儀捕獲的信號能量圖，仔細觀察振幅的高點，就會發(fā)現信號高點并不是平的，而是有很多小的突起，這些小突起就是子載波。

 

▲圖3：頻譜分析儀捕獲的信號能量圖

 

從頻譜分析儀器捕獲的信號能量圖可以看出，子載波之間是相互重疊的，那么子載波為什么相互重疊而不會互相干擾呢？這就不得不說OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分多路復用）調制了。OFDM調制（這里的調制與前面提到的QAM調制不同，QAM調制是星座圖映射，屬于基帶調制，就是將0、1比特調制編碼，是信源編碼；OFDM調制是將信源編碼的結果調制到射頻上，然后發(fā)射出去，屬于信道調制）是一種特殊的多載波傳輸方案，OFDM調制技術將信道切分為子載波，提升了整個信道的使用率，從而提高了無線的傳輸速率，并通過頻率正交的方式解決子載波之間的相互干擾（利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實現），從而大幅度的提高了頻寬的使用效率。

 

▲圖4：OFDM信號頻譜示意圖

 

由前面的Wi-Fi理論帶寬公式我們得知，理論帶寬與數據子載波的數量是成正比的。從OFDM調制方式來看子載波相互之間是疊加的，為了提升一個周期內數據傳輸的子載波數，我們可以讓相互疊加的子載波的間隔變的更小，以提高子載波數量。

Wi-Fi 6對子載波的間隔進行了重新設計，將子載波間隔從Wi-Fi 5的312.5kHz，變成78.125kHz，通過把子載波間隔縮小4倍，即在相同信道頻寬(MHz)條件下，Wi-Fi 6的子載波數量也提升到Wi-Fi 5的4倍，如圖5所示：

 

▲圖5：Wi-Fi 5與Wi-Fi 6的子載波間隔對比

 

為了更直接地展現子載波數量提升帶來的效率提升，我們以相同信道頻寬80MHz時來計算一下Wi-Fi 5與Wi-Fi 6的有效數據子載波占比：

 

▲表2：Wi-Fi 5與Wi-Fi 6在80MHz頻寬下有效子載波占比對比表

 

從表2的對比可以看出，Wi-Fi 6的有效數據子載波占比由91.406%提升到95.703%，效率提升了4.7%，物理層的理論傳輸速率也隨即提升了4.7%。

 

提速——提高有效時間占比

從前面對Wi-Fi 6的物理幀結構分析我們得知，提速的另一個有效手段就是提高一個傳輸周期內Payload（有效信息數據）的時間占比，那在固定傳輸周期的情況下，減小GI（Guard Interval，幀間隔）的時長，即可相應的提高Payload的時間占比。

 

▲圖6：一個周期內Payload和GI的時間軸示意圖

 

Wi-Fi 6協議規(guī)定了三種GI時長，分別是0.8微秒、1.6微秒和3.2微秒。結合上一章節(jié)，由于Wi-Fi 6重新設計了子載波間隔，在一個傳輸周期內傳輸的子載波數量提升了4倍，這從時域上來看，信道調制時間也提升了4倍，即信道調制時間從Wi-Fi 5的3.2微秒變成12.8微秒，結合Wi-Fi 6新規(guī)定的三種GI，即可得出一個傳輸周期內Payload的比例。

 

▲表3：Payload時間占比對應表

 

從表3可以看出，當GI時長為0.8微秒時，Wi-Fi 6的Payload時間占比從Wi-Fi 4/5的88.88%提升到了94.11%，效率提升了5.23%，即物理層的協商速率提升了5.23%。GI時間為1.6微秒和3.2微秒時效率對比Wi-Fi 4/5是沒提升的，但通過這種更長的GI時長設計，提升了多路徑干擾和室外遠距離傳輸場景下無線傳輸的穩(wěn)健性。Wi-Fi 6 AP和終端會根據使用環(huán)境的不同自動協商出不同的GI時長，來保證各種類型環(huán)境下的最優(yōu)體驗。

前面對速率提升的討論，我們重點從調制方式（符號位長）、子載波數量和子載波傳輸時間（傳輸周期）這三個方面進行展開，關于頻寬、碼率和空間流等并未進行展開，為讓大家更全面的了解一下Wi-Fi的帶寬，我們以Wi-Fi 6支持的最高碼率和最大空間流數來實際計算一下Wi-Fi 6支持的最大帶寬。

 

▲表4：Wi-Fi 6理論帶寬計算表

 

從表4可以看出，Wi-Fi 6標準在速率提升上下了很大功夫，給我們帶來實實在在的速率提升，這些速率的提升特別適合視頻、AR/VR、辦公場景等大流量的應用，這些場景結合MU-MIMO/OFDMA技術能實現整個無線系統性能和容量的大幅度提升，接下來我們來看看MU-MIMO/OFDMA技術是如何提高無線系統容量的。

 

 

“6”的原因二：高密度接入(多用戶傳輸)

在Wi-Fi終端大規(guī)模普及的當下，多終端接入同一Wi-Fi網絡的場景可以說是無處不在，針對這種高密度接入場景，以往的技術總處于束手無策的狀態(tài)。那針對這種高密度接入場景Wi-Fi 6又有什么解決妙招呢？這就得看Wi-Fi 6使用的MU-MIMO和OFDMA技術了。

 

高密度接入——MU-MIMO（多用戶多進多出）

MIMO技術，即多天線同步收發(fā)，通常以I×O來標識接收/發(fā)送的天線數，通過MIMO技術改善了單終端的傳輸效率和質量。傳統MIMO技術嚴格來說也叫SU-MIMO（Single-user MIMO，單用戶MIMO），雖然它支持多天線同步傳輸，但在同一信道同一時刻，無線AP只能與一個終端通信，即多終端之間仍為串行傳輸。SU-MIMO通信示意圖見圖7。

 

▲圖7：Single-user MIMO通信示意圖

 

相較于SU-MIMO，MU-MIMO（Multi-User MIMO，多用戶MIMO）解決了同一時刻無線AP只能與一個終端通信的限制。MU-MIMO技術能夠實現多臺終端同時進行數據傳輸，提升多終端下的傳輸效率和質量。

MU-MIMO技術在Wi-Fi 5的Wave2階段已經有所使用，不過只能使用在AP的下行方向，算是不完整的MU-MIMO。Wi-Fi 6技術使用了完整的MU-MIMO技術，同時支持上下行8×8的MU-MIMO。下面我們就來看看Wi-Fi 6中下行MU-MIMO技術和新增加的上行MU-MIMO具體的實現原理。

 

• 下行MU-MIMO

下行MU-MIMO的基本實現原理與Wi-Fi 5使用的下行MU-MIMO相同，都需要終端知道信道信息（CSI，channel state information）來進行預編碼或波束成形。具體過程為AP主動發(fā)送NDP（Null Data Packet）幀來交互完成信道信息反饋，形成相應的信道矩陣，這里涉及到一個新的概念“信道矩陣”，信道矩陣是MIMO系統中的一種信道狀態(tài)信息，如圖8所示，圖里的h1，h2，h3和h4這4個數字就組成了一個正方形的陣列，又叫矩陣，這時的信道矩陣狀態(tài)為2×2 MIMO的信道矩陣。

 

▲圖8：信道矩陣示意圖

 

當AP主動發(fā)送NDP幀交互完成信道矩陣的參數后，AP就會進行波束成形，以實現多個用戶的同時傳輸，基本原理如圖9所示：

 

▲圖9：AP使用MU-MIMO波束成形為坐落在不同空間位置的多個用戶服務

 

整個下行MU-MIMO報文交互過程如圖10所示，由AP端(Beamformer)發(fā)送NDP-A（Null Data Packet Announcement）、NDP和Trigger幀，然后STA端通過反饋幀（Feedback frame）反饋信道矩陣信息，此時AP端再根據反饋信息進行預編碼，以實現波束成形，避免了用戶之間的互相干擾。

 

▲圖10：AP請求MU-MIMO操作的信道信息

 

圖10控制幀作用注釋：

• NDP-A幀：主要作用是對需要反饋信道信息的用戶進行通告；

• NDP幀：用于分組開始的檢測、信道估計和時間同步等；

• Trigger幀：主要包含PPDU（PHY Protocol Data Unit，物理層協議數據單元）長度和MCS。

這三種控制幀只有支持MU-MIMO的終端才能識別。

在完成信道信息反饋之后，AP就向所有的MU-MIMO用戶同時發(fā)送數據信息，并會指定某一STA（圖11中的STA1）采用隱式塊確認（BA幀）請求應答的方式，其余STA（圖11中的STA2和STA3）采用塊確認（BA幀）確認應答方式；在STA1收到數據后，會等待SIFS（Short interframe space，短幀間間隔）時間，之后回復隱式塊確認（BA幀），其余STA在收到數據后記錄狀態(tài)，等待AP回復輪詢幀（BAR）后才能發(fā)送BA幀,AP依次發(fā)送BAR幀來取回對應STA的BA幀，等BA幀全部拿到后，AP再發(fā)送下一個MU數據幀，發(fā)送報文具體流程如圖11所示：

 

▲圖11：AP向MU-MIMO用戶發(fā)送信息

 

• 上行MU-MIMO

上行MU-MIMO技術為Wi-Fi 6新增的功能特性，主要實現方式是AP通過發(fā)送一個觸發(fā)幀的方式來啟動多個STA的上行同步傳輸。上行MU-MIMO與SU-MIMO原理相似，不同點在于SU-MIMO是由相同STA發(fā)送單條或多條空間流，上行MU-MIMO的多條空間流來自不同STA。

AP發(fā)送觸發(fā)幀啟動多個STA上行同步傳輸時，AP將信道矩陣應用于所接收的波束，并將每個上行波束包含的信息分開，從而接收來自所有參與STA的波束形成反饋信息。AP上行MU-MIMO原理示意圖見圖12：

 

▲圖12：AP上行MU-MIMO原理示意圖

 

上行MU-MIMO的具體交互過程圖13所示，先由AP發(fā)送觸發(fā)幀HE_Trigger，聲明STA發(fā)送時間(When)、Payload持續(xù)時間、PE(攜帶設備能力信息的幀)、GI類型等，當STA收到這些參數后則會根據要求發(fā)送UL MU PPDU（Up Load Multi-User PHY Protocol Data Unit,上行多用戶物理層協議數據單元），在AP端同時接收解調獲得用戶信息。

 

▲圖13：上行MU-MIMO的交互過程

 

基于觸發(fā)幀HE_Trigger的上行傳輸機制，對發(fā)送用戶STA端在傳輸時間、頻率、采樣時鐘以及功率有要求，目的在于減少接收AP端的同步問題。頻率和采樣時鐘的同步可以防止ICI（Inter Channel Interference，信道間干擾）干擾，功率預補償可以減少接收端用戶信號的互相干擾。

 

高密度接入——OFDMA（正交頻分多址）

Wi-Fi從802.11a（1999年發(fā)布的第三代Wi-Fi協議）開始就采用OFDM調制作為核心信道調制方案，Wi-Fi 6在OFDM的基礎上加入多址（即多用戶）技術，從而演進成OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址）。

以往我們熟悉的OFDM調制其原理是將信道切分為子載波，但單一信道內的子載波須同時使用。OFDMA調制則更進一步，將現有的802.11信道(20、40、80和160MHz寬度)劃分成具有固定數量子載波的較小子信道，并將特定子載波集進一步指派給個別STA，從而為多個用戶同時服務。圖14說明了Wi-Fi 6系統如何使用不同大小的資源單位進行信道頻分多任務。

 

▲圖14：OFDM和OFDMA工作模式對比

 

OFDMA是成熟有效的4G蜂窩技術，Wi-Fi 6標準也仿效LTE專有名詞，將最小子信道稱為“RU”(Resource Unit，資源單位)，每個RU當中至少包含26個子載波（相當于2MHz頻寬）。Wi-Fi 6規(guī)定了不同大小RU所包含的子載波數量，包括有26/52/106/242/484/996/2*996 等多種規(guī)格。

以頻寬20MHz為例，在OFDM方案里每一幀由52個數據子載波組成，這組子載波只能為一個終端服務，如果該終端傳輸的數據包較小（如聊天消息），根本就裝不滿52個子載波，那么空載的子載波也無法分配給其他終端。

在OFDMA方案里每一幀由242個數據子載波組成，并在幀內進行二次分組，以每26個子載波定義為一個RU（Resource Unit，資源單元），每個RU可以為一個終端服務，那么每一幀就被分成9份，可以同時為9個用戶服務。

 

▲圖15：頻寬為20MHz下不同規(guī)格的RU分布

 

為了方便大家更直觀地理解OFDMA技術帶來的優(yōu)勢，可以用貨車拉貨舉例對比。

OFDM方案是按訂單發(fā)車，不管貨物大小，來一單發(fā)一趟，哪怕是一小件貨物，也發(fā)一輛車，這就導致車廂經常是空蕩蕩的，效率低下，浪費了資源。OFDMA方案則會將多個訂單聚合起來，盡量讓卡車滿載上路，使得運輸效率大大提升。

 

▲圖16：OFDM與OFDMA流量傳輸類比示意圖

 

通過了解OFDMA的工作機制可以看到，OFDMA實現了多個用戶同時進行數據傳輸，這增加了空口效率，接下來我們分別看一下上行OFDMA和下行OFDMA的工作原理。

 

• 下行OFDMA

▲圖17：下行OFDMA的數據發(fā)送過程

 

由于存在小于20MHz頻寬的終端（如圖15所示，Wi-Fi 6協議規(guī)定的最小頻寬20MHz可以分給9個終端使用，每個RU包含26個子載波數，因此可能存在小于20MHz的頻寬），因此在一開始發(fā)送數據的過程中，如果存在小于20MHz時，每個終端都會發(fā)送一個20MHz頻寬的前導(Preamble)幀。

由于下行OFDMA是在頻域上將原有的頻寬進一步分解為一個個小頻寬，STA接收到數據之后可以在頻域上進行分離解碼操作，因此并不需要像下行MU-MIMO那樣需要反饋信道信息矩陣，也不需要NDP，NDP-A等幀的交互。

 

• 上行OFDMA

上行OFDMA的整個過程同上行MU-MIMO的過程類似，也需要由AP首先發(fā)起，因此AP需要先發(fā)送一個觸發(fā)幀才能啟動上行OFDMA。

 

▲圖18：上行OFDMA的交互過程

 

該觸發(fā)幀（Trigger frame）的主要作用是表明空間流數量、OFDMA相應的資源分配(包括頻率以及每個用戶的RU大小)、PPDU（PHY Protocol Data Unit，物理層協議數據單元）的持續(xù)時間，還包括有用戶的發(fā)送功率控制信息以保證多個用戶在AP處的接收功率基本相同。

與上行MU-MIMO類似，基于觸發(fā)幀的上行傳輸機制，對發(fā)送用戶STA端在傳輸時間、頻率、采樣時鐘以及功率有要求，目的在于減少接收AP端的同步問題。頻率和采樣時鐘的同步可以防止ICI（信道間干擾,Inter Channel Interference）干擾，功率預補償可以減少接收端用戶信號的互相干擾。

 

高密度接入技術小結

看完前面MU-MIMO和OFDMA的介紹，你是否覺得OFDMA跟MU-MIMO差不多呢？都是解決多用戶的上下行，提高了無線的接入密度，但其實兩者差別還是很大的。盡管兩者均為并行傳輸解決方案，但既不是迭代關系，也不是競爭關系，而是互補關系。它們的技術原理不盡相同，適用的場景也有所區(qū)別，具體使用時需要根據服務的應用類型而定。

 

▲圖19：MU-MIMO與OFDMA適用場景的對比

 

• MU-MIMO：實現物理空間上的多路并發(fā)，適用于大數據包的并行傳輸（如視頻、下載等應用），提升多空間流的利用率與系統容量，提高單用戶的有效頻寬，同樣能降低時延。但運行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，很容易受終端影響。

• OFDMA：實現頻域空間的多路并發(fā)，適用于小數據包的并行傳輸（如網頁瀏覽、即時消息等應用），提升單空間流的信道利用率與傳輸效率，減少應用延遲與用戶排隊。運行狀態(tài)穩(wěn)定，不容易受終端影響。

因此MU-MIMO和OFDMA兩種方案完全不沖突，在實際使用中也經常是疊加使用。部署時基于每個業(yè)務進行資源分配（如網頁瀏覽、視頻觀看、下載、即時消息等各類業(yè)務場景），通過設計合理MU-MIMO和OFDMA能有效降低密集多用戶情況下終端上下行隨機接入造成的沖突，有效的改善多用戶高密度接入場景的使用體驗。在實際使用過程中用戶無需關心并行傳輸背后的運行機制，使用時真實的感受就是，再多的終端網絡也不卡頓，使用起來真的很“6”。

 

 

“6”的原因三：抗干擾——SR(空間復用)

在Wi-Fi信號無處不在的時代，無線之間的干擾也是無處不在的。無線信號的干擾主要有兩種：

• 鄰頻干擾：相鄰頻段的無線電波疊加引起干擾，此干擾會導致數據損壞；

• 同頻干擾：雖然不會損壞數據，但會使競爭開銷增加。

造成這些干擾，原因表面上看是由于我們環(huán)境中經常遇到很多孤立安裝的AP，因此無線信號出現了很多交叉覆蓋從而造成了干擾。但從技術原理層面來看，造成干擾的原因是由于傳統802.11技術是使用了載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免技術（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA）來實現接入控制。

CSMA/CA技術使用單個空閑信道評估（CCA，Clear Channel Assessment）規(guī)則，這一規(guī)則統一地作用于所有無線設備之上，同一區(qū)域內的所有無線設備通過能量檢測和載波偵聽來判斷信道是否空閑。當某臺Wi-Fi設備（客戶端或者AP）收聽到Wi-Fi幀信號功率高于某個預設閥值的時候，便會等待其發(fā)送完畢后再發(fā)送自己的幀。這種輪詢等候機制避免了過度沖突和頻繁重試，但這種機制也大幅度增加了Wi-Fi設備（客戶端或者AP）的等待時間，降低了整個無線系統的傳輸效率和性能。

在實際部署中，基于在AP的收包邏輯又放大了這種性能限制。在AP的收包邏輯中，只有大于最小靈敏度的報文才能被正確解調，當報文被正確解調時，功率大于CCA-SD（Clear Channel Assessment Signal Detection，同頻干擾退避）的報文會引發(fā)退避，但為了保證不錯過發(fā)給自己的報文，在使用Wi-Fi 4/5協議的時候一般都把CCA-SD的功率設置的很低，很多AP是直接把CCA-SD的功率直接設置成最小靈敏度的功率，這樣同頻干擾退避變的更容易發(fā)生，進一步降低了整個無線系統的性能，即使增加AP也不能擴展無線網絡的網絡容量。Wi-Fi 4/5的發(fā)包原則如圖20所示：

 

▲圖20：Wi-Fi 4/5發(fā)包原則

 

抗干擾——動態(tài)CCA和空間復用

為了解決CSMA/CA技術在密集AP環(huán)境中性能低下的問題，Wi-Fi 6提出了一種信道空間復用技術（Spatial Reuse Technique），這一技術是使用BSS（Basic Service Set，基礎服務集合）著色位（Color Bit）來標識這個數據幀屬于哪個BSS，因此也被稱作“BSS著色”（BSS coloring）技術。

通過“BSS著色”技術，無線設備（客戶端或者AP）可以通過新增的著色位（Color Bit）來識別來無線報文是來自BSS還是OBSS(0verlapping Basic Service Sets,重疊基本服務集)的信號，這樣就能利用提升BSS之間的CCA-SD（Clear Channel Assessment Signal Detection）的門限，動態(tài)的降低BSS內部的CCA-SD門限來實現對OBSS相應數據幀的忽略。即與Wi-Fi 4/5時使用單個CCA電壓檢測值來確定信道是否“空閑”不同，“BSS著色”技術可以基于兩個值來判斷，一個是BSS之間的CCA-SD，另外一個是針對OBSS CCA-SD，這樣來自OBSS的報文就不會產生不必要的空口沖突，如圖21所示：

 

▲圖21：使用BSS Coloring進行信道空閑評估

 

抗干擾技術小結

通過“BSS著色”技術，無線傳輸在其開始時就被標記，這會幫助周圍其它設備決定是否允許無線介質被同時使用。即使來自相鄰網絡的檢測信號能量超過傳統信號檢測閾值，只要適當地減小新傳輸的發(fā)射功率，就允許將無線介質視為空閑并開始新的傳輸，提高了無線系統的抗干擾能力。

但對于Wi-Fi 6的抗干擾并發(fā)增益的獲取，并不能單純地依賴標準制定的著色位（Color Bit）和動態(tài)CCA接口去完成，AP還需要能實時感知到周邊無線環(huán)境和有效的動態(tài)空間復用算法，只有兩者結合才能更好的來判斷收到非本BSS的干擾報文時，自己是否可以發(fā)包。

銳捷網絡在Wi-Fi 6芯片還未面世時，就詳細分析了Wi-Fi 6的空間復用技術，并將該技術移植到現有的Wi-Fi 4/5協議中，提出Pre-ax算法，該算法通過收集同頻AP的強度和用戶在各個AP上的RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信號的強度指示），從而動態(tài)的調整CCA的門限，實現高密度組網下的高并發(fā)，有效提高了無線網絡的通信質量。在Wi-Fi 6 AP的設計中，該算法將會根據協議提供標的準進行進一步優(yōu)化，從而可以實現更好的干擾管理效果以及更高的并發(fā)復用性能。

 

其他技術改進

節(jié)電管理技術——TWT（目標喚醒時間）

目標喚醒時間TWT(Target Wakeup Time)，這是Wi-Fi 6另一個新增的重要資源調度功能，此功能借鑒于802.11ah標準。“目標喚醒時間(TWT)”就如它的名字描述的一樣，允許設備協商他們什么時候和多久進行喚醒發(fā)送或接收數據，允許設備在信標傳輸周期的其他時間段喚醒；此外，無線接入點可以將客戶端設備分組到不同的TWT周期，從而減少喚醒后同時競爭無線介質的設備數量。TWT還增加了設備睡眠時間，在自身的TWT來臨之前進入睡眠狀態(tài)，從而延長電池使用壽命。

Wi-Fi 6 AP還可另外設定編排議程，并將TWT值提供給STA，這樣一來，雙方之間就不需要存在個別的TWT協議，此操作稱為“廣播TWT操作”，“廣播TWT操作”示意圖見圖22：

 

▲圖22：TWT廣播目標喚醒時間操作示意圖

 

圖22名詞解釋：

• TBTT（Target Beacon Transmission Time）：信標預定傳送時間，實際上這個是一個定時后的發(fā)送/接受Beacon動作的周期，其周期的時間是由Beacon Interval所決定的。

• Listen Interval：監(jiān)聽間隔是指工作站兩次蘇醒之間，歷經多少次TBTT，也就是跳過了多少個Beacon幀

“廣播TWT操作”還可配合OFDMA技術使用，實現同時喚醒多個設備實現傳輸視頻、語音和物聯網等不同業(yè)務的多設備并行連接，并根據不同業(yè)務調整流量比例和優(yōu)先級，從而提升整個無線網絡的用戶體驗。

 

2.4G/5G雙頻設計

Wi-Fi 5僅支持5G頻段，在技術上無法完全取代支持2.4G頻段的Wi-Fi 4，因此所謂的Wi-Fi 4與Wi-Fi 5在標準上來看都可以把他們看成是平行的標準，而當下主流的Wi-Fi 5無線AP，實際都是Wi-Fi 4/5(802.11n/802.11ac)雙制式的產物。

最新的Wi-Fi 6標準是可同時工作在2.4G和5G頻段下的無線協議。因此可以說Wi-Fi 6才是Wi-Fi 4的下一代技術，可完整實現后向兼容，實現真正的技術迭代。

 

 

銳捷網絡在Wi-Fi 6場景的探索

銳捷網絡針對室內多路徑衰落環(huán)境、室外遠距離傳輸場景和多用戶高密度接入（多用戶小報文、多用戶大報文、多用戶上傳等）場景均有規(guī)模部署實踐，銳捷網絡后續(xù)將持續(xù)為各行業(yè)的不同場景推出更有針對性、變革性的綜合解決方案，讓每一位客戶、每一位用戶在未來的各個場景里都有意想不到的無線體驗，讓大家的Wi-Fi能酣暢淋漓的“6”起來。

本期作者：李健明

銳捷網絡互聯網系統部行業(yè)咨詢

 

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