802.11ax前瞻1：协议简介

序言

IEEE 802.11协议从初始设置到目前已经经历了二十周年，当前802.11协议中最新的即为802.11ax协议。从前年开始，笔者一直也在关注该协议的研究进展。在此笔者将自己学习期间收集了一些802.11ax的资料进行整理。

注：由于协议正在制定的过程中，所以会存在TBD（To Be Determined）的部分以及不断更新的协议内容，笔者未必跟上最新的协议进程，如果有错漏的地方，还请见谅。

802.11ax简介

802.11ax是在802.11ac以后，无线局域网协议本身的进一步扩展，可以当做ac以后的一个直系版本。其初始的命名代号为HEW（High Efficiency WLAN ），该起始于2013年。目前在今年（2016）11月份，该协议应该已经推出了Draft 1.0。

802.11ax的使用场景关注于密集用户环境（Dense User Environments），与之前的协议有所不同。根据香农定理而言，当SNR不变的情况下（由于发送机总功率是固定的），只要适当的增加带宽，就可以获得更高的物理层吞吐量。所以802.11a/b/g/n/ac的演进，一般都是关注在单AP的网络中，提高物理层的吞吐量，以提高网络的整体速率。

802.11ax的设计场景初始关注的就是密集环境，换言之，其初始设计思想就会和传统的802.11存在一定的区别。而且802.11ax的设计也并没有在当前802.11ac的160M带宽以上，新增更大的带宽（其实也是在2.4G和5G频谱资源下，无法找到更大带宽的信道）。所以协议命名的HEW，其关注的效率，也是希望更加有效的使用当前的频段资源，从而提供更高的实际网络速率。我们可以简单总结802.11ax的以下特点：

• 协议兼容性：802.11ax要求与以往的802.11a/b/h/n/ac都进行兼容，这也证明了其是第二款同时能工作在2.4G和5G频段下的协议（802.11ac仅工作在5G频段）。故在其数据帧结构和MAC接入协议上，都需要兼容设计，以便于传统协议兼容。
• 更好的节能性，用以增加移动设备的续航能力。
• 更高的传输速率以及覆盖范围：在802.11ax中，更高的速率分别体现在PHY层和MAC层的改进上，其具体改进包含如下：
  • 提供更高阶的编码组合（MCS10和MCS11）。其中主要是QAM-1024的引入，在802.11ac中，最高阶是256QAM。

• • 在相同带宽下，802.11ax采用点数更多的FFT（即原始的FFT的4倍大小）。FFT点数越多，说明其子载波数越多，以及子载波的带宽也就越小（带宽从312.5kHz降到78.125kHz。其对应的symbol时间也增加了4倍），从而可以覆盖更远的范围。（覆盖范围与相干带宽有关。只要信道的带宽小于相干带宽的话，那么就是平坦衰落，信号不会受到多径的影响。所以越小的信道带宽，可以覆盖更远的范围）
    

• • 引入上行MU-MIMO。在802.11ac中，协议只规定了下行的MU-MIMO。上行还是单个节点独立传输的，而在802.11ax中，上下行都需要支持MU-MIMO。
    

• • 引入OFDMA技术。802.11ax设计中参考了LTE中OFDMA的使用，可以让多个用户通过不同子载波资源同时接入信道，提高信道的利用率。不过因为802.11是一个分布式接入的场景，所以802.11ax中的OFDMA实际是比LTE中复杂度要低一些。
    

至于其中一些具体的介绍和一些其他的特性，建议参考NI的文章：Introduction to 802.11ax High-Efficiency Wireless。在后续的分点介绍中，我们会慢慢进行阐述。

802.11ax协议资源

以下总结下，笔者在追踪协议进展的时候，所收集的一些资源。

802.11ax的Task Group网站目前一共出了两个版本，分别代号为hew和tgax，前者已经没有继续更新了。该网站整理如下：

HEW：http://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/hew_update.htm

802.11ax：http://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/tgax_update.htm

同时也有一些中文的机构在追踪有关协议的进展，比如：

网络通信国际标准分析及参与制定计划网（台湾）：网络通信国际标准分析及参与制定计划网

中国通信标准化协会（大陆）：中国通信标准化协会

目前协议应该在出到最新的Draft 1.0版本，不过还无法在其相关的网站上公开看到。目前可以看到的只有一个个讨论案，以及Draft 0.1和TGax Specification Framework，前者适合阅读一些，虽然有很多TBD的部分，不过相对于后者（其相当于一份份草案的罗列），还是好一些的。资源整理如下：

Draft 0.1（IEEE 802.11-16/0024r1）:Draft 0.1

TGax Specification Framework（IEEE 802.11-15/0132r15）:TGax Specification Framework

其他还有一些商业网站的资料，其中我目前看到的还是属于NI那一份资料比较好（算是很接近Draft 0.1的了），其他有一些太偏重于概念，而非技术本身，所以就暂时先不罗列了。