【WiFi】Wi-Fi 5（802.11ac） 与 Wifi 6 (802.11ax)RF的关键变化

WiFi 6 Vs WiFi 5: 驱动能力的提升

        Wi-Fi 标准的更新主要集中在提高原始吞吐量上。 Wi-Fi 6 也更快，但不同之处在于它还专注于改善用户体验，尤其是在具有大量用户的密集、拥挤环境中。 在这些环境中，当太多用户争夺带宽并且多个重叠网络相互干扰时，用户体验会受到低效的影响。

         在这些高度拥塞的环境中，Wi-Fi 6 添加的功能可将每位用户的平均吞吐量提高多达 Wi-Fi 5 的四倍。 Wi-Fi 6 也非常适合在家庭网络中使用。 Wi-Fi 6 在视频会议和内容流等需要极低延迟的应用中尤为重要。

WiFi 6 与 WiFi 5：RF 物理层的变化

        Wi-Fi 6，也称为高效 (HE) Wi-Fi，基于 802.11ax 标准，工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段。 Wi-Fi 6E 同样基于 802.11ax 标准，工作在 6 GHz 频段。

Wi-Fi 6 与 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 4

802.11ax 调制

        Wi-Fi 6 增加调制速率以提高峰值数据速率。 802.11ax 标准使用 1024 正交幅度调制 (1024QAM)，其峰值数据速率比使用 256QAM 的 802.11ac 标准中的峰值数据速率高 25%。 Wi-Fi 6 中使用的 1024QAM 编码每个子载波 10 位数据，而 Wi-Fi 5 中使用的 256QAM 编码每个子载波 8 位数据。

Wi-Fi QAM 速率变化

        在以 1024QAM 编码数据时，主要挑战是确保高发射器性能，以便在接收器处正确解调信号。 误差矢量幅度 (EVM) 是用于确保调制精度的度量。 EVM 测量星座图上理想和实际 I/Q 位置之间的 dB 差异。 IEEE 定义的 1024QAM 的 EVM 要求要求最小 EVM 为 -35dB。 

OFDM 子载波间隔和符号持续时间

        PHY 层的另一个变化是 802.11ax 增加了 4 倍于 802.11ac 的子载波，导致子载波间隔变为 802.11ac 的 1/4。 对于 802.11ax，子载波之间的频谱间隔现在为 78.125 kHz。 符号持续时间与载波间隔成反比，比 Wi-Fi 5 增加四倍，从 802.11ac 中的 3.2 µs 到 802.11ax 中的 12.8 µs。

         这种对子载波间隔的改变有一些优点。 首先是子载波越多，资源单元 (RU) 粒度就越细。 在OFDMA中分配资源单元以将信道带宽划分为分配给不同用户的更小的子信道。 最小的 RU 大小包含 26 个子载波（大约 2 MHz），在 160 MHz 信道中最多允许 74 个用户（每个用户被分配一个 26 音 RU）。

        第二个优势是 802.11ax 的设计具有更高的承载数据的子载波比那些不承载数据的子载波（零和导频）。 数据子载波数量的增加提高了传输效率。 与 802.11ac 相比，此更改导致大约 10% 的改进。

         重要的是要记住，由于子载波间隔已经减小并且所需的信号处理也更加复杂，Wi-Fi 6 设备需要更好的频率精度才能进行正确的解调。

保护间隔/循环前缀

        该标准还引入了新的保护间隔选项。 在 Wi-Fi 6 中，更长的保护间隔旨在在具有多路径和延迟扩展的环境中提供更好的性能。 这些较长的保护间隔有助于防止室外环境中的符号间干扰，从而提高覆盖范围和性能。

802.11ac 有两个保护间隔 (GI) 选项——长 GI (0.8µs) 和短 GI (0.4µs)。

802.11ax 具有三种类型的 GI——正常 GI (0.8 µs)、双 (1.6 µs) GI 和四 (3.2 µs) GI。

        由于 802.11ax 中的符号持续时间是 802.11ac 中的四倍，因此总体效率得以保留，因此即使是最长的保护间隔所产生的开销也与上一代中符号时间的百分比相同，但具有额外的好处 更长的保护间隔。

 OFDMA

         Wi-Fi 6 利用正交频分多址 (OFDMA)。 这是对 Wi-Fi 运行方式的根本性改变。 在以前的基于 OFDM 的 Wi-Fi 标准中，可以增加带宽，但无论是否有足够的数据来填充整个通道的带宽，用户传输都会为每次传输占用整个通道。 其他发送者将排队等待访问通道； 在支持大量同时用户的网络中产生了一个大问题。

        在 OFDMA 中，信道被划分为称为资源单元 (RU) 的子信道。每个 RU 由预定义数量的子载波组成。最小的 RU 可以有 26 个子载波，略小于 2 MHz 的频谱，最大的 RU 可以有 996 个子载波，接近 80 MHz 的频谱。 OFDMA 的每个 RU 有一个用户； 每个 RU 被分配给不同的客户端站点，分配给每个站点的 RU 的大小和数量由接入点 (AP) 根据每个站点的数据传输要求确定。每个 RU 可以使用不同的调制方案、编码率和功率电平。 RU 分配可以在逐帧的基础上有所不同，这取决于 AP 确定的频谱的最有效使用。OFDMA 不会直接影响 Wi-Fi 的原始链路速度，而是提高其效率并减少共享频谱的用户的延迟。