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Wi-Fi 6/WIFI 6E關鍵技術簡介

Wi-Fi 6是802.11ax 標準的簡稱。至2019年WIFI6標準發布以來已經接近6個年頭了,雖然現在市面上也有很多WIFI7的產品,但是國內由于6G頻段未開放,以及成本原因,目前主流出貨的仍然是WIFI6的產品。WIFI7的出貨主要還是一些歐美發達國家。同時也有不少觀點認為,WIFI7的升級對普通用戶帶來的感官提升并不是特別明顯。所以對于WIFI6到WIFI7的設備升級意愿并不是很強烈。

Wi-Fi 6E是Wi-Fi 6的增強版本(E代表Extended),Wi-Fi 6E將Wi-Fi 6的功能從2.4GHz和5GHz頻段擴展到6GHz頻段,提供高達1200MHz的額外頻譜。Wi-Fi 6E作為Wi-Fi 6標準的擴展,將保留Wi-Fi 6的所有的新技術,并將原本僅支持2.4GHz和5GHz頻段的Wi-Fi網絡擴展到6GHz頻段,范圍為5.925 GHz至7.125 GHz。這是一個開放的新頻譜,沒有重疊或干擾,是一個純凈的頻譜范圍。所以,Wi-Fi 6E頻寬更大、信道更多、干擾更低,可以實現更高的吞吐量、更低的時延及更大的容量。目前對開放了6G頻段的國家,WIFI 6E標準的產品也仍在大量供貨。

同時隨著國產替代的崛起,目前國內做路由平臺SOC的廠家,也主要都還是在研發WIFI6,今天我們就再一起回顧下WIFI6的關鍵技術有哪些?

一、OFDMA 頻分復用技術

WIFI6之前,數據傳輸采用的是 OFDM技術,用戶是通過不同時間片段區分出來 的。每一個時間片段,一個用戶完整占據所有的子載波,并且發送一個完整的數據包如下圖。

802.11ax 中引入了一種更高效的數據傳輸模式OFDMA,它通過將子載波分配給不同用戶并在OFDM 系統中添加多址的方法來實現多用戶復用信道資源。將最小的子信道稱為“資源單元(Resource Unit,簡稱 RU)”,每個 RU 當中至少包含 26 個子載波,用戶是根據時頻資源塊RU區分出來的。我們首先將整個信道的資源分成一個個小的固定大小的時頻資源塊 RU。 在該模式下,用戶的數據是承載在每一個 RU 上的,故從總的時頻資源上來看,每一個時間 片上,有可能有多個用戶同時發送(如下圖)。

FDMA頻率資源分配是資源單位(RU),可以包含26、52、106、242、484或996數量的子載波。因此802.11ax中最小RU為包含26個子載波的2MHz帶寬。除了信道中央位置的直流載波,資源單位是相鄰和連續的。26,52,106,242,484和996 RU的位置依賴于信道帶寬的資源單位,如圖8所示(20MHz和40MHz)。其中橙黃色部分是有效子載波,其它顏色是導頻(藍色)、直流(DC)。資源單位雖然本身是固定的,但可以有不同大小的RU的混合組合。

不同帶寬對應的RU:

二、DL/UL MU-MIMO 技術

MU-MIMO 在 WIFI5就已經引入,但只支持 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在 WIFI6中進一步增加了 MU-MIMO 數量,可支持 DL 8x8 MU-MIMO,借助 DL OFDMA 技術(下行),上下行可同時進行 MU-MIMO傳輸和分配不同RU進行多用戶多址傳輸,既增加了系統并發接入量,又均衡了吞吐量。

三、1024-QAM調制技術

WIFI5采用的 256-QAM 正交幅度調制,每個符號傳輸 8bit 數據(2^8=256),WIFI6 將采用 1024-QAM 正交幅度調制,每個符號位 傳輸 10bit 數據(2^10=1024),從 8 到 10 的提升是 25%,也就是相對于WIFI5來說, WIFI6的單條空間流數據吞吐量又提高了 25%。各調制模式下星座圖對比如下:

802.11ax 中成功使用 1024-QAM 調制取決于信道條件,更密的星座點距離,同時需要更強大的 EVM要求。

四、BSS Coloring 著色機制

WIFI6中引入了一種新的同頻傳輸識別機制,叫 BSS Coloring 著色機制,在 PHY 報文頭中添加 BSS color 字段對來自不同 BSS 的數據進行“染色”,為每個通道分配一種顏色,該顏色標識一組不應干擾的基本服務集(BSS),接收端可以及早識別同頻傳輸干擾信號并停止接收,避免浪費收發機時間。如果顏色相同,則認為是同一 BSS 內的干擾信號,發送將推遲;如果顏色不同,則認為兩者之間無干擾,兩個 Wi-Fi 設備可同信道同頻并行傳輸。以這種方式設計的網絡,那些具有相同顏色的信道彼此相距很遠,此時我們再利用動態CCA 機制將這種信號設置為不敏感。

五、擴展覆蓋范圍 (ER)

WIFI6標準采用的是 Long OFDM symbol 發送機制,每次數據發送持續時間從原來的 3.2us 提升到 12.8us,由于符號時間的延長,子載波間距從312.5 kHz減小到78.125 kHz,當帶寬為20 MHz的信道時的FFT大小從64增加到256。狹窄的子載波間距允許更好的均衡化,從而具有更高的信道魯棒性。更長的發送時間可降低終端丟包率;另外 802.11ax 最小可僅使用 2MHz頻寬進行窄帶傳輸,有效降低頻段噪聲干擾,提升了終端接受靈敏度,增 加了覆蓋距離。

六、目標喚醒時間(TWT)

目標喚醒時間 TWT(Target Wakeup Time)是 WIFI6支持的另一個重要的資源調度功能,它借鑒于 802.11ah 標準。它允許設備協商他們什么時候和多久會被喚醒,然后發送或接收數據。此外AP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,可以更進一步的節能。

總的來說,WIFI6的出現解決了部分前一代技術沒有解決的用戶痛點問題,或者說是對這些體驗有進一步的優化,比如多用戶接入,以及高密場景的應用。

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