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WIFI 6要来了,你了解它了吗

发布时间:2019-11-07 11:43:39

来源:内容由半导体行业从“技术点”翻译而来。谢谢你。

随着即将到来的重大更新,wi-fi将变得越来越好、越来越快。尽管许多路由器已经配备了使用该规范草案的芯片,但802.11ax wi-fi要到2019年9月正式认证为wi-fi 6后才能完全定稿。无线网络联盟最近也启动了无线网络6认证计划。这将导致一波设备升级浪潮,兜售新的无线功能,并为下一代网络带来更快的速度和更少的拥塞。但是你真的知道wifi 6吗?

我们通常所说的wi-fi 6,即802.11ax,也被称为“高效无线”。这是wi-fi联盟制定的新命名标准。前几代现在被称为wi-fi 5(802.11ac)和wi-fi 4(802.11n)。该标签约定将出现在以下设备上。

技术上,wi-fi 6的单用户数据速率比802.11ac快37%,但更重要的是,更新后的规范将为拥挤环境中的每个用户提供四倍的吞吐量和更高的能效,这将提高设备的电池寿命。

为了实现这些改进,802.11ax实现了各种变化,包括从蜂窝行业借用的多用户技术,即mu-mimo和ofdma,这些技术通过支持更多的同时连接和更彻底的频谱使用,极大地提高了容量和性能。

升级硬件的家庭用户可以预期这些技术会有所改进,尤其是随着时间的推移,每个家庭的设备数量会增加。一些估计显示,到2022年,每个家庭将拥有多达50个节点。

然而,如前所述,wi-fi 6预计将对网络高度拥挤的区域产生更直接的影响,并最终帮助为即将到来的智能基础设施(如物联网设备)中的节点数量奠定基础。随着物联网的推出,设备和网络部署的数量不断增加,覆盖范围不断重叠。wi-fi 6还将满足对更快多用户数据速率的日益增长的需求。

一般来说,wi-fi 6基于802.11ac构建,具有50多种更新功能,但并非所有功能都必须包含在最终规范中。

为超高清和虚拟现实流媒体提供更高的每用户总带宽

支持更多数据流,同时提高吞吐量

更多的总频谱(2.4ghz和5ghz,最终频带为1ghz和6ghz)

频谱被分成更多的信道,以实现更多的通信路由

数据包包含更多数据,网络可以同时处理不同的数据流

在最大接入点范围内提高性能(最高4倍)

在室外和多路径(杂乱)环境中提供更好的性能/鲁棒性

有可能从接收不良信号的蜂窝网络中卸载无线服务

2013年发布的802.11ac(现在也称为wi-fi 5)在2013年实现了标准化。虽然该规范在很大程度上适用于今天的普通家庭使用,但它仅使用5ghz频段,缺乏多用户技术水平来支持同时连接越来越多的设备。

作为wi-fi 6未来变化的参考,以下是802.11ac(wi-fi 5)对802.11n(wi-fi 4)的扩展:

更宽的通道(80mhz或160mhz,5ghz频段最大40mhz)

8个空间流而不是4个(空间流图)

256-qam和64-qam调制(每个qam符号传输更多比特)

802.11ac波2上的多用户mimo (mu-mimo)可以同时实现四个下行链路连接,而不是单用户mimo上只有一个(上行链路仍然是1x1)

当wi-fi 6完全激活时,该规范将向后兼容以前的标准,包括2.4ghz和5ghz,并将最终扩展频谱,包括1ghz和6ghz。

也许比包含这个附加频谱更值得注意的是将使用这个带宽的技术。随着可用频谱的增加,wi-fi 6可以将带宽分成更窄(更多)的子信道,为客户端和接入点提供更多的通信信道,同时支持任何给定网络上的其他设备。

虽然wi-fi 5可以通过mu- mimo同时向下游的四个用户提供服务(这比wi-fi 4上的单用户mimo有很大改进),但今天的ac无线(wi-fi 5)一次只能处理上游的一个用户。理论上,802.11ax将在上游和下游方向增加到8个用户,并且可以同时向客户端提供4个流。

但是,我们了解到,第一轮802.11ax身份验证的硬件可能不支持上行链路mu-mimo。目前,几乎没有任何设备可以从4个空间流中受益,更不用说8个支持wi-fi 6,因为大多数现有的配备mu-mimo的智能手机和笔记本电脑只有2x2:2或3x3:3 mimo无线电。

(注意,该数字格式(axb:c)用于演示mimo无线电支持的最大发射天线数量(A)、最大接收天线数量(B)和最大空间数据流数量(C)。虽然wi-fi设备必须支持mu-mimo才能直接受益于该技术,但没有mu-mimo芯片的硬件应该间接受益于支持mu-mimo的接入点的额外广播时间。)

Wi-fi 6还引入了对上行链路和下行链路“正交频分多址”(ofdma)的支持,ofdmA是一种等同于OFDM多用户版本(802.11ac/n规范)的调制方案,它将通过允许多达30个用户同时共享一个信道来减少延迟、提高容量和提高效率。

为了帮助您可视化这些技术,让我们给出一个简单的类比:

mu- mimo和ofdma的组合相当于拥有多名员工和多条线路,而不是一名员工单独服务一条线路的客户,每个员工可以同时服务多个客户。

此外,当路由器可用时,802.11ax可以更清楚地通知客户,而不是让他们竞争访问权限,并通过1024-qam编码(而不是wi-fi 5上的256-qam调制和wi-fi 4上的64-qam调制)增加每个有效负载中传输的数据量。

虽然wi-fi 6的总体数据速率和信道宽度与wi-fi 5相似,但在更新的规范中已经实施了许多技术,这将显著提高未来wi-fi网络的效率和吞吐量,该网络可以每秒几次的速度在一个信道上服务几十个设备。

wi-fi 6改变了一些核心技术。

Wi-fi 5 wave 2引入了多用户mimo,但仅支持下游的四个同时连接(一个上游),而wi-fi 6将能够处理上游和下游的八个数据流,同时支持更多用户,并提供Wi-fi 5理论最大吞吐量的4倍。

与su-mimo接入点相比,mu-mimo接入点还可以处理更多的信号处理,从而减轻终端设备的负担。在开发信号处理工具之前,mu-mimo服务被认为是安全的,因为只有预期的接收机才能读取数据。

不是wi-fi 5的一部分,它有传统的ofdm。借用4g lte网络。允许在给定带宽内分配资源单元。连接到wi-fi 6可以让更多客户(最多30个)共享同一个频道,而不是等待,同时通过组合不同的流量类型来提高效率。Ofdma被认为是ofdm的多用户版本进行比较。

这比wi-fi 5上的256 QAM有所增加,尽管1024 QAM是这一代路由器的实验特性。这通过向每个数据包中填充更多数据来提高吞吐量。

1024-qam每个ofdm符号使用10位,而256 qam使用8位,25%的容量提升使用80mhz信道产生600mb/s的理论单流数据速率(比wi-fi 5的理论433mb/s单流数据速率高39%)。

将ofdm符号的持续时间从wi-fi 5上的3.2毫秒增加到wi-fi 6上的12.8毫秒,并为每个符号支持更长的循环前缀。(更长的ofdm符号-将ofdm符号传输的持续时间从wi-fi 5上的3.2毫秒增加到wi-fi 6上的12.8毫秒,并支持每个符号有更长的循环前缀。)

循环前缀(cp)将ofdm符号末端的一部分添加到负载的前端,以提供针对符号间干扰的保护间隔,并提高鲁棒性,因为如果需要,可以使用该部分。这个数字可以根据开销要求进行调整(较长的cp重复更多的数据,占用更多的符号空间,导致较低的数据速率)。

虽然wi-fi 5具有静态分段,这要求数据包的所有分段都具有相同的大小(除了最后一个分段),但是动态分配允许这些分段具有不同的大小,以便更好地利用网络资源。

如果多个接入点在同一信道上运行,它们可以使用唯一的“颜色”标识符来传输数据,从而允许它们在无线介质上同时通信而无需等待,因为颜色使它们能够彼此区分数据。

它存在于wi-fi 5上,尽管标准支持四个天线,而wi-fi 6将这一数量增加到八个。波束形成通过将信号导向特定客户端而不是同时指向所有方向来提高数据速率和扩展范围。这有助于mu-mimo,它不适合快速移动的设备。波束形成在wi-fi 4设备上是可选的,但是随着mu-mimo在wi-fi 5波2上的实现,波束形成变得必要。

唤醒时间安排,而不是基于争用的访问。路由器可以告诉客户端什么时候睡觉,什么时候醒来,这对电池寿命有很大影响,因为设备知道什么时候在信道上监听。

类似地,wi-fi 6调度上行链路资源以最小化冲突,从而实现更好的资源管理,而不是像今天的无线网络那样用户竞相上传数据。

通过指定上行链路窗口的长度和其他属性,还可以减少数据冲突/冲突,从而提高资源分配和效率。

当一个无线电台正在发射时,它将宣布完成所需的时间,以便其他电台可以设置他们的导航,以避免在访问无线媒体时发生冲突。Wi-fi 6引入了两个nav:一个用于站点所属的网络,另一个用于相邻网络。这也应该通过最小化载波检测的需求来降低能耗。

其中一些功能将带来更好的室外性能,包括新的数据包格式、更长的保护间隔和模式,以改善冗余和错误恢复。

将wi-fi 6扩展至6ghz

像高通这样的行业领导者已经确定,未来网络要有足够的服务质量,就需要超过2.4ghz或5ghz的频谱。2.4ghz频段长期以来被常见的电子产品饱和,而5ghz频谱不足以满足更宽带宽的信道(如80mhz或160mhz),部分5ghz频段受到限制。

高通公司建议监管机构应该预计将大约1280mhz的无执照频谱分配给5ghz频段内的无执照技术。

2017年7月,联邦通信委员会(fcc)呼吁公众对3.7千兆赫至24千兆赫之间的中频频谱的传播进行评论。对此,包括高通在内的30多家技术公司提交了一份提案,坚持认为5925-7125mhz频段(“6ghz频段”)对于“满足下一代无线宽带服务的需求至关重要”。

为了满足即将到来的wi-fi需求,两家公司提议向未经许可的技术开放6ghz,并将它们分成四个具有不同技术规则和干扰保护的子带。

由于wi-fi-6目前正在开发中,美国和其他国家正在开放6ghz频段,ieee 802.11ax任务组已决定在下一代Wi-Fi-6上支持该频段。

将6ghz频段分配给一个未经许可的频段对企业很有吸引力,因为他们可以不用向fcc申请接入。随着所谓的第四次工业革命,联邦通信委员会有望促进创新和投资。

这些公司在向联邦通信委员会提交的提案中写道:“通过向未经许可的本地无线接入网络运营商开放整个频带,委员会将允许我们为消费者带来更快的服务、更低的延迟和更广的覆盖范围,并使国家能够获得与未经许可的技术相关的非经济和公共安全利益。”。

Wi-fi 6或802.11ax只是众多即将推出的无线标准之一,这些标准正在开发中,以满足不同类型设备的各种网络要求。

标准范围从802.11aj/ay(每秒可传输数十千兆位,超过60 ghz毫米波频率)到802.11ah(为物联网传感器提供更低的带宽/更好的范围)以及低于1ghz的其他规格,所有这些(或更多)都将是许可和未许可5g频谱的一部分。

概述:俯瞰wi-fi 6

为了取代802.11n和802.11ac作为下一个wlan标准,正在开发802.11ax或wi-fi 6,以显著提高人口密集中心的网络效率和容量,并适度提高峰值数据速率,这将在更多设备上同时得到更好的支持。

或者正如高通公司喜欢说的,“问题不在于wi-fi有多快,而在于wi-fi网络是否有足够的容量来满足对许多不同连接设备和服务日益增长的需求。”

由于wi-fi 6将对体育场或公寓楼等拥挤场所的网络性能产生直接影响,预计该标准将比以前的wi-fi迭代采用得更快,并最终成为家庭用户的必需品。随着物联网的推出,从100兆字节/秒到1gb/秒的宽带连接变得越来越可用,“一切”都在线。

从更广的角度考虑wi-fi 6,多用户支持的推广,特别是同步上行连接的增加,将加速对用户数据的需求,这些数据将从物联网设备中收集,用于机器学习、人工智能的推广、整体技术的未来以及日益增长的数字经济。

如导言中所述,路由器已经可以在2019年9月根据802.11 ax规范草案、最终批准的标准和最终认证发布。此外,第一轮官方设备可能不支持wi-fi 6的所有功能,而第二轮硬件可能进一步支持高阶mu-mimo和6ghz频谱功能。

* *点击文章末尾阅读原文,原文可以用英文阅读。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

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