Wi-Fi 6是在Wi-Fi 5之后無線局域網協議本身的進一步演進和擴展,其初始的命名代號為HEW(High Efficiency WLAN)。Wi-Fi 6的設計思路與傳統Wi-Fi存在一定區別,過去Wi-Fi協議的發展主要集中在提供更高的峰值速率;而Wi-Fi 6從其協議名稱High Efficiency就可以看出,它更關注效率,也希望更加有效地使用當前頻譜資源,從而提供更高的實際網絡速率。為此,Wi-Fi 6引入了OFDMA(正交頻分多址)、上行MU-MIMO(多用戶-多輸入多輸出)、TWT(Target Wake Time,目標喚醒時間)、BSS Coloring著色機制和1024QAM等新型技術。
Wi-Fi 6的五大核心技術
OFDMA頻分復用技術
OFDMA是從OFDM演進過來最早應用于蜂窩通信的技術。Wi-Fi 6標準也采納了這種技術來提高頻譜的利用效率。在傳統方式中,每個用戶要發送的數據(無論數據包的大小)都會占用整個信道。OFDMA將信道劃分為多個子載波,將最小的子信道作為資源單元(Resource Unit,RU)。Wi-Fi 6中最小RU為2MHz帶寬,用戶的數據就承載在每個RU上。以20MHz帶寬為例,通過OFDMA技術最多可以容納9個RU,其余空間作為保護間隔。就好比一輛公共汽車(20MHz帶寬)之前只能一次承載1名乘客,現在最多可以同時運送9名乘客(9個并發用戶)。
上行/下行MU-MIMO技術
在物理空間方面,Wi-Fi 6繼承了Wi-Fi 5下行MU-MIMO的特點,即在同一時刻無線路由器可以向多個支持MU-MIMO的終端發送數據,解決了之前同一時間只能向一個終端發送數據的問題。Wi-Fi 6在保持這一技術的同時加入了上行的MU-MIMO,可以同一時刻支持最多8個終端向無線路由器發送數據,從而實現了上行與下行的雙向MU-MIMO。OFDMA與MU-MIMO分別在頻率空間和物理空間上提供多路并發技術,帶來了網絡整體性能與速率的極大提升。
BSS Coloring著色機制
為解決Wi-Fi頻譜資源匱乏導致的同頻干擾問題,Wi-Fi 6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6bit的標識符對來自不同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。初步解決了不同無線路由器工作在相同信道相互干擾的問題,提升了系統性能與頻譜的利用率。
TWT目標喚醒時間
目標喚醒時間TWT是Wi-Fi 6支持的一個重要的資源調度功能,它允許設備協商什么時候和多久喚醒發送或接收數據,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信道的設備數量。TWT 還增加了設備睡眠時間,從而大大提高了電池壽命。預計這項功能將為IoT設備節約 30%以上的電力。
1024QAM高階調制技術
Wi-Fi 6在提升效率的同時還增加了傳輸速率。其最高采用1024QAM調制方式,每個符號位最多傳輸10bit數據。Wi-Fi 5采用的256-QAM正交幅度調制,每個符號最多傳輸8bit數據,從8到10的提升是25%,也就是相對于Wi-Fi 5來說,Wi-Fi 6的單條空間流數據吞吐量提高了25%。
總的來看,Wi-Fi 6在傳統的Wi-Fi技術基礎上借鑒了移動蜂窩通信技術中的創新技術,大幅提升了網絡容量和網絡性能,為用戶提供了更好的體驗。
全球Wi-Fi 6的頻譜資源
目前全球Wi-Fi 6在6GHz以下主要使用2.4GHz和5GHz兩個頻段,采用免許可方式管理,與其它無線接入、藍牙、點對點或點對多點擴頻通信等系統共享使用。
在我國,根據信部無〔2002〕353號、信部無〔2002〕277號和工信部無函〔2012〕620號等文件規定,Wi-Fi可用頻率有2400~2483.5MHz、5150~5350MHz(5.1GHz)和5725~5850MHz(5.8GHz),總量408.5MHz,最大連續帶寬200MHz。相比之下,美國Wi-Fi頻段主要有2400~2473MHz、5150~5350MHz和5470~5825MHz頻段,總量628MHz,最大連續帶寬355MHz;歐盟Wi-Fi頻段主要有2400~2483.5MHz、5150~5350MHz和5470~5875MHz頻段,總量688.5MHz,最大連續帶寬405MHz。我國與歐美Wi-Fi在頻譜總量和最大連續帶寬的差異主要體現在5470~5725MHz頻段的255MHz頻譜。
2020年4月23日美國發布法規,將全部6GHz頻段(5925~7125MHz,共計1.2GHz帶寬)用于免許可技術,鑒于此策略。Wi-Fi聯盟方面,為了區分工作在6GHz頻段的Wi-Fi設備,2020年1月提出了Wi-Fi 6E品牌。Wi-Fi 6E在6GHz頻段能夠支持7個不重疊的160MHz帶寬的信道。Wi-Fi聯盟已經在2021年啟動了Wi-Fi 6E的認證工作。目前已有支持Wi-Fi 6E的網卡和設備,如Intel AX210。