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Wifi6与wifi6E技术简介

一:wifi6

背景:2018年10月4日,Wi-Fi 联盟正式宣布将下一代WiFi技术802.11ax更名为Wi-Fi 6,并将前两代技术802.11n和802.11ac分别更名为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。与前几代Wi-Fi技术相比,wifi6有如下不一样之处:

1:速率的大幅提升

调制方式从前代wifi的256-QAM到了1025-QAM,新增MU-MIMO、另外8*8MIMO等技术的引入,Wi-Fi 6的速率最高可达9.6Gbps。

2:新的技术的运用

Wifi5采用的是OFDM技术,到了wifi6则是采用OFDMA,一字之差但是内容却相差很大,OFDMA先前是被蜂窝网络利用的,是正交频分多址的意思,这样可能很生涩,看下面一张图可以很清晰的了解。

上图我们可以看到,OFDM技术代表的是无论终端设备是在上行传输还是在下行传输,在任意时间段内都会占用整个传输信道,这样会引起信道资源的极大浪费。而OFDMA技术则是将无线信道划分为多个子信道也就是资源块,这样就不会占用整个信道,从而可以有效地利用这个信道资源,大大提升通信效率,降低时延。面向高清视频,多屏,VR/AR等应用,该提升一定程度上类似于当前热门的5G技术的效果。

3: 提升信号覆盖的范围

无线通信系统中,AP类设备往往持续连接电源,天线多,发射功率高,下行传输覆盖范围广,但是终端设备比如手机,笔记本,平板等设备,受限于发射功率和天线数量,并且一般电池供电需要考虑功耗,往往导致其上行传输覆盖受限,wifi6技术则通过类比于NB-IoT技术,将其能量集中在更窄的2MHz带宽处,在功率不变的情况下,可以提高其功率谱密度从而覆盖更广的上行传输范围。

4:设备功耗优化

采用了TWT(目标唤醒时间)的技术,简而言之就是AP类设备与终端设备“签订”唤醒条约,仅在需要进行数据传输的时候收到AP设备的唤醒提示再进行正常工作,而无需数据传输时则处于“休眠”状态,功耗大大降低,使得设备工作更智能化,合理分配能耗。

5:共享信道

前代wifi技术,通常会采用“Listen before talk”的技术,字面意思就是先听后说,也就是设备在一个信道上进行数据传输时首先会进行CCA检查,也就是空闲信道评估,当评估信道为空闲状态时才会在该信道上工作,若非空闲状态则要么等待要么切换到其它信道进行数据传输。看到这里我们似乎能感觉到Wi-Fi就像一个gentleman,非常的有礼貌,但是过于礼貌有的时候并不太好,因为这样一来当多个AP在同一个信道下进行工作的时候,必须轮流进行通信,从而大大降低通信效率。Wifi6技术则是通过BSS Coloring功能为每个AP“上色”,即在数据报头加入6bits的BSS Color来指定不同的AP,从而,当路由器或设备在发送数据前侦听到信道已被占用时,会首先检查该“占用”的BSS Color,确定是否是同一AP的网络,如果不是,则不用避让,这样就不用在多个AP的环境下轮流通信,而是允许多个AP在同一信道上运行,并智能管理多用户同时并行传输。

二:Wifi6E

首先我们了解到wifi6最大可支持的带宽达到了160MHz,以目前的wifi6的标准来说,在现有的5.1GHz-5.8GHz的频段范围内,各国规定的可用频段其实非常有限。如果强行在wifi6上搭配需要占用160MHz频宽的无线连接,其结果就是光一个频宽,就直接把所有可用的空间数据流占用干净,如此一来,如果用户仅仅是以一台路由器搭配一台手机使用自然没什么问题,但这实际上就违背了WiFi6旨在提供更大连接数量,以及让更多设备同时低延迟接入的初衷。而且目前全球也没有几个能够提供2Gbps带宽的家庭入户网络,追求手机与路由器之间“看起来很大”,实则代价巨大的连接带宽意义确实不明。各大无线网络领军企业也知道160MHz频段对于单个网络连接所带来的的好处,只不过它在目前的WiFi6上由于无线电频段的限制而导致实用性太低。基于以上情况,2019年年中Wi-Fi联盟发布使用6GHz以上新频段的wifi6技术,在早前2.4G以及5Ghz频段适用上面进行了扩展。并且其与WiFi6并不是取代关系,而是完全工作在不同频段的新技术和新模式。由于6GHz以上无线频段的频宽资源要充足得多,因此原本在WiFi6规范中只能实现一条的160MHz连接,到了WiFi6E中就可以实现七条互不干扰的连接了。换句话说,WiFi6E才是160MHz技术的真正绝配,也才是目前被整个行业承认的新标准。

监管机构的意见:

FCC:4月23日,FCC宣布,考虑允许将6GHz频段中的1200MHz频谱开放给免许可应用,最终投票表决通过了将6GHz(5.925-7.125)的新的频段开放给了免许可应用也就是Wi-Fi的应用。根据FCC官网公布的指导文件FCC-20-51A1,提取出如下一些信息:


如上图所示,将整个6GHz频段划分为了四个小段,根据这样的划分,FCC6GHz频段大概最多能够提供59个20MHz带宽信道,29个40MHz带宽信道,14个80MHz和7个160MHz信道,提供如此多的信道能很大程度上解决wifi当前的频谱资源短缺,通信速率受阻的困境。再看如下图所示,根据不同等级的设备,分别会运用在不同的频段,且对其最大传导功率,最大等效全向辐射功率以及最大功率谱密度的限制跟wifi5基本上也是类似的。

CE:关于wifi6E的6GHz频段的开放,欧盟也采取了类似的举措,也将会提供新的频段给到Wi-Fi类设备使用,但是由于当前疫情的原因,欧盟的进展有点落后。经预估计欧盟可能将会仅开放如上图1中所有的UNII-5频段也就是5924-6425MHz共计500MHz的频段。

其它国家或者是地区可能都会等到Wi-Fi联盟以及IEEE最终确定后,对wifi6E制定相应的频段划分已经标准要求。

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