华为Wi-Fi 6(802.11ax)技术白皮书
但更好的效率与更快的速度并不互斥。802.11ac采用的256-QAM正交幅度调制,每个符号传输8bit数据(2^8=256),802.11ax将采用1024-QAM正交幅度调制,每个符号位传输10bit数据(2^10=1024),从8到10的提升是25%,也就是相对于802.11ac来说,802.11ax的单条空间流数据吞吐量又提高了25%。
图2-9 256-QAM与1024-QAM的星座图对比
需要注意的是802.11ax中成功使用1024-QAM调制取决于信道条件,更密的星座点距离需要更强大的EVM(误差矢量幅度,用于量化无线电接收器或发射器在调制精度方面的性能)和接受灵敏度功能,并且信道质量要求高于其他调制类型。
2.2.4 空分复用技术(SR) & BSS Coloring着色机制
Wi-Fi射频的传输原理是在任何指定时间内,一个信道上只允许一个用户传输数据,如果Wi-Fi AP和客户端在同一信道上侦听到有其他802.11无线电传输,则会自动进行冲突避免,推迟传输,因此每个用户都必须轮流使用。所以说信道是无线网络中非常宝贵的资源,特别在高密场景下,信道的合理划分和利用将对整个无线网络的容量和稳定性带来较大的影响。802.11ax可以在2.4GHz或5GHz频段运行(与802.11ac不同,只能在5GHz频段
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运行),高密部署时同样可能会遇到可用信道太少的问题(特别是2.4GHz频段),如果能够提升信道的复用能力,将会对提升系统的吞吐容量。
802.11ac及之前的标准,通常采用动态调整CCA门限的机制来改善同频信道间的干扰,通过识别同频干扰强度,动态调整CCA门限,忽略同频弱干扰信号实现同频并发传输,提升系统吞吐容量。
图2-10 802.11默认CCA门限
例如图12,AP1上的STA1正在传输数据,此时,AP2也想向STA2发送数据,根据Wi-Fi射频传输原理,需要先侦听信道是否空闲,CCA门限值默认-82dBm,发现信道已被STA1占用,那么AP2由于无法并行传输而推迟发送。实际上,所有的与AP2相关联的同信道客户端都将推迟发送。引入动态CCA门限调整机制,但AP2侦听到同频信道被占用时,可根据干扰强度调整CCA门限侦听范围(比如说从-82dBm提升到-72dBm),规避干扰带来的影响,即可实现同频并发传输。
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DL DataUL DataSTA2AP2STA1AP1CCA -82dBm侦听范围CCA -72dBm侦听范围
图2-11 动态CCA门限调整
由于Wi-Fi客户端设备的移动性,Wi-Fi网络中侦听到的同频干扰不是静态的,它会随着客户端设备的移动而改变,因此引入动态CCA机制是很有效的。
802.11ax中引入了一种新的同频传输识别机制,叫BSS Coloring着色机制,在PHY报文头中添加BSS color字段对来自不同BSS的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信号并停止接收,避免浪费收发机时间。如果颜色相同,则认为是同一BSS内的干扰信号,发送将推迟;如果颜色不同,则认为两者之间无干扰,两个Wi-Fi设备可同信道同频并行传输。以这种方式设计的网络,那些具有相同颜色的信道彼此相距很远,此时我们再利用动态CCA机制将这种信号设置为不敏感,事实上它们之间也不太可能会相互干扰。
图2-12 无BSS Color机制与有BSS Color机制对比
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2.2.5 扩展覆盖范围 (ER)
由于802.11ax标准采用的是Long OFDM symbol发送机制,每次数据发送持续时间从原来的3.2us提升到12.8us,更长的发送时间可降低终端丢包率;另外802.11ax最小可仅使用2MHz频宽进行窄带传输,有效降低频段噪声干扰,提升了终端接受灵敏度,增加了覆盖距离。
图2-13 Long OFDM symbol与窄带传输带来覆盖距离提升
2.3 其他Wi-Fi 6(802.11ax)新特性
前面的几大核心技术已经足够证明802.11ax带来的高效传输和高密容量,但802.11ax也不是Wi-Fi的最终标准,这只是高效无线网络的开始,新标准的802.11ax依然需要兼容老标准的设备,并考虑面向未来物联网络、绿色节能等方向的发展趋势。以下是802.11ax标准的其他新特性:
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支持2.4GHz频段 目标唤醒时间(TWT)
下面详细描述这些新特性。
2.3.1 支持2.4GHz频段
我们都知道2.4GHz频宽窄,且仅有3个20MHz的互不干扰信道(1,6和11),在802.11ac标准中已经被抛弃,但是有一点不可否认的是2.4GHz仍然是一个可用的Wi-Fi频段,在很多场景下依然被广泛使用,因此,802.11ax标准中选择继续支持2.4GHz,目的
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就是要充分利用这一频段特有的优势。 ? 优势一:覆盖范围
无线通信系统中,频率较高的信号比频率较低的信号更容易穿透障碍物,而频率越低,波长越长,绕射能力越强,穿透能力越差,信号损失衰减越小,传输距离越远。虽然5GHz频段可带来更高的传播速度,但信号衰减也越大,所以传输距离比2.4GHz要短。因此,我们在部署高密无线网络时,2.4GHz频段除了用于兼容老旧设备,还有一个很大的作用就是边缘区域覆盖补盲。 ? 优势二:低成本
现阶段仍有数以亿计的2.4GHz设备在线使用,就算如今成为潮流的IoT网络设备也使用的2.4GHz频段,对有些流量不大的业务场景(如电子围栏、资产管理等),终端设备非常多,使用成本更低的仅支持2.4GHz的终端是一个性价比非常高的选择。
2.3.2 目标唤醒时间(TWT)
目标唤醒时间TWT(Target Wakeup Time)是802.11ax支持的另一个重要的资源调度功能,它借鉴于802.11ah标准。它允许设备协商他们什么时候和多久会被唤醒,然后发送或接收数据。此外,Wi-Fi AP可以将客户端设备分组到不同的TWT周期,从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。TWT还增加了设备睡眠时间,对采用电池供电的终端来说,大大提高了电池寿命。
802.11ax AP可以和STA协调目标唤醒时间(TWT)功能的使用,AP和STA会互相交换信息,当中将包含预计的活动持续时间,以定义让STA访问介质的特定时间或一组时间,这样就可以避开多个不同STA之间的竞争和重叠情况。另外,支持802.11ax标准的STA可以使用TWT来降低能量损耗,在自身的TWT来临之前进入睡眠状态。AP还可另外设定
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