WiFi6路由器將會成為新時代的標配？

時間：2020-05-04 07:42:01

關鍵字：路由器 WIFI6 MIMO 頻段

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[導讀] 這幾天手機市場又開始熱鬧了起來，2 月 12 日，三星在美國發(fā)布多款新品包括新款折疊屏手機 Galaxy Z Flip、新一代旗艦 Galaxy S20 系列、耳機 Galaxy Buds+等

這幾天手機市場又開始熱鬧了起來，2 月 12 日，三星在美國發(fā)布多款新品包括新款折疊屏手機 Galaxy Z Flip、新一代旗艦 Galaxy S20 系列、耳機 Galaxy Buds+等;2 月 13 日，小米于線上發(fā)布新一代旗艦小米 10 系列新機，小米 AIoT 路由器 AX3600. 65W 氮化鎵的充電器，隨著2020年手機換機高峰期，今年各大手機廠商開始密集發(fā)布自己的全新系列。

今天我們再來看看WiFi路由器是否又能掀起一番手機配件的小浪潮。

小米在線上發(fā)布的AIoT 路由器 AX3600是 Wifi 6 路由器，Wifi 6是5G時代的最新WiFi標準，速度可以提升一倍，不但擁有更快的網(wǎng)速，還優(yōu)化了大量設備同時上網(wǎng)的性能體驗，不管是家用還是辦公，都能帶來更快的網(wǎng)速。

01、Wifi 6技術的革新

隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，在線圖片、視頻、流媒體等服務對無線局域網(wǎng)技術提出了更高的帶寬要求，為滿足用戶需求， 2009年，IEEE宣布了新的802.11n標準， 802.11n協(xié)議憑借MIMO、波束成形及40Mhz綁定等技術使最高傳輸速率達到了600Mbps。

2016年7月IEEE推出了第5代Wi-Fi標準802.11ac ， 11ac工作在5GHz的頻段上，在提供良好的后向兼容性的同時，把每個通道的工作頻寬由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實際頻率調(diào)制效率提升，最終理論傳輸速度由802.11n最高的600Mbps躍升至1Gbps。

2018年10月3日，Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）將基于802.11ax標準的WiFi協(xié)議正式納入正規(guī)軍，成為第六代WiFi技術。借著這個機會，聯(lián)盟又將WiFi規(guī)格重新命名，之前標準802.11n改名WiFi 4.標準802.11ac改名WiFi 5.新標準802.11ax改名WiFi 6.

802.11ax又被稱為“高效率無線標準”（High-Efficiency Wireless，HEW），將大幅度提升用戶密集環(huán)境中的每位用戶的平均傳輸率，有效減少網(wǎng)絡擁塞、大幅提升無線速度與覆蓋范圍。其實，設計802.11ax的首要目的是解決網(wǎng)絡容量問題，因為隨著公共Wi-Fi的普及，網(wǎng)絡容量問題已成為機場、體育賽事和校園等密集環(huán)境中的一個大問題。那么作為新一代WiFi協(xié)議的11ax具體都有哪些技術上的突破呢？

01、wifi6支持2.4G與5G

802.11ax協(xié)議基于2.4GHz和5GHz兩個頻段，這種雙頻段，并非是ac雙頻路由器那樣不同的頻段對應不同的協(xié)議，ax協(xié)議本身就支持兩個頻段。這顯然迎合了當下物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等發(fā)展潮流。對于一些對帶寬需要不高的智能家居設備，可以使用2.4GHz頻段去連接，保證足夠的傳輸距離，而對于需要高速傳輸?shù)脑O備，就使用5GHz頻段。

02、支持1024-QAM，數(shù)據(jù)容量更高

從調(diào)制上看WiFi 5是256-QAM，WiFi-6是1024-QAM，前者的數(shù)據(jù)流最大支持4個，后者則最大支持8個，因此WiFi 5的理論吞吐量可以做到3.5Gbps，而WiFi 6則可以做到驚人的9.6Gbps。

03、支持完整版的MU-MIMO

MIMO（Multiple-Input MulTIple-Output）即為為多輸入多輸出技術，是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，實現(xiàn)以更小的代價達到更高的用戶速率，從而改善通信質(zhì)量。實際上 IEEE在802.11n協(xié)議時代就引入了MIMO技術，而MU-MIMO技術可以理解為它的升級版或者是多用戶版本。

通俗來說，以前在802.11n上面的MIMO只能說是SU-MIMO即單用戶MIMO，傳統(tǒng)的SU-MIMO路由器信號呈現(xiàn)一個圓環(huán)，依據(jù)遠近親疏，依次單獨與上網(wǎng)設備進行通訊。當接入的設備過多時，就會出現(xiàn)設備等待通訊的情況;更為嚴重的是，這種依次單獨的通訊，是基于設備對AP（路由器或熱點等）總頻寬的平均值。也就是說，如果擁有100MHz的頻寬，按照“一次只能服務一個”的原理，在有3個設備同時接入網(wǎng)絡的情況下，每個設備只能得到約33.3MHz頻寬，另外的66.6MHz則處于閑置狀態(tài)。即在同一個Wi-Fi區(qū)域內(nèi)，連接設備越多寬頻被平均得越小，浪費的資源越多，網(wǎng)速也就越慢。

MU-MIMO路由器則不同，MU-MIMO路由的信號在時域、頻域、空域三個維度上分成三部分，就像是同時發(fā)出三個不同的信號，能夠同時與三部設備協(xié)同工作;尤其值得一提的是，由于三個信號互不干擾，因此每臺設備得到的頻寬資源并沒有打折扣，資源得到最大化的利用，從路由器角度衡量，數(shù)據(jù)傳輸速率提高了3倍，改善了網(wǎng)絡資源利用率，從而確保Wi-Fi無間斷連接。MU-MIMO技術就是賦予了路由器并行處理的能力，讓它能夠同時為多臺設備傳輸數(shù)據(jù)，極大地改善了網(wǎng)絡擁堵的情況。在今天這種無線聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量爆發(fā)式增長的時代，它是比單純提高速率更有實際意義的。

值得一提是WiFi5中也使用了MU-MIMO功能，但它天生不足：設備需要連接在同一5G頻段下，要全部支持MU-MIMO功能。且設備數(shù)量要剛剛好才能觸發(fā)這個功能。最重要的一點是WiFi5下的MU-MIMO功能只支持數(shù)據(jù)下行，上傳數(shù)據(jù)時還是走得SU-MIMO。而WiFi6給我們帶來了完整版的MU-MIMO功能——至少它支持數(shù)據(jù)上行和下行。相比于WiFi中最大的4×4 MU-MIMO規(guī)格，WiFi6擁有了8×8 MU-MIMO——最多可以同時支持向8個終端傳輸數(shù)據(jù)。如此一來適用的場景便多了許多，這時MU-MIMO才到了真正能用的地步。

04、OFDMA技術

長久以來，WiFi一直采用OFDM作為核心傳輸方案。OFDM即正交頻分復用技術，是由多載波調(diào)制發(fā)展而來的一種實現(xiàn)復雜度低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。OFDM主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ISI）。

每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落，從而可消除碼間串擾，而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。用個簡單的例子來說明：假設我們現(xiàn)在有很多車要從A地到B地，沒有使用OFDM技術之前，路是一條路，所有的車四處亂開，橫沖直撞，結果誰都快不了?，F(xiàn)在使用了OFDM技術，將一條大路劃分為很多個車道，大家都按照車道駕駛，這樣既可以提高速度，又能減少車與車之間的干擾。同時這條道的車多了，就勻一點到那條車少的道上去，管理上也方便很多。

OFDMA技術是在OFDM的基礎上加入多址（即多用戶）技術，演進而來的。OFDMA將幀結構重新設計，細分成若干資源單元，為多個用戶服務。以20MHz信道為例，在OFDM方案（即11n/ac）里每一幀由52個數(shù)據(jù)子載波組成，但由于這一幀只為一個終端服務。

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包過小時（像聊天記錄），空載的子載波也無法分配給其他終端。而在OFDMA方案（即11ax）里每一幀由234個數(shù)據(jù)子載波組成，每26個子載波定義為一個資源單元，每個資源單元可以為一個終端服務，這樣每一幀就可以同時為9個用戶服務。

用卡車拉貨來解釋這個技術最方便直觀了。OFDM方案是為每一個客戶發(fā)一次貨車。不管貨物多少，來一單發(fā)一趟，這樣不免就有貨車空載的現(xiàn)象。而OFDMA方案會將多個訂單合在一起發(fā)貨，讓卡車盡量滿載上路，使得運輸效率大大提升。

不但如此，WiFi6下OFDMA和MU-MIMO的效果可以疊加。兩者呈現(xiàn)出一種互補關系，OFDMA適用于小數(shù)據(jù)包的并行傳輸提高信道利用率和傳輸效率。而MU-MIMO則適用于大數(shù)據(jù)包的并行傳輸，提高單用戶的有效帶寬，同樣能減少時延。

05、TWT機制

TWT機制是專門針對類似智能家居這樣的低速設備而設置的。例如配置2.4GHz頻段、20MHz頻帶的WiFi設備。路由器會自動生成一個數(shù)據(jù)交換用的喚醒時間，在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸不高的時段去依次喚醒這些低速設備進行數(shù)據(jù)交換。（比如下載最新數(shù)據(jù)庫，上傳生成數(shù)據(jù)等操作）這樣就可以有效避免網(wǎng)絡擁堵。這也是一種優(yōu)化網(wǎng)絡帶寬利用率的技術手段。

02、5G和WIFI6的對比

01、應用場景：

5G是運營商部署的網(wǎng)絡， 5G的應用是面向eMBB（大流量移動寬帶業(yè)務）、mMTC（大連接物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務）和uRLLC（超高可靠超時延通信）場景的，以室外為主，5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng) 無人駕駛等領域有強烈的需求。而WiFi6主要以室內(nèi)短距離覆蓋為主，Wi-Fi6的應用可以在eMBB和mMTC場景作為5G的補充。是企業(yè)辦公的不二選擇。為企業(yè)更加智能化提供更多選擇。另外，從家庭用戶的使用角度來看，只有wifi6才能發(fā)揮出5G的最大功效。

02、從技術層面

-理想速率，wifi6的高速是通過MU-MIMO和OFDMA實現(xiàn)的。采用1024QAM，帶寬最高160MHZ，天線數(shù)量最多8T8R，理想速率為9.6Gbps。5G的高速是通過大規(guī)模的MIMO無線電技術實現(xiàn)，大規(guī)模的MIMO無線電技術采用幾十到幾百個天線用于傳播無線電信號，理想速率達到10Gbps，兩者理想速率相差不大。

- 覆蓋范圍，覆蓋范圍是和發(fā)射強度有關的，Wi-Fi6 AP國家的認證要求發(fā)射功率不超過0.2W，，覆蓋范圍約五百到一千平米;一個室外5G基站發(fā)射功率可達60W，其覆蓋是公里級的。就覆蓋面積來說，5G優(yōu)于wifi6.

- 室內(nèi)單用戶體驗：Wi-Fi6 AP最高可以是8T8R，實際速率至少為3Gbps-4Gbps。典型的室內(nèi)5G小基站天線一般是4T4R，實際速率是1.5Gbps-2Gbps。所以，單設備的性能Wi-Fi6會優(yōu)于5G。

03、頻譜資源：

wifi6支持的頻段是2.4GHz和5.8GHz，這些頻譜資源是免費的，成本相對較低。5G支持1Ghz以下的低頻段，1GHz到6Ghz的中頻段，24/30Ghz到300GHz的高頻多（也成為毫米波），雖然5G的頻譜資源很寬，很廣，但是這些頻段都是需要授權的，中國是發(fā)牌照，國外是以拍賣的形式為主，成本非常高。

04、建設成本：

5G網(wǎng)絡因信號易衰減，需經(jīng)過嚴密規(guī)劃仿真驗證，此外，5G頻帶和波長的特點需要5G基站更密集，導致投入基站成本高。之前運營商在4G的投資在8千億，而5G的投資是4G的2-4倍。相比較而言，wifi6的升級僅需升級主芯片，且主芯片都是ASIC，成本本身就低于5G 所需的FPGA芯片;光纖入戶或者進入企業(yè)后，只需要購買整機Wi-Fi6 AP即可實現(xiàn)部署，成本相對基站而言非常低廉。再加上當前主流的電腦、手機、pad以及無線終端均支持wifi接入，wifi6的應用就更容易迭代出新了。

正是由于WiFi 6具備的低功耗、低時延、高帶寬、高連接數(shù)、組網(wǎng)方便等技術特征，WiFi 6 技術將與5G形成場景互補，加速智慧家居、企業(yè)接入等室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)應用場景落地。

5G和Wifi6各有各的長處和短板，5G是運營商網(wǎng)絡，授權頻段，而WiFi是非授權頻段，類似私人網(wǎng)絡，就算5G拿到了非授權頻段，由于組網(wǎng)不便、短期內(nèi)接入點成本很難降下來，所以WiFi 6就成了室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)這塊很好的補充。

打個比方，如果把通信技術比作交通工具，5G就像飛機一樣可以迅速將快件從一個城市運至另一個城市，但沒法幫你取1公里內(nèi)的外賣，而取外賣的話最好還是用最先進的電動車。

03、WIFI 6的應用前景

目前不僅很多運營商都在招標WiFi 6的元器件，像華為這樣的大陸芯片企業(yè)也在加速研發(fā)WiFi 6芯片，并且華為、蘋果、三星、小米主流手機品牌都已經(jīng)支持WiFfi 6技術。

這些企業(yè)都在共同推動WiFi 6技術的普及，將加速智慧家居、企業(yè)接入等室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)應用場景的落地。

其一，基于Wifi 6技術的網(wǎng)絡設備將迎來爆發(fā)式增長。

有專業(yè)機構預測，預計到2023年左右，幾乎全部家庭WiFi設備都將更換成WiFi 6.企業(yè)網(wǎng)絡接入中包括機場、酒店等等將有90%更換成WiFi 6.

另外目前運營商可能會在小區(qū)內(nèi)采用千兆光纖+WiFi 6的組合，所以居民小區(qū)固網(wǎng)寬帶也將迎來一次全面升級。

目前WiFi 5正處于去庫存階段，預計今年下半年開始WiFi 6將迎來爆發(fā)式增長。

其二，物聯(lián)網(wǎng)相關元器件、設備行業(yè)將迎來一輪高景氣周期。

以智慧家居為核心的物聯(lián)網(wǎng)場景的加速落地，必然帶來室內(nèi)智能終端設備的放量。