華為技術白皮書：什么是 Wi-Fi 6（802.11ax）？

1.Wi-Fi 發展簡介

Wi-Fi 已成為當今世界無處不在的技術，為數十億設備提供連接，也是越來越多的用戶上網接入的首選方式，并且有逐步取代有線接入的趨勢。為適應新的業務應用和減小與有線網絡帶寬的差距，每一代 802.11的標準都在大幅度的提升其速率。

1997 年 IEEE 制定出第一個無線局域網標準802.11，數據傳輸速率僅有 2 Mbps，但這個標準的誕生改變了用戶的接入方式，使人們從線纜的束縛中解脫出來。

隨著人們對網絡傳輸速率的要求不斷提升，在1999 年 IEEE 發布了 802.11b 標準。802.11b 運行在2.4 GHz 頻段，傳輸速率為 11 Mbit/s，是原始標準的 5倍。同年，IEEE 又補充發布了 802.11a 標準，采用了與原始標準相同的核心協議，工作頻率為 5 GHz，最大原始數據傳輸率 54 Mbit/s，達到了現實網絡中等吞吐量（20 Mbit/s）的要求，由于 2.4 GHz 頻段已經被到處使用，采用 5 GHz 頻段讓 802.11a 具有更少沖突的優點。

2003 年，作為 802.11a 標準的 OFDM 技術也被改編為在 2.4 GHz 頻段運行，從而產生了 802.11g，其載波的頻率為 2.4 GHz（跟 802.11b 相同），原始傳送速度為 54 Mbit/s， 凈傳輸速度約為 24.7 Mbit/s（跟 802.11a相同）。

對 Wi-Fi 影響比較重要的標準是 2009 年發布的802.11n，這個標準對 Wi-Fi 的傳輸和接入進行了重大改進，引入了 MIMO、安全加密等新概念和基于 MIMO的一些高級功能（如波束成形，空間復用......），傳輸速度達到 600 Mbit/s。此外，802.11n 也是第一個同時工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段的Wi-Fi 技術。

然而，移動業務的快速發展和高密度接入對Wi-Fi 網絡的帶寬提出了更高的要求，在2013 年發布的 802.11ac 標準引入了更寬的射頻帶寬（提升至160 MHz）和更高階的調制技術（256-QAM），傳輸速度高達 1.73 Gbps，進一步提升 Wi-Fi 網絡吞吐量。另外，在 2015 年發布了 802.11ac wave2 標準，將波束成形和 MU-MIMO 等功能推向主流，提升了系統接入容量。但遺憾的是 802.11ac 僅支持 5 GHz 頻段的終端，削弱了 2.4 GHz 頻段下的用戶體驗。

然而，隨著視頻會議、無線互動 VR、移動教學等業務應用越來越豐富，Wi-Fi 接入終端越來越多，IoT的發展更是帶來了更多的移動終端接入無線網絡，甚至以前接入終端較少的家庭 Wi-Fi 網絡也將隨著越來越多的智能家居設備的接入而變得擁擠。因此 Wi-Fi網絡仍需要不斷提升速度，同時還需要考慮是否能接入更多的終端，適應不斷擴大的客戶端設備數量以及不同應用的用戶體驗需求。

下一代Wi-Fi 需要解決更多終端的接入導致整個Wi-Fi 網絡效率降低的問題，早在2014 年 IEEE 802.11工作組就已經開始著手應對這一挑戰， 預計在 2019 年正式推出的802.11ax（下個章節介紹為什么叫 Wi-Fi 6）標準將引入上行 MU-MIMO、OFDMA 頻分復用、1024-QAM 高階編碼等技術，將從頻譜資源利用、多用戶接入等方面解決網絡容量和傳輸效率問題。目標是在密集用戶環境中將用戶的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi 5提高至少4 倍，并發用戶數提升 3 倍以上，因此，Wi-Fi 6（802.11ax）也被稱為高效無線（HEW）。

表1 802.11標準與新命名

2.什么是 Wi-Fi 6(802.11ax)

Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 標準的簡稱。隨著 Wi-Fi 標準的演進，WFA 為了便于 Wi- Fi 用戶和設備廠商輕松了解其設備連接或支持的 Wi-Fi 型號，選擇使用數字序號來對 Wi- Fi 重新命名。另一方面，選擇新一代命名方法也是為了更好地突出 Wi-Fi 技術的重大進步，它提供了大量新功能，包括增加的吞吐量和更快的速度、支持更多的并發連接等。根據 WFA 的公告，現在的 Wi-Fi 命名如表1。

和以往每次發布新的 802.11 標準一樣，802.11ax 也將兼容之前的 802.11ac/n/g/a/b 標準，老的終端一樣可以無縫接入 802.11ax 網絡。

3.Wi-Fi 6 核心技術

Wi-Fi 6（802.11ax）繼承了Wi-Fi 5（802.11ac）的所有先進 MIMO 特性，并新增了許多針對高密部署場景的新特性。以下是Wi-Fi 6 的核心新特性：

- OFDMA 頻分復用技術

- DL/UL MU-MIMO 技術

- 更高階的調制技術（1024-QAM）

- 空分復用技術（SR）& BSS Coloring 著色機制

- 擴展覆蓋范圍 (ER)

4 .為什么要Wi-Fi 6（802.11ax）

802.11ax設計之初就是為了適用于高密度無線接入和高容量無線業務，比如室外大型公共場所、高密場館、室內高密無線辦公、電子教室等場景。

在這些場景中，接入Wi-Fi網絡的客戶端設備將呈現巨大增長，另外，還在不斷增加的語音及視頻流量也對Wi-Fi網絡帶來調整，根據預測，到2020年全球移動視頻流量將占移動數據流量的50 %以上，其中有80 %以上的移動流量將會通過Wi-Fi承載。我們都知道4 K視頻流（帶寬要求30 Mbps/人）、語音流（時延小于30 ms）、VR 流（帶寬要求50 Mbps/人，時延10～20 ms）對帶寬和時延是十分敏感的，如果網絡擁塞或重傳導致傳輸延時，將對用戶體驗帶來較大影響。而現有的Wi-Fi 5 （802.11ac）網絡雖然也能提供大帶寬能力，但是隨著接入密度的不斷升高，吞吐量性能遇到瓶頸。而Wi-Fi 6（802.11ax）網絡通過OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技術使這些服務比以前更可靠，不但支持接入更多的客戶端，同時還能均衡每用戶帶寬。比如說電子教室，以前如果是100多位學生的大課授課形式,傳輸視頻或是上下行的交互挑戰都比較大，而802.11ax網絡將輕松應對該場景。

5.5G與Wi-Fi6（802.11ac）的共存關系

這不是一個新穎的話題，在 1999 年～2000 年間，就有人提出 2 G 將替代 Wi-Fi 的觀點；2008 年～2009年也出現了 4 G 將代替 Wi-Fi 的猜測；現在又有人開始討論 5 G 代替 Wi-Fi 的話題了。可是，5 G 與 Wi-Fi 的應用場景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用于室內環境，而 5 G 則是一種廣域網技術，它在室外的應用場景更多。所以我們相信 Wi-Fi 和 5G 將長期共存下去。

我們從以下幾個角度進一步分析：

1）流量費用

假設 5 G 技術取代 Wi-Fi，那么就必須推出無限流量的套餐，否則費用會遠遠大于寬帶使用的費用，更何況目前寬帶的價格一年比一年低，誰也不會去選擇更貴的 5 G。在目前的 4G 時代無限流量的套餐就是個噱頭，三大運營商都紛紛推出過無限流量的套餐，當時流量超出套餐的流量之后，網絡會自動降為 2 G 模式，最高速度只有 128 Kbps，這個速度看視頻不如看漫畫，因此所謂的無限流量只是個無稽之談。

2）網絡覆蓋

5 G 網絡技術采用的是超高頻頻譜（5 G 網絡頻段：24 GHz～52 GHz；4 G 網絡頻段 ：1.8 GHz～2.6 GHz，不包括 2.4 GHz），前面已經提到，頻率越高衍射現象越弱，穿越障礙的能力也就越弱，所以 5 G 信號是很容易衰弱的。如果保持 5 G 信號的覆蓋需要比 4 G 建設更多的基站。而且由于信號的衰減，如果在大樓的內部，隔著幾道墻，信號衰減就更加嚴重了。再有個極端的例子就是地下室，Wi-Fi 網絡可以將路由器通過有線連接放入地下室產生信號，但是 5 G 網絡是不可能覆蓋到所有大樓的地下室的，單就這一個弊端，5 G 也無法取代 Wi-Fi。另外，現在幾乎所有智能設備都有 Wi-Fi 模塊，大多數物聯網設備也配備了 Wi-Fi 模塊，

出口只用一個公網 IP 地址，局域網內部占用大量地址也沒關系，用戶在自己的 Wi-Fi 網絡下管理這些設備都很方便，而用 5 G 勢必會占用更多公網的 IP 地址。

3）網絡容量

帶寬 x 頻譜效率 x 終端數量 = 總容量。

5 G 的優點在于它的載波聚合技術，提升了頻譜利用率，大大提升了網絡容量。在 3 G/4 G 時代，當用戶在人群密集的場所如地鐵、車站等地方使用手機上網時，可以明顯感覺到上網延遲變大，網速變慢。而在 5 G 時代，隨著網絡容量大幅提升上述現象帶來的影響明顯降低。也正是這樣的特性，讓人覺得 5 G 網絡下可以無限量接入，但很多人忽視了一點，那就是隨著物聯網時代的到來，入網設備的數量也在大幅提升，如果真的所有的上網設備都直連區域內的基站，這條 5 G 高速路再寬也得堵死啊！而要想降低基站塔的負擔，就必須依靠 Wi-Fi 來做分流。

4）Wi-Fi 速率高于 5 G 速率

移動設備廠商宣傳的 5 G 最重要的 3 個特征是高速度、大容量、低時延，其實最新一代的 Wi-Fi 速率比 5 G 還要快，最新的 802.11ax（Wi-Fi 6）單流峰值速率 1.2 Gbps（5 G 網絡峰值速率 1 Gbps），平均來看，Wi-Fi 每升級一代所用的時間大約只是移動網絡的一半左右，所以從最新的 Wi-Fi 6 開始，速率會持續領先于移動網絡。

5）終端類型

辦公、物流、商業、智能家居等各行各業都在走向無線化，首先要做的就是把設備、人員、終端等全部聯網使用。假設 5 G 替代了 Wi-Fi 的存在，那么未來的所有聯網終端都需要配備一張類似手機 SIM 卡的東西才可以上網。這一個理由也注定了目前在室內場景 5 G是不可能取代 Wi-Fi 的。類似的設備還有 VR、游戲機、電子閱讀器、機頂盒等等……

6）移動端電池耗電

大家都知道手機、pad 等移動終端都是用的電池，大家通常都認為電池的耐用性與安裝的業務，和使用頻率有關，但人們往往忽略了一點，終端的各種移動信號接入質量好與差也與電池耗電量有關。當信號變差時，移動終端為了確保給用戶提供一個良好的體驗，會自動增加發射功率來提升信號質量，這就導致電池耗電量增加。由于 Wi-Fi 的信號源基本是在室內范圍，而 5 G 信號在室外幾十公里外的基站，這樣就導致移動終端上傳數據時，Wi-Fi 的傳送距離遠遠小于 5 G 信號。通常情況下 5 G 的通信距離是 Wi-Fi 的幾千倍以上，這樣就需要手機的信號發射強度大大增加，這就增加了耗電量。曾經有人做過實驗，以 4 G 為例，使用網絡數據半小時，Wi-Fi 會比移動網絡節省 5 %的電量。另外，最新一代的 Wi-Fi 6（802.11ax）支持 TWT 功能，可以在業務需要時自動喚醒，在業務不適用時自動休眠，進一步節省了電量。

因此，目前所面臨的這些問題使得 5 G 還無法徹底取代 Wi-Fi，更多的是與 Wi-Fi 進行深度融合，因此使用 Wi-Fi 的企業和用戶并不用過于慌張。今天的 Wi-Fi已不再是一個提供無線網絡的設備，更多的應該被視為企業數字化轉型的必備設施或中央樞紐。例如目前絕大部分的智慧零售、智慧物流、智慧辦公等解決方案的中央樞紐就是 Wi-Fi 網絡。

（摘自：《華為Wi-Fi 6（802.11ax）技術白皮書》）