Wi-Fi6技术发展现状综述

Wi-Fi6技术发展现状综述

摘要：首先介绍了Wi-Fi技术的发展历程，然后结合Wi-Fi6的技术特点，阐述了Wi-Fi6所使用的新技术能够有效提高其市场普及率。关键词：Wi-Fi6，技术发展，多用户-多输入多输出，正交频分多址0引言Wi-Fi全称为WirelessFidelity，是基于IEEE802.11系列标准的无线局域网通信技术，目的是实现基于IEEE802.11系列标准的无线网络产品之间的互通性。随着无线技术的演进，在线图片、视频、流媒体等服务与应用对无线局域网技术提出了更高的带宽和传输速率要求，而企业与个人所拥有的终端数量不断增加，为无线局域网在密集环境中的终端接入能力带来巨大考验。1Wi-Fi技术发展历程Wi-Fi技术主要以于无线局域网为主，非授权频段为其工作频段，主要使用2.4GHz频段（2.4GHz-2.4835GHz）和5GHz频段（5.15GHz-5.35GHz、5.725GHz-5.850GHz）。Wi-Fi标准由美国电气电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，以下简称“IEEE”）制定，而Wi-Fi的授权认证和商业推广由Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）负责。1997年，IEEE制定了第一个无线局域网标准协议IEEE802.11，即第一代Wi-Fi技术，工作频段为2.4GHz的非授权ISM频段，总数据传输速率为2Mb/s。1999年，IEEE在原有技术的基础上形成了IEEE802.11b，即第二代Wi-Fi技术，这种技术采用了与原IEEE802.11无线标准相同的2.4GHz频段，但是将数据传输速率提高到了11Mb/s。2002年，IEEE又发布了一个更快的IEEE802.11a标准，即第三代Wi-Fi技术，该标准不再是工作在日益拥挤的2.4GHz频段，而是运行在5GHz频段，所支持的速度高达54Mb/s。2007年，IEEE基于多天线技术开发了第四代Wi-Fi技术EEE802.11n，该技术可支持2.4GHz或5GHz频段，最低数据传输速率150Mb/s，最高数据传输速率能够达到450Mb/s。2012年，IEEE发布的第五代Wi-Fi技术IEEE802.11ac，只运行于5GHz，能够提供最少1Gb/s数据传输速率。2019年，IEEE发布最新的Wi-Fi标准协议802.11ax，即Wi-Fi6，其工作频段可同时支持2.4GHz和5GHz频段，最高传输速率达9.6Gb/s。2020年，Wi-Fi联盟宣布将可在6GHz频段运行的Wi-Fi6设备命名为Wi-Fi6E（E代表Extended）。目前，Wi-Fi6E工作频段为5.925GHz-7.125GHz共1.2GHz的带宽，2.4GHz（2.412GHz-2.484GHz）及5GHz（5.15GHz-5.825GHz）频段。[1]2Wi-Fi6的技术特点2.1多用户-多输入多输出技术多用户-多输入多输出（MU-MIMO）技术是是指在无线通信系统里，一个基站同时服务于多个移动终端，基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。[2]Wi-Fi6支持上下行的MU-MIMO技术，可以一次同时支持8台终端设备上行/下行传输更多数据。MU-MIMO路由的信号在空域、时域、频域空域三个维度上相互独立，同时发出不同的信号，能够同一时间与三台设备协同工作。由于三部分信号互不干扰，因此每台设备得到的频宽资源得到最优化的利用，从路由器角度对比，数据传输速率提高了3倍，优化了网络资源利用率，从而确保Wi-Fi不间断连接。MU-MIMO技术给予了路由器并行处理的能力，适用于大数据包的并行传输，使路由器能够同时为多台设备传输数据，提高单用户的有效带宽，减少时延，极大地改善了网络拥堵的情况。2.2正交频分多址技术Wi-Fi以OFDM（正交频分复用技术）作为核心传输方案。该技术将信道分成若干正交子信道，可将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，从而调制到每个子信道上进行传输。正交信号通过相关技术在接收端进行区分，来减少子信道之间的相互干扰（ISI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此，每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而消除码间串扰，且每个子信道的带宽仅为原信道带宽的一小部分，信道均衡更易实现。正交频分多址（OFDMA）技术是在OFDM的基础上加入多址（即多用户）技术演进而来的。[3]OFDMA技术将帧结构重新设计，细分成若干资源单元，为多个用户服务。以20MHz信道为例，在OFDM方案里每一帧由52个数据子载波组成，但由于这一帧只为一个终端服务，传输的数据包过小的时候，空载的子载波也无法分配给其他终端，而在OFDMA方案里每一帧由234个数据子载波组成，每26个子载波定义为一个资源单元，每个资源单元可以为一个终端服务，这样每一帧就可以同时为9个用户服务，从而提升传输效率。OFDM使无线路由器一次只能与一台手机通信，即使只是在网页上加载一张图片，都要占用整个通信周期。Wi-Fi6的编码类型升级到OFDMA，即正交频分多址技术，适用于小数据包的并行传输，能够让无线路由器在一个通信周期内跟多台手机同时通信，同时尽可能压缩每次通信周期的数据传输量，以提高传输效率和信道利用率，从而使网络更畅通。2.31024-QAM调制技术正交幅度调制（QAM调制）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，这两个载波通常是相位差为90°（π/2）的正弦波，因此被称作正交载波。QAM是幅度、相位联合调制的技术，其幅度和相位同时变化，利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率。基于IEEE802.11ac标准的第五代Wi-Fi技术主要采用256-QAM的调制技术，数据流最大支持4个，而Wi-Fi6采用的是1024-QAM调制技术，数据流最大支持8个，因此，第五代Wi-Fi256-QAM调制技术的理论传输速率可达到3.5Gb/s，而Wi-Fi61024-QAM调制技术则可以达到的9.6Gb/s。2.4目标唤醒时间机制目标唤醒时间（TWT）机制是Wi-Fi6的一项新技术，终端与AP之间有时间表，在协商好的周期到达时终端醒来，传输完成后返回睡眠状态，减少了保持传输和搜索信号所需的时间。路由器会自动生成一个数据交换用的唤醒时间，在网络数据传输不高的时段去依次唤醒这些低速设备进行数据交换，比如下载最新数据库，上传生成数据等操作，从而有效避免网络拥堵。TWT作为优化网络带宽利用率的技术手段的同时，也有效减少了电量消耗，降低30%终端功耗。3结束语Wi-Fi6通过MU-MIMO、OFDMA、1024-QAM、TWT等技术实现了更高的网络传输速率与更低的延迟，同时延长了待机时间并降低了终端功耗。此外，支持2.4GHz、5GHz、6GHz的使用频段使得Wi-Fi6所能利用的频段与信道增多，在资源分配上也更有弹性。这些新技术的应用使得Wi-Fi6技术能够极大程度的适应未来市场的需求，从而提高其市场普及率。参考文献：[1