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linux wifi6,WIFI6 基本知識(一)

什麼是WI-FI6(802.11ax)

Wi-Fi 6 是下一代 802.11ax 标準的簡稱。随着 Wi-Fi 标準的演進,WFA 為了便于 Wi-Fi 使用者和裝置廠商輕松了解其裝置連接配接或支援的 Wi-Fi 型号,選擇使用數字序号來對 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、支援更多的并發連接配接等。現在的WI-FI命名分别對應如下技術标準:

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WI-FI 6的速度

計算公式:

整機速率 = 空間流數量 * 1/(Symbol + GI) * 編碼方式 * 碼率* 有效子載波數量

空間流數量:其實就是AP的天線,天線數越多,整機吞吐量越大。

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Symbol與GI:Symbol就是時域上的傳輸信号,相鄰的兩個Symbol之間需要有一定的空隙(GI),以避免 Symbol 之間的幹擾。就像中國的高鐵一樣,每列車相當于一個 Symbol,同一個車站發出的兩列車之間一定要有一個時間間隙,否則兩列車就可能會發生碰撞。

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編碼方式:即調制方式,即1個Symbol裡面能夠承載的bit數量。

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碼率:理論上應該是按照編碼方式無損傳輸,但實際上,傳輸的過程中需要加入一些用于糾錯的資訊碼,用備援來換取高可靠度。碼率就是排除糾錯碼之後實際真實傳輸的理論碼占理論值的比例。

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有效子載波數量:類似于頻域上的Symbol,一個子載波承載一個Symbol,不同調制方式及不同頻寬下的子載波數量不同

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根據以上資料,我們可以計算802.11ac跟802.11ax在HT80頻寬下的單條空間流最大速率:

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WI-FI6核心技術

WI-FI6除了繼承了WI-FI5的所有MIMO特性之外,還增加了許多針對高密部署場景的特性。以下是WI-FI6的核心新特性:

OFDMA頻分複用技術

DL/UL MU-MIMO技術

更高階的調制技術(1024-QAM)

空分複用技術(SR) & BSS Coloring着色機制

擴充覆寫範圍(ER)

OFDMA頻分複用技術

在802.11ax之前,資料傳輸采用的是OFDM模式,即使用者是通過不同時間片段區分的。在每一個時間片段裡,一個使用者獨占所有的子載波,并且發送一個完整的資料包。此工作模式,由于一個使用者獨占所有子載波,導緻信道資源的使用率不高。

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而在802.11ax,使用的是OFDMA(且802.11ax同時支援上下行多使用者模式,是以也可以稱為MU-OFDMA),此技術可将子載波配置設定給不同使用者并在OFDM系統中添加多址的方法來實作多使用者複用信道資源。802.11ax 标準也仿效 LTE,将最小的子信道稱為“資源機關(Resource Unit,簡稱 RU)”,每個 RU 當中至少包含 26 個子載波,使用者是根據時頻資源塊 RU 區分出來的。我們首先将整個信道的資源分成一個個小的固定大小的時頻資源塊 RU。在該模式下,使用者的資料是承載在每一個 RU 上的,故從總的時頻資源上來看,每一個時間片上,有可能有多個使用者同時發送。

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OFDMA相比于OFDM一般有三點好處:

更細的信道資源配置設定

提供更好的QOS

更多的使用者并發及更高的使用者帶寬

DL/UL MU-MIMO技術

MU-MIMO 使用信道的空間分集來在相同帶寬上發送獨立的資料流,與OFDMA 不同,所有使用者都使用全部帶寬,進而帶來多路複用增益。在 AP 中引入 MU-MIMO 技術,同一時刻就可以實作 AP 與多個終端之間同時傳輸資料,大大提升了吞吐量。

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SU-MIMO與MU-MIMO的差別:

正常的MIMO可以稱為SU-MIMO,即“單使用者多進多出”,其雖然可以通過多鍊路同時傳輸的方式,提升路由器與用戶端裝置之間的網絡通訊速率,但在同一時間 和同一個頻段内,路由器隻能夠與一個用戶端裝置通信。是以即便用戶端裝置不能完全占用路由器的無線帶寬,那路由器也無法将剩餘帶寬配置設定給其它裝置使用。

MU-MIMO技術則是在正常MIMO的基礎上,添加了多使用者同時通信機制,是以MU-MIMO可以将全部的無線帶寬利用起來。在多使用者接入的情況下,各個裝置的網絡延遲狀況都會得到較好的改善。更重要的一點是,MU-MIMO不需要用戶端裝置提供支援,隻要路由器本身支援MU-MIMO技術,那麼其在實際使用的過程中就會生效,并通過路由器固件的設定來調整各個無線用戶端裝置的帶寬配置設定。

DL MU-MIMO技術

MU-MIMO 在 802.11ac 就已經引入,但隻支援 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在802.11ax 中進一步增加了 MU-MIMO 數量,可支援 DL 8x8 MU-MIMO,借助 DL OFDMA技術(下行),可同時進行 MU-MIMO 傳輸和配置設定不同 RU 進行多使用者多址傳輸,既增加了系統并發接入量,又均衡了吞吐量。

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UL MU-MIMO技術

UL MU-MIMO(上行)是 802.11ax 中引入的一個重要特性。802.11ac 及之前的 802.11 标準都是 UL SU-MIMO,即隻能接受一個使用者發來的資料,多使用者并發場景效率較低,802.11ax 支援 UL MU-MIMO 後,借助 UL OFDMA 技術(上行),可同時進行 MU-MIMO 傳輸和配置設定不同 RU 進行多使用者多址傳輸

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以下是OFDMA與MU-MIMO的對比:

OFDMA

MU-MIMO

提高效率

提升容量

降低延遲時間

每使用者速率更高

最适合低帶寬應用

最适合高帶寬應用

最适合小包封包傳輸

最适合大包封包傳輸