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重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?你体验过追剧或者玩游戏时突然断网吗?

2020-03-20 11:13:55来源:雷锋网  

Wi-Fi是什么?它是一个基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。如今,Wi-Fi已经覆盖了绝大部分的室内场景,你的手机、电脑、智能音箱都已经离不开Wi-Fi。

但是,大部分人应该对现在的Wi-Fi使用体验并不满意。有时候,Wi-Fi信号满格却上不了网。有时候,你又疑惑为什么100兆带宽的光纤网络却慢如蜗牛。还有的时候,Wi-Fi在追剧或者游戏的时候,突然就断了!

如果,Wi-Fi体验可以提升,你一定会毫不犹豫地拥抱这项新技术。Wi-Fi 6就是能够重新定义Wi-Fi功能,现在最值得期待的技术之一。这项正在普及的最新Wi-Fi技术将分两步来给你不一样的Wi-Fi体验。

为什么需要Wi-Fi 6?

Wi-Fi连接速率和稳定性的问题你一定遇到过,因为这些问题在一定程度上就难以回避。回顾一下,20多年前有第一代Wi-Fi标准的时候,也就是移动通信的2G向3G演进的时期,无论是在家里还是在公共场所,Wi-Fi只需要为少量的设备提供连接服务,Wi-Fi也不被人熟知。

到了2010年左右,4G时代来临,智能手机和平板电脑也开始普及,Wi-Fi变得众人皆知,每个人也拥有了一到两个Wi-Fi设备。

如今,智能设备大爆发,一个人可能就有十几甚至几十个Wi-Fi智能设备。并且,随着线视频以及视频直播的兴起,给Wi-Fi网络增加了许多压力。有统计数据显示,2017年到2022年,全球移动数据流量预计将增加7倍,相当于每年增加一倍以上。在这些数据流量中,目前视频数据流量约占比50%,但到2022年时这一比例将会增加至80%。

另有数据指出,到2022年,70%的IP数据流量将会通过无线的方式传输,在这些无线数据传输中,使用Wi-Fi传输的比例将达到59%。

重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?

因此,即便Wi-Fi标准持续演进去适应智能设备的快速增长,但还是没有达到让人满意的效果。历经三个版本的标准,Wi-Fi联盟在2018年底推出了最新一代Wi-Fi技术802.11ax。并且,为了方便大家理解和分辨Wi-Fi技术,Wi-Fi联盟把最新802.11ax命名为Wi-Fi 6,此前的802.11ac、802.11n、802.11a/g也对应改名为Wi-Fi 5、Wi-Fi 4 、Wi-Fi 3。

新推出的Wi-Fi 6需要解决三个核心问题:第一,无论Wi-Fi终端离路由器是远还是近,都需要保持高速的网络连接;第二,保证多终端同时且稳定连接;第三,提升Wi-Fi接入的速度,并且高效且安全地传输数据。

如何重新定义Wi-Fi功能?

要解决上述几个核心问题,就需要Wi-Fi 6标准中种的新技术,比如,MU-MIMO、OFDMA、TWT、WPA3是业界都会支持的技术。

MU-MIMO是从蜂窝通信技术引入到Wi-Fi技术中的一个技术,这项技术可以在同一时刻将完整频段内的资源同时共享给多个设备(用户)使用,使得每个设备都有得到高优先级服务的待遇。从而增强支持多用户并发的能力并提升网络频谱的利用率和网络吞吐量,同时为每单个用户带来速率和时延方面的改善。解释的通俗易用一些,比如要让你一个人用一双手去处理多项任务的时候,你一定忙不过来,采用MU-MIMO技术就像给你增加了很多手,可以应对更多的任务。

OFDMA技术则可以将Wi-Fi数据传输信道带宽划分为多个子信道,用来同时承载多个用户数据,而不是让单个用户数据占用整个信道。由此提升信道资源利用率,支持多用户数据并发,从而降低用户间的资源竞争和服务等待时间。同样用个比喻来解释,你有一辆可以运货的货车,但不管运送整车还是半车货物,即便有多种货物待运,每次也只能运输一种,用了OFDMA技术后,货车一次就可以运多种货物,大大提升了效率。这种技术在用户密集,比如体育赛事和演唱会现场优势非常突出。

TWT(Target Wake Time,目标唤醒时间)就十分容易理解了,这个技术可以使等待连接的终端进入休眠状态,节省功耗,增加终端的使用时间。

WPA3是一个安全协议,其中包含了大量的安全加密性能的提升,保证Wi-Fi连接的安全性和隐私性。

也就是说,MU-MIMO、OFDMA共同提升了Wi-Fi 6连接的速率和可以连接的设备数量,TWT有利于降低Wi-Fi 6的连接功耗,WPA3保证连接的安全性。

重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?

但是,这些关键技术还可以进一步优化,最终体现出功能和性能的差别。

这一市场的重要玩家高通就对这些技术有其独到之处。数据的传输分为上传和下载,MU-MIMO同样分为上行和下行,高通在Wi-Fi 5时就在下行中引入了MU-MIMO,使其在2016年的时候实现了Wi-Fi 5效率2-3倍的性能提升。到了Wi-Fi 6的时候,高通可以提供上行MU-MIMO,能够同时支持上行和下行的MU-MIMO,达到8×8数据流的业界最高标准。

在OFDMA技术方面,高通的Wi-Fi 6解决方案能够同时处理37个用户的并发数据。

除此之外,高通还支持一些Wi-Fi 6标准里的可选标准。比如BSS Coloring(BSS着色技术),这个技术是针对相邻信道的网络设备,用6位着色法使设备能够区分相互之间的关系,降低设备之间的相互干扰,通俗的解释就是“我的地盘我做主”。

还有调制方式上,高通的Wi-Fi 6解决方同时在2.4GHz和5GHz两个频段同时支持1024QAM,相对于市面上大部分厂商只是升级了5GHz频段的调制方式而2.4GHz还是保持在256-QAM甚至64-QAM,高通将两个频段都支持到了最高调制方式,能够在干净环境近距离时的最大吞吐量可以提升约25%。

这种两个频段都采用最高调制方式,再结合MU-MIMO,高通在手机侧的FastConnect 6800解决方案,带来吞吐量的极大提升,物理吞吐量最高可以可以达到1.8 Gbps,实际吞吐量能达到1.3-1.4Gbps。另外,在2.4GHz可以默认支持40MHz带宽。还能让两个链路同时工作,带来更低时延的网络效果。此外,由于能够兼顾2.4GHz和5GHz这两个网络频段,覆盖范围更大。

在AP/网络侧,高通提供的是Qualcomm Networking Pro产品组合,包含四条产品线。全系列芯片组采用4核Arm Cortex-A53 CPU,最高主频可达2.2GHz,同时具备两个网络加速器,硬件可以加速更多数据流。最高端的Qualcomm Networking Pro 1200支持12路空间数据流,每个接入点最多支持连接业界最高的1500个用户。另外,可以并发处理37个OFDMA的用户,以及同时处理8路MU-MIMO数据流。

也就是说,终端侧的FastConnect配合网络侧的Qualcomm Networking Pro,高通能够最大化Wi-Fi 6的性能和体验。

但是,要重新定义Wi-Fi 6,还需要分两步。

重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?

双频Wi-Fi是当务之急

去年,高通和联发科都已经提出了用双频Wi-Fi的方式来提升Wi-Fi连接的速率以及稳定性,由此提升Wi-Fi的使用体验。所谓双频,就是同时连接双频Wi-Fi路由器的2.4GHz频段和5GHz频段,2.4GHz频段覆盖能力更强但速率较低,且容易受到其他工作于这一频段的电子设备的干扰(比如微波炉),5GHz覆盖范围更小,但速率更高。

现实是,双频Wi-Fi路由器已经很普及,但是手机如何在两个频段之间切换困扰着业界。这是因为,路由器由于不了解终端的状态,很难判断合适切换。同样,终端由于使用场景复杂,也很难判断。并且,同时频段之间也不一定能够迅速地频繁切换。

高通手机侧的双频并发用了一个简单有效的方法,2.4GHz和5GHz频段都分别有一套独立的基带和射频,两个Wi-Fi同时工作,而且是工作在2x2的模式(即[email protected][email protected]))。这样,相比传统的双频Wi-Fi只有一套基带,一套MAC控制两个频段的做法,就省去了频段切换的问题。

重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?

但这会带来功耗的问题,因此手机厂商就要基于功耗、应用场景等考虑,通过软件实现智能控制,兼顾更高性能和更低功耗。

当然,手机侧Wi-Fi 6的实现还需要AP/网络侧的配合,路由器在功耗上没有太大限制,可以持续同时提供5GHz和2.4GHz的链接,并且配合手机做切换。据雷锋网了解,高通是通过使用802.11k和802.11v技术让整个切换变得更加无缝。至于何时切换,不仅要是考虑信号的强弱,还要考虑5GHz信道和2.4GHz信道流量等情况,所以路由器侧也需要通过软件做更精细的补充,再结合双频并发的技术,实现全场景更好的切换。

高通此前推出的FastConnect 6200就已经支持实时双频Wi-Fi,在高通提供的底层硬件的支持下,配合手机厂商框架、算法和应用的优化,此前OPPO、VIVO、小米已经相继推出支持双Wi-Fi的手机。如今,随着骁龙865以及FastConnect 6800的推出,大约70款搭载骁龙865移动平台的终端,同时也采用了Qualcomm FastConnect6800 Wi-Fi 6解决方案的手机将陆续推出。

所以,要用Wi-Fi 6去重新定义Wi-Fi性能,双频并发Wi-Fi现在看来更加实用且效果立竿见影。

下一步,Wi-Fi 6E下的160MHz

与5G类似,为了进一步提升网络速度,Wi-Fi 6联盟也考虑让Wi-Fi运行在更高频段。今年初,Wi-Fi联盟首席执行官兼总裁Edgar Figueroa表示,Wi-Fi联盟现在推出Wi-Fi 6E标准,以确保行业统一通用术语,该标准允许Wi-Fi设备在频谱可用时支持6GHz频段。

引入6GHz频段的目的是提供比5GHz频段更宽的通道和尺寸,并且在受到传统Wi-Fi 4或Wi-Fi 5设备干扰的情况下获得清晰的频谱。高通迅速跟进了这一标准,今年2月的时候,高通已经通过FastConnect移动连接子系统和Networking Pro系列组合,在6GHz频段进行了里程碑意义的Wi-Fi 6E OTA演示。

重新定义Wi-Fi功能,Wi-Fi 6为什么要分两步?

由于6GHz频段可以提供更大的带宽,因此通过支持大量的160 MHz信道和先进的调制技术,最新FastConnect 6800子系统能够提供全新水平的Wi-Fi速率(接近1.8Gbps)、可靠性和响应性。

但是请注意,距离使用6GHz的Wi-Fi 6E终端和AP商用都还有一段时间。其中一个重要的原因是频段开放的问题。高通产品经理叶思崑介绍,5GHz有4个频段,在中国目前只能用1、2、4频段,芯片公司需要基于政策规范做出一些特殊的设计。目前,国内还没有开放6GHz频段,等到开放的时候,芯片公司也需要根据国家相关的政策规范,在路由器和终端做一些软硬件的定制化工作。

这时候,一定会有人想到,在5GHz用160MHz的信道不就可以吗?事情没有这么简单,高通产品市场总监接受媒体采访时表示,Wi-Fi 6芯片支持160MHz技术上并不是难点。但我们考虑到,在5GHz频段上,160MHz的信道非常少,中国只有1个,欧美有2个,并且中国的这1个160MHz信道还有一部分是跨越到动态频率选择(DFS)的信道。因此目前阶段,160MHz的可用性并不是那么迫切。

还有,目前Wi-Fi问题主要是干扰较多、覆盖范围差和交互等造成的,带宽不是主要问题。并且,市面上支持160MHz的路由器相对较少。因此高通认为目前双频并发的Wi-Fi更能解决用户痛点,对Wi-Fi 6E标准也会积极跟进。

责任编辑:hnmd003

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