在Wi-Fi技術演進的20年時間里,無線技術的發展速度已經超出了所有人的預料。而得益于智能手機等移動終端的全面普及,人們對Wi-Fi的需求也越來越高,即便是影響廣泛的802.11n,似乎也正從主流電子設備的標配中消失。那么距離802.11n的全面終結還有多久時間呢?
802.11n的終結者:802.11ax
根據經濟合作與發展組織(OECD)預測,一個四口之家的無線連接設備數量現在已經達到了平均每戶10臺。而據跨政府貿易組織預測,到2022年這個數字將躍升至50臺,并且所有這些無線連接設備都將在同一個網絡中競爭帶寬。面對上述趨勢,一般的802.11n無線設備,不論是速率還是承載上顯然都無法應對。
那么當下正在快速普及的802.11ac無線標準呢?它不是已經讓人們突破千兆無線的屏障了嗎?對大多數人來說帶寬應該是充足的呀。
然而實際上,Wi-Fi的問題并不總是在速度層面上,Wi-Fi更大的問題是擁塞,以及如何處理大量與無線相關的應用甚至化解大并發的網絡。面對這些問題,802.11n、802.11ac并沒有很好的特性可供解決。這時,新一代Wi-Fi技術演進版本--802.11ax就逐步被確立起來,以應對大幅提升的帶寬與承載需求。而屆時802.11n也將被802.11ax徹底終結掉。
802.11n也將被802.11ax終結
可能有人會問:終結第四代無線技術802.11n的任務不是該第五代的802.11ac來完成嗎?為什么會是第六代的802.11ax呢?
答案是:這是由各自無線協議的兼容性所決定的。802.11ac只在5GHz頻段上運行,而當下主流的802.11ac無線路由器,實際都是802.11n/802.11ac雙制式產物。而即將到來的802.11ax才與802.11n一樣,是可同時工作在2.4G和5G頻段下的無線協議。也正因為如此,決定了802.11ax的終結者身份。
那么,以終結者身份亮相的802.11ax在功能特性上有怎樣的潛力呢?
首先,802.11ax將會減少擁塞。
隨著Wi-Fi使用的大普及,現在場景中無線大并發的情況、短報文的情況越來越多,但傳統的Wi-Fi協議對于處理大并發和大量短報文并無優勢,而802.11ax卻針對這些場景做了大量的改進和優化。
802.11ax針對大并發、大承載進行優化
802.11ax不僅將Wi-Fi工作原理重新設計過,而且從LTE技術中引入了一些最佳實踐,因此更具有解決上述問題的潛在特質。
具體來說,802.11ax的核心是將4G LTE蜂窩基站中使用的正交頻分多址(OFDMA)技術引入進來。利用OFDMA技術,每個頻道被切分成數百個較小的子載波,用戶在規定時間內只占用多個子載波組合成的一個子集,大大提升了同一信道帶寬的利用效率。而且讓終端可不依賴于多用戶多入多出(MU-MIMO)機制,賦予其另外一種更穩定可靠的多用戶并發傳輸模式。
802.11ax引入OFDMA技術
如果“舉個栗子”來看,傳統Wi-Fi版本中的數據傳輸,就像銀行只有1個柜臺,人們必須排隊辦業務。MU-MIMO技術則相當于有4個出納員和4條線路,但是人們仍需排隊等待。而使用OFDMA,1個出納員能力爆發,可以同時處理大量客戶的業務,人們不用再排隊等待了,因此可以有效減少擁塞問題。
并且802.11ax標準利用OFDMA技術,加之同時支持2.4GHz和5GHz頻段,還能創造出更多可用的數據通道。
此外,通過在多AP多用戶并發場景中引入一部分LTE領域的組網特性,也能讓信號的抗干擾性大幅提升。
其次,802.11ax讓無線再提速。
理論上,802.11ax的物理層速率,大約比時下最新的802.11ac wave2提速38.5%。其中,在802.11ax的規范中,引入了一個更為高階的調制編碼方案1024QAM,可支持每個OFDM symbol(符號)攜帶更多的數據傳輸,這部分的提升就達到了25%。
802.11ax引入高階調制編碼方案1024QAM
以802.11ac為例,如果使用了160MHz的頻寬單流傳輸,最高理論無線傳輸速率可達866Mbps;而802.11ax的傳輸速率可提到1.2Gbps。如果考慮8x8 MIMO環境,802.11ax的理論速率更能飆到9.6Gbps。
802.11ax與802.11ac物理層速率對比
有專家指出,如果通過更合理的軟件調度,更好的多用戶協商,以及對資源的優化利用,在典型的多戶并發場景中,通過部署802.11ax,整體性能可提升4倍左右。
再有,802.11ax讓無線覆蓋更廣。
在相同帶寬下,802.11ax可采用點數(采樣點數量)更多的FFT來還原信號。由于采樣點數量與子載波數量一一對應,所以FFT點數越多,說明其子載波數越多,而子載波的間隙也就越小。
較窄的子載波間隔以及增加的符號持續時間,都可提升信號健壯性,擴大信號覆蓋
在802.11ax中,子載波間隙可從312.5kHz降至78.125kHz,而其對應的符號持續時間則會增加4倍,更有利于確保信號的健壯性,以及獲得覆蓋至更遠的信號范圍。
除了上述關鍵優勢外,802.11ax還增加了其他一些新的技術點,包括:
·上行MU-MIMO:在802.11ac wave2 下行MU-MIMO的基礎上,加入了上行MU-MIMO特性,實現了完整意義上的多終端并行傳輸。
上行MU-MIMO
·空間復用:能夠高效識別空口沖突并進行退避,結合動態空閑信道評估與動態功率控制等手段,可進一步提升干擾信號識別與降噪性能。簡言之,即允許接入點(路由器)在何時傳輸數據方面做出更智能的決策;同時可以更快地丟棄接收到的干擾報文。
·目標喚醒時間(TWT):使得AP能夠告訴終端什么時候進入睡眠狀態并何時醒來,通過提高喚醒和睡眠效率有助于延長智能手機和其他移動設備的電池壽命。
802.11ax技術有助于節能降耗(廣播目標喚醒時間操作示例)
那么,802.11ax時代究竟何時能夠到來呢?
802.11ax時代何時到來?
現在以高通、博通、Quantenna等為代表的芯片廠商紛紛推出了802.11ax無線芯片,部分“手快”的廠商更拿出了支持802.11ax的家用級路由器以及企業級無線AP,但仍屬鳳毛麟角,而且能與之匹配的802.11ax終端設備尚未出現。
802.11ax將成為802.11n的終結者
不過根據目前主流無線廠商公布的產品演進路線可以預測,到2018年下半年,第一批802.11ax終端就會上市。到2019年,預計至少30%以上的終端都會支持802.11ax。
而且鑒于802.11ax的最終標準有望于2019年被正式確立,大量802.11ax相關設備必會快速跟進,屆時802.11n也就真正可以宣告退役了。
802.11ax的最終標準有望2019年確立
不僅如此,802.11ax還有望進一步拓展Wi-Fi市場規模,特別是在家庭、企業和公共場所等用戶密度較高的區域內鋪開。有預測指出,支持802.11ax的總設備出貨量將從2019年的11.6萬臺增加到2021年的5800萬臺,市場空間相當廣闊。
不過,在向802.11ax演進的過程中,無線設備廠商是否能夠把握時機攻城略地,還要看各自的技術功底是否深厚。因為要想打造一款可真正商用的802.11ax設備,不僅要具備長期良好的上下游產業鏈布局、自身硬件設計實力(802.11ax需要多天線、多射頻等硬件設計基礎,沒有長時間積累很難做好),還要有強大的自身軟件預研能力(實際場景中,大量的報文處理機制和網優算法都需要進行優化)從旁輔助才行,而現階段擺在廠商面前的挑戰顯然還不少。