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，並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 2Mbps，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 發佈了 802.11b 標準。

802.11b 運行在 2.4 GHz 頻段，傳輸速率為 11Mbit/s，是原始標準的 5 倍。同年，IEEE 又補充發布了 802.11a 標準，採用了與原始標準相同的核心協議，工作頻率為 5GHz，最大原始數據傳輸率 54Mbit/s，達到了現實網絡中等吞吐量(20Mbit/s)的要求，由於 2.4GHz 頻段已經被到處使用，採用 5GHz 頻段讓 802.11a 具有更少衝突的優點。

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 2.4GHz(跟 802.11b 相同)，原始傳送速度為 54Mbit/s， 淨傳輸速度約為 24.7Mbit/s(跟 802.11a 相同)。

對 Wi-Fi 影響比較重要的標準是 2009 年發佈的 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於 MIMO 的一些高級功能

（如波束成形，空間複用......），傳輸速度達到 600Mbit/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 年發佈的 802.11ac 標準引入了更寬的射頻帶寬（提升至 160MHz）和更高階的調製技術（256-QAM），傳輸速度高達 1.73Gbps，進一步提升 Wi-Fi 網絡吞吐量。另外，在

2015 年發佈了 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 5GHz 頻段的終端，削弱了 2.4GHz 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。

Wi-Fi 標準下的接入量與人均帶寬關係

圖 1-1 不同Wi-Fi 標準下的接入量與人均帶寬關係

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(下個章節介紹為什麼叫 Wi-Fi 6)標準將引入上行 MU-MIMO、OFDMA 頻分複用、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，併發用戶數提升 3 倍以上，因此，Wi-Fi 6(802.11ax)也被稱為高效無線（HEW）。

2. 什麼是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 為了便於 Wi-

Fi 用戶和設備廠商輕鬆瞭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、支持更多的併發連接等。根據WFA

的公告，現在的 Wi-Fi 命名分別對應如下 802.11 技術標準：

表 1 802.11 標準與新命名

和以往每次發佈新的 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。

2.1 Wi-Fi 6 速度有多快？

4G 是移動網絡高速率的代名詞，同樣，Wi-Fi 6 是無線局域網高速率的代名詞，但這個高速率是怎麼來的，由以下幾個因素決定。

計算公式：

（1） 空間流數量

空間流其實就是 AP 的天線，天線數越多，整機吞吐量也越大，就像高速公路的車道一樣，8 車道一定會比 4 車道運輸量更大。

表 2 不同 802.11 標準對應的空間流數量

（2） Symbol 與 GI

Symbol 就是時域上的傳輸信號，相鄰的兩個Symbol 之間需要有一定的空隙（GI）

， 以避免 Symbol 之間的干擾。就像中國的高鐵一樣，每列車相當於一個

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。不同 Wi-Fi 標準下的間隙也有不同，一般來說傳輸速度較快時

GI 需要適當增 大，就像同一車道上兩列 350KM/h 時速的高鐵發車時間間隙要比時速 250KM/h 時速的高鐵發車間隙要大一些。

表 3 802.11 標準對應的 Symbol 與 GI 數據

（3） 編碼方式

802.11a/g802.11n802.11ac802.11ax最高階調製64 QAM64 QAM256 QAM1024 QAMbit 數/Symbol66810編碼方式就是調製技術，即 1 個 Symbol 裡面能承載的 bit 數量。從 Wi-Fi 1 到 Wi- Fi 6，每次調製技術的提升，都能至少給每條空間流速率帶來 20%以上的提升。

表 4 802.11 標準對應的 QAM

（4） 碼 率

理論上應該是按照編碼方式無損傳輸，但現實沒有這麼美好。傳輸時需要加入一些用於糾錯的信息碼，用冗餘換取高可靠度。碼率就是排除糾錯碼之後實際真實傳輸

的數據碼佔理論值的比例。

表 5 802.11 標準對應的碼率

（5） 有效子載波數量

載波類似於頻域上的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一樣。

表 6 802.11 標準對應的子載波數量

至此，我們可以計算一下 802.11ac 與 802.11ax 在HT80 頻寬下的單條空間流最大速率：

2. 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，並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 頻分複用技術

· DL/UL MU-MIMO 技術

· 更高階的調製技術 (1024-QAM)

· 空分複用技術（SR） & BSS Coloring 著色機制

· 擴展覆蓋範圍 (ER)

下面詳細描述這些核心新特性。

2.2.1 OFDMA 頻分複用技術

802.11ax 之前，數據傳輸採用的是 OFDM 模式，用戶是通過不同時間片段區分出來的。每一個時間片段，一個用戶完整佔據所有的子載波，並且發送一個完整的數據包（如 下 圖）。

圖 2-1 OFDM 工作模式

802.11ax 中引入了一種更高效的數據傳輸模式，叫 OFDMA（因為 802.11ax 支持上下行多用戶模式，因此也可稱為 MU-OFDMA），它通過將子載波分配給不同用戶並在

OFDM 系統中添加多址的方法來實現多用戶複用信道資源。迄今為止，它已被許多無線技術採用，例如 3GPP LTE。此外，802.11ax 標準也仿效LTE，將最小的子信道稱為"資源單

位(Resource Unit，簡稱 RU)"，每個 RU 當中至少包含 26 個子載波，用戶是根據時頻資源塊 RU 區分出來的。我們首先將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，用戶的數據是承載在每一個 RU 上的，故從總的時頻資源上來看，每一個時間片上，有可能有多個用戶同時發送（如下圖）。

System Bandwidth

1 frame

Frequency

RU for User 1 RU for User 2 RU for User 3

Time

圖 2-2 OFDMA 工作模式

OFDMA 相比 OFDM 一般有三點好處：

· 更細的信道資源分配。

特別是在部分節點信道狀態不太好的情況下，可以根據信道質量分配發送功率，來更

細 膩化的分配信道時頻資源。下圖呈現出了不同子載波頻域上的信道質量差異較大，

802.11 ax 可根據信道質量選擇最優RU 資源來進行數據傳輸。

圖 2-3 不同子載波頻域上的信道質量

· 提供更好的 QOS

因為 802.11ac 及之前的標準都是佔據整個信道傳輸數據的，如果有一個 QOS 數據包需要發送，其一定要等之前的發送者釋放完整個信道才行，所以會存在較長的時延。在

OFDMA 模式下，由於一個發送者只佔據整個信道的部分資源，一次可以發送多個用戶的數據，所以能夠減少QOS 節點接入的時延。

· 更多的用戶併發及更高的用戶帶寬

OFDMA 是通過將整個信道資源劃分成多個子載波（也可稱為子信道），子載波又按不同 RU 類型被分成若干組，每個用戶可以佔用一組或多組 RU 以滿足不同帶寬需求的業務

。

802.11ax 中最小 RU 尺寸為 2MHz，最小子載波帶寬是 78.125KHz，因此最小 RU 類型為

載波 RU 和 996 子載波RU，下表顯示了不同信道帶寬下的最大RU 數。26 子載波 RU。以此類推，還有 52 子載波 RU，106 子載波 RU，242 子載波RU，484 子

表 7 不同頻寬下的 RU 數量

圖 2-4 RU 在 20MHz 中的位置示意圖

Num b er of c a n didate S T As for O FDM A tr a n smissi on10 09 08 07 06 05 04 03 01 02 0060 10 080 12 014 016 018 020 080M H z, RB = 8s cAv erage O FDM throughput O FDM throughput for b e st S T A O FDM A throughput Throughput(Mbps)RU 數量越多，發送小包報文時多用戶處理效率越高，吞吐量也越高，下圖是仿真收益：

圖 2-5 OFDMA 與OFDM 模式下多用戶吞吐量仿真

2.2.2 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數據流，與OFDMA 不同， 所有用戶都使用全部帶寬，從而帶來多路複用增益。終端受天線數量受限於尺寸，一般來說只有 1 個或 2 個空間流（天線），比 AP 的空間流（天線）要少，因此，在AP 中引入MU-

MIMO 技術，同一時刻就可以實現 AP 與多個終端之間同時傳輸數據，大大提升了吞吐量。

圖 2-6 SU-MIMO 與 MU-MIMO 吞吐量差異

· DL MU-MIMO 技術

MU-MIMO 在 802.11ac 就已經引入，但只支持 DL 4x4 MU-MIMO（下行）。在

802.11 ax 中進一步增加了MU-MIMO 數量，可支持 DL 8x8 MU-MIMO，藉助DL OFDMA

技術（下行），可同時進行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進行多用戶多址傳輸，既增加了系統併發接入量，又均衡了吞吐量。

圖 2-7 8x8 MU-MIMO AP 下行多用戶模式調度順序

· UL MU-MIMO 技術

UL MU-MIMO（上行）是 802.11ax 中引入的一個重要特性，UL MU-MIMO 的概念和UL SU-MIMO 的概念類似，都是通過發射機和接收機多天線技術使用相同的信道資源在多個空間流上同時傳輸數據，唯一的差別點在於 UL MU-MIMO 的多個數據流是來自多個用戶。802.11ac 及之前的 802.11 標準都是 UL SU-MIMO，即只能接受一個用戶發來的數據，多用戶併發場景效率較低，802.11ax 支持 UL MU-MIMO 後，藉助UL OFDMA 技術

（上行），可同時進行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進行多用戶多址傳輸，提升多用戶併發場景效率，大大降低了應用時延。

圖 2-8 多用戶模式上行調度順序

雖然 802.11ax 標準允許OFDMA 與 MU-MIMO 同時使用，但不要 OFDMA 與 MU-

OFDMAMU-MIMO提升效率提升容量降低時延每用戶速率更高最適合低帶寬應用最適合高帶寬應用最適合小包報文傳輸最適合大包報文傳輸MIMO 混淆。OFDMA 支持多用戶通過細分信道（子信道）來提高併發效率，MU-MIMO 支持多用戶通過使用不同的空間流來提高吞吐量。下表是 OFDMA 與 MU-MIMO 的對比：

表 8 OFDMA 與 MU-MIMO 對比

2.2.3 更高階的調製技術 (1024-QAM)

802.11ax 標準的主要目標是增加系統容量，降低時延，提高多用戶高密場景下的效率，

但更好的效率與更快的速度並不互斥。802.11ac 採用的 256-QAM 正交幅度調製，每個符號傳輸 8bit 數據（2^8=256），802.11ax 將採用 1024-QAM 正交幅度調製，每個符號位

傳輸 10bit 數據（2^10=1024），從 8 到 10 的提升是 25%，也就是相對於 802.11ac 來說，

802.11ax 的單條空間流數據吞吐量又提高了 25%。

圖 2-9 256-QAM 與 1024-QAM 的星座圖對比

需要注意的是 802.11ax 中成功使用 1024-QAM 調製取決於信道條件，更密的星座點距離需要更強大的 EVM（誤差矢量幅度，用於量化無線電接收器或發射器在調製精度方面的性能）和接受靈敏度功能，並且信道質量要求高於其他調製類型。

2.2.4 空分複用技術（SR） & BSS Coloring 著色機制

Wi-Fi 射頻的傳輸原理是在任何指定時間內，一個信道上只允許一個用戶傳輸數據，如果 Wi-Fi AP 和客戶端在同一信道上偵聽到有其他 802.11 無線電傳輸，則會自動進行衝突避免，推遲傳輸，因此每個用戶都必須輪流使用。所以說信道是無線網絡中非常寶貴的資源

， 特別在高密場景下，信道的合理劃分和利用將對整個無線網絡的容量和穩定性帶來較大的影 響。802.11ax 可以在 2.4GHz 或 5GHz 頻段運行（與 802.11ac 不同，只能在 5GHz

頻段

運行），高密部署時同樣可能會遇到可用信道太少的問題（特別是 2.4GHz 頻段），如果能夠

提升信道的複用能力，將會對提升系統的吞吐容量。

802.11ac 及之前的標準，通常採用動態調整 CCA 門限的機制來改善同頻信道間的干擾，通過識別同頻干擾強度，動態調整 CCA 門限，忽略同頻弱干擾信號實現同頻併發傳輸，

提升系統吞吐容量。

圖 2-10 802.11 默認 CCA 門限

例如圖 12，AP1 上的 STA1 正在傳輸數據，此時，AP2 也想向 STA2 發送數據，根據

Wi-Fi 射頻傳輸原理，需要先偵聽信道是否空閒，CCA 門限值默認-82dBm，發現信道已被

STA1 佔用，那麼 AP2 由於無法並行傳輸而推遲發送。實際上，所有的與 AP2 相關聯的同信道客戶端都將推遲發送。引入動態 CCA 門限調整機制，但 AP2 偵聽到同頻信道被佔用

時，可根據干擾強度調整 CCA 門限偵聽範圍（比如說從-82dBm 提升到-72dBm），規避干擾帶來的影響，即可實現同頻併發傳輸。

UL DataDL DataSTA1STA2AP2AP1

CCA-82dBm

偵聽範圍

CCA-72dBm

偵聽範圍

圖 2-11 動態 CCA 門限調整

由於 Wi-Fi 客戶端設備的移動性，Wi-Fi 網絡中偵聽到的同頻干擾不是靜態的，它會隨著客戶端設備的移動而改變，因此引入動態 CCA 機制是很有效的。

802.11ax 中引入了一種新的同頻傳輸識別機制，叫 BSS Coloring 著色機制，在 PHY 報文頭中添加 BSS color 字段對來自不同BSS 的數據進行"染色"，為每個通道分配一種顏色，該顏色標識一組不應干擾的基本服務集（BSS），接收端可以及早識別同頻傳輸干擾信

號並停止接收，避免浪費收發機時間。如果顏色相同，則認為是同一 BSS 內的干擾信號， 發送將推遲；如果顏色不同，則認為兩者之間無干擾，兩個 Wi-Fi 設備可同信道同頻並行傳

輸。以這種方式設計的網絡，那些具有相同顏色的信道彼此相距很遠，此時我們再利用動態

CCA 機制將這種信號設置為不敏感，事實上它們之間也不太可能會相互干擾。

圖 2-12 無 BSS Color 機制與有BSS Color 機制對比

2.2.5 擴展覆蓋範圍 (ER)

由於 802.11ax 標準採用的是Long OFDM symbol 發送機制，每次數據發送持續時間從原來的 3.2us 提升到 12.8us，更長的發送時間可降低終端丟包率；另外 802.11ax 最小可僅使用 2MHz 頻寬進行窄帶傳輸，有效降低頻段噪聲干擾，提升了終端接受靈敏度，增加了覆蓋距離。

圖 2-13 Long OFDM symbol 與窄帶傳輸帶來覆蓋距離提升

3. 其他Wi-Fi 6（802.11ax）新特性

前面的幾大核心技術已經足夠證明 802.11ax 帶來的高效傳輸和高密容量，但802.11ax 也不是Wi-Fi 的最終標準，這只是高效無線網絡的開始，新標準的 802.11ax 依然需要兼容老標準的設備，並考慮面向未來物聯網絡、綠色節能等方向的發展趨勢。以下是 802.11ax 標準的其他新特性：

· 支持 2.4GHz 頻段

· 目標喚醒時間（TWT） 下面詳細描述這些新特性。

2.3.1 支持 2.4GHz 頻段

我們都知道 2.4GHz 頻寬窄，且僅有 3 個 20MHz 的互不干擾信道（1,6 和 11），在

802.11ac 標準中已經被拋棄，但是有一點不可否認的是 2.4GHz 仍然是一個可用的 Wi-Fi

頻段，在很多場景下依然被廣泛使用，因此，802.11ax 標準中選擇繼續支持 2.4GHz，目的

就是要充分利用這一頻段特有的優勢。

· 優勢一：覆蓋範圍

無線通信系統中，頻率較高的信號比頻率較低的信號更容易穿透障礙物，而頻率越低

， 波長越長，繞射能力越強，穿透能力越差，信號損失衰減越小，傳輸距離越遠。雖然

5GHz

頻段可帶來更高的傳播速度，但信號衰減也越大，所以傳輸距離比 2.4GHz 要短。因此，我們在部署高密無線網絡時，2.4GHz 頻段除了用於兼容老舊設備，還有一個很大的作用就是邊緣區域覆蓋補盲。

· 優勢二：低成本

現階段仍有數以億計的 2.4GHz 設備在線使用，就算如今成為潮流的 IoT 網絡設備也使用的 2.4GHz 頻段，對有些流量不大的業務場景（如電子圍欄、資產管理等），終端設備非常多，使用成本更低的僅支持 2.4GHz 的終端是一個性價比非常高的選擇。

2.3.2 目標喚醒時間（TWT）

目標喚醒時間 TWT（Target Wakeup Time）是 802.11ax 支持的另一個重要的資源調度功能，它借鑑於 802.11ah 標準。它允許設備協商他們什麼時候和多久會被喚醒，然後發

送或接收數據。此外，Wi-Fi AP 可以將客戶端設備分組到不同的 TWT 週期，從而減少喚醒後同時競爭無線介質的設備數量。TWT 還增加了設備睡眠時間，對採用電池供電的終端來說，大大提高了電池壽命。

802.11ax AP 可以和 STA 協調目標喚醒時間(TWT)功能的使用，AP 和 STA 會互相交換信息，當中將包含預計的活動持續時間，以定義讓 STA 訪問介質的特定時間或一組時間，

這樣就可以避開多個不同 STA 之間的競爭和重疊情況。另外，支持 802.11ax 標準的 STA

可以使用 TWT 來降低能量損耗，在自身的 TWT 來臨之前進入睡眠狀態。AP 還可另外設定

TWT 編排計劃並將 TWT 值提供給STA，這樣雙方之間就不需要存在個別的 TWT 協議，此操作稱為"廣播TWT 操作"。

圖 2-14 廣播目標喚醒時間操作

3. 為什麼要 Wi-Fi 6(802.11ax)

802.11ax 設計之初就是為了適用於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。

圖 3-1 高密高帶寬應用場景

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佔移動數據流量的 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 4K 視頻流（帶寬要求 30Mbps/人）、語音流（時延小於 30ms）、VR 流（帶寬要求

50Mbps/人，時延有小於 15ms）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上升，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 網絡將輕鬆應對該場景。

4. 5G 與 Wi-Fi 6(802.11ax)的共存關係

這不是一個新穎的話題，在 1999 年~2000 年間，就有人提出 2G 將替代 Wi-Fi 的觀點;2008 年~2009 年也出現了 4G 將代替 Wi-Fi 的猜測;現在又有人開始討論 5G 代替 Wi-

Fi 的話題了。可是，5G 與 Wi-Fi 的應用場景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用於室內環境， 而 5G 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：

· 流量費用

假設 5G 技術取代Wi-Fi，那麼就必須推出無限流量的套餐，否則費用會遠遠大於寬帶的使用的費用，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5G。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後，網絡會自動將為 2G 模式，最高速度只有 128Kbps，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。

· 網絡覆蓋

5G 網絡技術採用的是超高頻頻譜（5G 網絡頻段: 24GHz~52GHz；4G 網絡頻段:

1.8GHz~2.6GHz，不包括 2.4GHz），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 5G 信號是很容易衰弱的。如果保持 5G 信號的覆蓋需要比 4G 建設更多的基站。而且由於信號的衰減，如果在大樓的內部，隔著幾道牆，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 5G 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，5G 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，局域網內部佔用大量地址也沒關係，用戶在自己的Wi-Fi 網絡

下管理這些設備都很方便，而用 5G 勢必會佔用更多公網的 IP 地址。

· 網絡容量

帶寬 x 頻譜效率 x 終端數量 = 總容量。 5G 的優點在於它的載波聚合技術，提升了頻譜利用率，大大提升了網絡容量。在 3G/4G 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 5G 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，讓人們覺得 5G 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 5G 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。

· Wi-Fi 速率高於 5G 速率

移動設備廠商宣傳的 5G 最重要的 3 個特徵是高速度、大容量、低時延，其實最新一代的Wi-Fi 速率比 5G 還要快，最新的 802.11ax（Wi-Fi 6）單流峰值速率 1.2Gbps（5G 網絡峰值速率 1Gbps），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，速率會持續領先於移動網絡。

· 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 5G 替代了 Wi-Fi 的存在，那麼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。這一個理由也註定了目前在室內場景 5G 是不可能取代Wi-Fi 的。類似的設備還有VR、遊戲機、電子閱讀器、機頂盒等等……

· 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。由於 Wi-Fi 的信號源基本是在室

內範圍，而 5G 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 的傳送距離遠遠小於 5G 信號。通常情況下 5G 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 4G 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 5G 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 的企業和用戶並不用過於慌張。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。

5. 華為對Wi-Fi 6(802.11ax)產業發展的貢獻

華為憑藉自身在無線通信領域的深厚積累及強大實力，積極參與 IEEE 802 工作組各項工作，公司專家 Osama 和 Edward 擔任著不同 802.11 標準工作組主席，其中 Osama 憑藉 802.11ac 標準制定工作的突出表現，再次當選為 802.11ax 標準工作組主席，牽頭制定

802.11ax 技術標準。同時華為成立了由 15 名無線專家組成的 802.11ax 標準制定團隊，累計已提交 299 件標準提案，所有廠家中排名第一。

圖 5-1 802.11ax 工作組領導成員

在 Wi-Fi 領域另一個重要國際組織是 Wi-Fi 聯盟，華為於 2011 年加入 Wi-Fi 聯盟，併成為董事會 15 名核心成員之一，是 Wi-Fi 聯盟中僅有的兩家Wi-Fi 設備廠商之一。

華為是 10G Wi-Fi 標準的引領者，是 10G Wi-Fi 產品化的踐行者，是 10G Wi-Fi 產

業鏈的推動者。2014 年發佈了業界首款基於下一代新架構的 10Gbps Wi-Fi 樣機，率先將

Wi-Fi 提升到 10G 時代；隨後與全球最大的移動終端芯片廠商高通公司合作，全力投入

802.11ax 產品研發，於 2017 年 9 月，完成產業鏈最後一步，發佈業界首款商用產品，並與 2018 年 9 月成功在中國-上海外灘規模部署，進一步加速 10G Wi-Fi 的商用進程。

圖 5-2 中國-上海外灘 802.11ax AP 規模商用

6. 華為Wi-Fi 6(802.11ax)產品和特性

在我們看來，要完美部署高性能的Wi-Fi 網絡，除了將Wi-Fi AP 升級到最新的802.11ax 標準之外，信號覆蓋、軟件算法優化等特性也是十分重要的，基於不同應用場景還需要定 制 化的全系列Wi-Fi AP 產品和方案。

6.1 業界首款商用 Wi-Fi 6 AP

圖 6-1 華 為 Wi-Fi 6 AP7060DN

· 1024 QAM，8*8 MU-MIMO，速率提升 4 倍

· OFDMA 從衝突到有序，併發容量提升 4 倍

· 業務有序調度，時延＜15ms

· 高密接入控制技術，併發性能提升 30%

· 融合 Wi-Fi 和 IoT 網絡，可擴展電子價籤、資產管理等業務，TCO 降低 50%

6.2 華為第三代智能天線

智能天線與全向天線相比有很多優勢，比如不同方向的信號覆蓋強度可靈活調整，信

號

可跟隨用戶而動。華為第三代智能天線目前業界領先，在水平面上具有多個定向輻射和 1 個 全向輻射模式，天線以全向模式接收終端發射的信號；智能天線算法根據接收到的信號判斷 終端所在位置，並控制 CPU 發送控制信號選擇最大輻射方向指向終端的定向輻射模式

。

圖 6-2 全向天線 和華為智能天線

6.3 三射頻 & 雙 5G 設計

目前被大量使用的Wi-Fi AP 基本都是雙頻設計（2.4GHz & 5GHz），為了提供更多用戶的接入及更大的帶寬，每個Wi-Fi AP 廠商都在優化射頻算法、業務處理算法，但在某些

特定的高密場景，優化後的Wi-Fi AP 仍然無法承載更高密度的用戶接入或提供瞬時流量突發業務。這就好比節假日期間一條擁擠的高速公路，通過各種車流量的管控，分流，仍然 會 發生擁堵現象，解決這個問題最簡單的方法就是在旁邊再增加一條高速公路。在 Wi-Fi

AP 上，我們也效仿這種方法，給 AP 增加一個射頻（設計時一般都是增加一個 5GHz 射頻）， 有了這個第三個射頻，接入用戶數增加了，吞吐量也增加了。這麼好的解決方案為什麼業界 其他廠商不效仿？原因是要想在 Wi-Fi 擁擠的 5GHz 頻段增加一個射頻，首先就是要解決 兩個 5GHz 射頻鄰頻干擾問題，換句話說，鄰頻干擾解決不好，增加的 5GHz 射頻不僅僅 不會帶來容量和吞吐量的提升，還會導致原來的 5GHz 射頻由於受到干擾導致性能下降。華 為將 LTE 領域中控制同頻干擾的技術移植到 Wi-Fi 領域，在兩個 5GHz 射頻之間增加了高 性能濾波器模塊，實現兩個 5GHz 射頻互不干擾，且能夠同時承載多用戶併發接入，提升總 吞吐量。

圖 6-3 增加高性能濾波器後兩個 5GHz 射頻的場強分佈

前面已經提到 802.11ax 標準是為高效高容量的Wi-Fi 網絡設計的，但是真正要實現高效高容量，需要所有的終端也都支持 802.11ax 標準，對目前市場上大量存在的 802.11ac

及之前標準的Wi-Fi 終端來說，幾乎沒有任何效率上的提升。因此，在 802.11ax 終端全面普及之前，華為通過被稱為SmartRadio 技術的軟件算法優化，在 802.11ax AP 中實現了對 802.11ac 及之前標準的 Wi-Fi 終端兼容，讓這些老終端依然能夠得到較大的體驗提升。

6.4 SmartRadio 技術-智能射頻調優

無線網絡的規劃比有線網絡要難，典型的原因就是無線網絡容易受到周邊環境不確定 性 的干擾，隨著接入量的增加，Wi-Fi 網絡均衡負載和信道資源優化變得極為重要，這就需要 網絡能夠基於使用環境智能優化，每時每刻都提供良好的網絡體驗。

（1） 動態頻段選擇 DFS

這是一個基於區域拓撲關係智能調整網絡覆蓋的技術，即可識別覆蓋冗餘射頻，又可 增 加功率彌補覆蓋。當 5GHz 接入終端較多時，可將信道資源更少的 2.4GHz 射頻自動切 換為信道資源更多的 5GHz 射頻，提高系統容量和用戶吞吐量。

圖 6-4 動態頻段選擇DFS

（2） 動態信道分配 DCA

Wi-Fi 網絡中的信道是非常寶貴的資源，看不見摸不著的信道之間每時每刻都存在著干擾和，就像一條很寬的道路需要分割成不同的車道一樣，如果不分配就會存在競爭的不

合理性導致交通混亂。同樣，在 Wi-Fi 網絡中，如果信道資源分配不合理，則會引起同頻干擾，將顯著影響 BSS 的吞吐量與用戶體驗。但信道的動態分配是個複雜的過程， 比如說一個網絡中有 1000 個AP，13 個信道，則理論上存在 13^1000 個分配組合，要從中找到一個最合理的組合，顯然 Wi-Fi AP 設備是難以承載如此之大的的運算量的。華為通過 K-Best 專利算法，將 AP 分為若干個調優組組，每個組分別進行信道分配， 每遍歷一個射頻，先做一次篩選，僅保留 K 個較好的信道分配組合，再對這些篩選出來的組合進行多次遍歷，最終找到最合理的組合，為每個 AP 分配最合理的信道，在運算複雜度與性能之間求得平衡。

圖 6-5 動態信道分配DCA

（3） 動態帶寬選擇 DBS

從 802.11ac 開始，Wi-Fi 系統中的頻寬類型增加到了 4 種：20 MHz，40 MHz，80 MHz，160 MHz。頻寬越高，吞吐量越大，但可用信道數量是有限的，因此不能將每

個 AP 都配置為 80MHz 模式，甚至 160MHz 模式。華為通過第二代 KBS 專利算法， 在動態DCA 信道分配的基礎上，根據流量信息與頻譜資源，優先為熱點高流量區域分配更多網絡資源，為每個 AP 分配合理的帶寬，提高用戶體驗。

圖 6-6 動態帶寬選擇DBS

6.5 SmartRadio 技術-智能 EDCA 調度

EDCA 調度是 802.11e 標準中定義的一種信道競爭機制，有利於高優先級的報文享有優先發送的權利和更多的帶寬。它提供 4 種 AC（Access Category）的 QoS 保障：從高到低的順序分為AC-VO（語音流）、AC-VI（視頻流）、AC-BE（盡力而為流）、AC-BK（背景 流

）四個優先級隊列，保證越高優先級隊列中的報文，搶佔信道的能力越高。華為優化了

EDCA 調度機制，可根據空口業務負載動態計算最優的 EDCA 參數，使得 EDCA 優先級分配更智能。業務高峰時適當拉大VO/VI 與 BE/BK 競爭參數的差距，保障高優先級業務的體

驗。

圖 6-7 動態EDCA 參數自適應

另外，針對Wi-Fi AP 內單一隊列順序調度，一旦堵塞則無差別延遲和丟包，導致高優先級業務仍可能得不到優先調度的問題，華為通過優化轉發調度機制，基於 TID 將單一隊列順序調度優化為多隊列按優先級調度，使用不同的反壓門限，部分堵塞不影響 其 他隊列，提升了業務處理效率和用戶體驗。

圖 6-8 多隊列調度機制

6.6 SmartRadio 技術-智能無損漫遊

漫遊是終端的一種行為狀態，漫遊質量的好壞嚴重影響用戶的業務體驗。不同於LTE 網絡，Wi-Fi 網絡中終端是漫遊行為的決策者和發起者，在終端看來，是它主動將與某一個 AP

的關聯關係切換到另一個 AP，從而實現其與無線始終保持連接的目的。對於 AP 來說，AP 提供終端進行漫遊所需的無線信號，並提供具有相同SSID 標識的無線服務，同時以一定的

機制保證終端在移動過程中不間斷通信的無縫移動需求。從漫遊行為的設計目的來看，漫遊

旨在通過最小化不必要的數據交互流量來提高整體 WiFi 網絡的性能。為了實現漫遊過程中 低時延、不丟包，華為無損漫遊技術基於網絡拓撲識別算法縮小掃描範圍，快速找到最佳漫 遊 AP；採用軟切換技術，在漫遊建鏈過程中，保持原鏈路不中斷，在漫遊鏈路建立後再切 斷原鏈路，並對老 AP 報文進行緩存和重放，握手報文數減少至兩條，漫遊時延減少

75%以 上。

圖 6-9 軟切換無損漫遊

802.11ax 時代 Wi-Fi 6 AP 空間流至少增加了一倍，功能也越來越多，同時還會支持

IoT 設備的接入，這些額外增加的功能和設備將不可避免的要求Wi-Fi 6 AP 提供更大的功耗，標準的 802.11af PoE 肯定是不夠的，未來Wi-Fi 6 AP 預計會標配 802.11at PoE+能力。因此，我們在產品設計和網絡部署時不可避免的要考慮上行 PoE 供電的問題，要考慮升級接入層 PoE 交換機。另外，最低性能的 2x2 MU-MIMO Wi-Fi 6 AP 的空口吞吐量就快達到 2Gbps 了，只配置一個千兆以太網端口將會成為 Wi-Fi 6 AP 高效吞吐的瓶頸，我們預計多速率以太端口在 Wi-Fi 6 AP 中將會成為主流。其實華為在 Wi-Fi 5 (802.11ac

wave2)的部分產品中就已經配置了 2.5GE/5GE 上行多速率以太端口，在Wi-Fi 6 高端AP

中，將會配置支持上行 10GE 的多速率以太端口。

早在 2017 年，華為就發佈了業界首款多速率以太交換機 S6720-SI，支持 24 個

2.5GE/5GE/10GE 自適應以太端口，200 米遠距離 PoE++（60W）供電能力，提前迎接 Wi- Fi 6 時代的到來。

7. 總結

總體來說，802.11ax 從 DL/UL MU-MIMO、OFDMA、1024-QAM 三大最重要的核心技術上實現了設定的目標，另外，華為通過自己的軟件算法優化實現了對 802.11ac 及之前標準的老終端性能提升。因此，我們猜想您對是否現在就應該立刻升級到 Wi-Fi 6 網絡可能還存在以下疑問，我們從專業的角度給您建議。

Q: 802.11ax 標準尚未最終發佈，現在升級到 Wi-Fi 6 是否會出現與正式發佈的標準不一致

的問題？

A: 802.11ax 標準預計在 2019 年 Q3 正式發佈，WFA 聯盟也將在 2019 年 Q3 開始啟動Wi-Fi 6 產品認證。目前華為Wi-Fi 6 AP 已經可以滿足 WFA 聯盟的認證要求，滿足商業化應用，即將上市的Wi-Fi 6 終端也可完全兼容現在已上市的Wi-Fi 6 AP。

Q: 什麼樣的場景需要升級到 Wi-Fi 6 網絡？

A: 如果您的網絡已經是 802.11ac 或 802.11ac wave2 的產品，現階段網絡可以支撐您的業務，那麼可以不用急著升級；如果您的網絡是 802.11n 及之前標準的產品，而且現階段網絡無法滿足您的業務，我們建議您直接升級到 Wi-Fi 6 網絡，利用Wi-Fi 6 網絡的高效高性能能力來加速業務數字化；另外，如果您現在打算新建一個 Wi-Fi 網絡，我們建議您直接部署 Wi-Fi 6 AP，一方面您可以享受 Wi-Fi 6 網絡帶來的高效價值，另一方面可以保證您的網絡滿足未來 5 年以上的業務發展需求。

Q:

A: 雖然是 802.11ax 標準本身沒有指定任何新的安全增強功能或要求，但是據我們瞭解， 後面上市的Wi-Fi 6 AP 中會很快支持WPA3 加密功能，這是一種更安全的加密方式，新增

如下 4 項新功能：

1 對使用弱密碼的人採取"強有力的保護"。如果密碼多次輸錯，將鎖定攻擊行為，屏蔽Wi-Fi 身份驗證過程來防止暴力攻擊。

2 WPA3 將簡化無顯示接口設備的安全設置流程。能夠使用附近的 Wi-Fi 設備作為其他設備的配置面板，為物聯網設備提供更好的安全性。用戶將能夠使用他的手機或

平板電腦來配置另一個沒有屏幕的設備（如智能鎖、智能燈泡或門鈴）等小型物聯網設備設置密碼和憑證，而不是將其開放給任何人訪問和控制。

3 在接入開放性網絡時，通過個性化數據加密增強用戶隱私的安全性，它是對每個設備與AP 之間的連接進行加密的一個特徵。

4 WPA3 的密碼算法提升至 192 位的CNSA 等級算法，與之前 WPA2 的 128 位加密算法相比，增加了字典法暴力密碼破解的難度。

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