Что такое Wi-Fi 6 (802.11ax)?

Wi-Fi 6, также известный как 802.11ax, является последним отраслевым стандартом Wi-Fi после Wi-Fi 5 (802.11ac). Перед выпуском Wi-Fi 6 стандарты Wi-Fi определялись версиями от 802.11b до 802.11ac. Позже Wi-Fi Alliance решил упростить понимание и запоминание стандартов Wi-Fi и поэтому переименовал их в манере, аналогичной другим поколениям, таким как 3G, 4G и 5G в мобильной связи.
Wi-Fi 6 представляет различные новые технологии, такие как множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), многопользовательский множественный вход и множественный выход восходящей / нисходящей линии связи (UL / DL MU-MIMO), окраска BSS (BSS coloring) и целевое время пробуждения (Target Wake Time), повышение производительности. Таким образом, Wi-Fi 6 поддерживает в четыре раза более высокую пропускную способность и параллелизм, чем Wi-Fi 5. Кроме того, Wi-Fi 6 обеспечивает меньшую задержку и лучшую способность к энергосбережению, чем Wi-Fi 5.

.

Какие проблемы пытается решить Wi-Fi 6?

Wi-Fi 6 разработан для беспроводного доступа высокой плотности и беспроводных услуг большой емкости, например, в крупных общественных местах на открытом воздухе, на стадионах с высокой плотностью посетителей, в закрытых офисах с высокой плотностью беспроводной связи и учебных электронных классах.

В этих сценариях количество STA в сети Wi-Fi резко увеличивается за короткое время. Кроме того, растущий голосовой и видеотрафик также требует настройки сети. Некоторые службы чувствительны к пропускной способности и задержке. Например, для видеопотоков 4K требуется пропускная способность 50 Мбит / с для каждого пользователя, для голосовых потоков требуется задержка менее 30 мс, а для потоков VR требуется пропускная способность для каждого пользователя 75 Мбит / с и задержка менее 15 мс. Если длительная задержка передачи вызвана перегрузкой сети или повторной передачей, взаимодействие с пользователем значительно ухудшится.

Хотя Wi-Fi 5 (802.11ac) обеспечивает высокую пропускную способность, постоянно увеличивающаяся плотность доступа создает узкое место в его пропускной способности. Wi-Fi 6 представляет такие технологии, как OFDMA и UL / DL MU-MIMO. Таким образом, Wi-Fi 6 обеспечивает четырехкратное увеличение пропускной способности, скорости и параллелизма пользователей, обеспечивая при этом меньшую задержку. Например, когда в электронном классе обучается более 100 студентов, сеть Wi-Fi 5 может столкнуться с большими проблемами при передаче видео и взаимодействии по восходящей / нисходящей линии связи, но это больше не будет проблемой в Wi-Fi 6.

Wi-Fi 6 против Wi-Fi 5

По сравнению с Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 отличается не только более высокой скоростью, но и улучшением производительности пользователей в сценариях высокой плотности.
WiFi 6 vs WiFi 5

Больше скорость

За последние 20 лет Wi-Fi стал значительно быстрее. Wi-Fi 6 использует различные «ускорители скорости», такие как 1024-QAM более высокого порядка, большее количество поднесущих и пространственных потоков, а также более длинную продолжительность символа (3,2 мкс -> 12,8 мкс на STA), чтобы обеспечить теоретическую скорость 9,6 Гбит / с. s при ширине канала 160 МГц, что почти в 900 раз быстрее, чем первое поколение Wi-Fi.

Более высокий параллелизм

Для поддержки высокой степени параллелизма в Wi-Fi 6 используются многопользовательские технологии, такие как OFDMA и MU-MIMO восходящей линии связи, для улучшения использования спектра. По сравнению с Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 поддерживает в четыре раза больше одновременных подключений.

Низкая задержка

Технологии окраски OFDMA и BSS, представленные в Wi-Fi 6, сокращают задержку до 20 мс. OFDMA уменьшает конфликты каналов и улучшает использование спектра, а раскраска BSS снижает межканальные помехи. В отличие от Wi-Fi 5 (задержка 30 мс), Wi-Fi 6 отвечает требованиям к задержке для новых приложений, таких как VR / AR, панорамная прямая трансляция, интерактивные игры, иммерсивные конференции и беспроводная проекция HD.

Энергосбережение

Поскольку терминалы IoT широко используются, Wi-Fi 6 ориентирован не только на повышение скорости, но и на энергопотребление терминалов.

Wi-Fi 6 использует целевое время пробуждения, чтобы экономить электроэнергию, выводя терминалы из спящего режима по запросу. Target Wake Time вместе с технологией только 20 МГц экономит 30% времени автономной работы терминалов.

Основные технологии Wi-Fi 6

Некоторые из особенностей Wi-Fi 6 описаны ниже:

OFDMA

До появления Wi-Fi 6 для передачи данных использовалось OFDM, и пользователи различались по временному сегменту. В течение каждого временного сегмента один пользователь занимает все ресурсы канала и отправляет полный пакет данных.

OFDMA – это более эффективный режим передачи данных, представленный Wi-Fi 6. Его также называют MU-OFDMA, поскольку Wi-Fi 6 поддерживает режимы UL и DL MU. Эта технология позволяет множеству пользователей повторно использовать ресурсы канала, выделяя поднесущие различным пользователям и добавляя множественный доступ в систему OFDM. На сегодняшний день OFDMA используется в 3GPP Long Term Evolution (LTE) среди множества других технологий. В режиме OFDMA ресурсы канала совместно используются несколькими пользователями, а не заняты исключительно одним пользователем, что улучшает использование спектра.

UL/DL MU-MIMO

MU-MIMO использует пространственное разнесение каналов для передачи независимых потоков данных с одинаковой полосой пропускания. В отличие от OFDMA, все пользователи используют все ресурсы полосы пропускания, что дает выигрыш от мультиплексирования. Ограниченный размером и количеством антенн, терминал обычно поддерживает только один или два пространственных потока (антенны), что меньше количества пространственных потоков (антенн) на AP. Поэтому введена технология MU-MIMO, позволяющая AP передавать данные с нескольких терминалов одновременно, что значительно повышает пропускную способность.

MU-MIMO был представлен в Wi-Fi 5, но Wi-Fi 5 поддерживает только 4×4 DL MU-MIMO. Wi-Fi 6 поддерживает 8×8 UL / DL MU-MIMO.

Хотя Wi-Fi 6 позволяет OFDMA и MU-MIMO работать одновременно, они разные. OFDMA позволяет множеству пользователей разделять каналы (подканалы) для повышения эффективности параллелизма. MU-MIMO позволяет нескольким пользователям использовать разные пространственные потоки для увеличения пропускной способности. В следующей таблице сравниваются OFDMA и MU-MIMO.
Сравнение OFDMA и MU-MIMO

Spatial Reuse and BSS Coloring

802.11ax представляет новый механизм идентификации передачи на одной частоте, называемый BSS-раскраской. Поле цвета BSS добавляется к заголовку пакета PHY для окраски данных из разных BSS и назначения цвета каждому каналу. Цвет указывает на BSS, которому не следует мешать. Приемник может идентифицировать сигналы помех в совмещенном канале и прекращать их прием на ранней стадии, тем самым избегая потери времени приемопередатчика. Если цвета совпадают, считается, что сигналы помех находятся в одном BSS, и передача сигнала задерживается. Если цвета различаются, между двумя устройствами Wi-Fi нет помех. Затем они могут передавать данные по тому же каналу и на той же частоте. В этом режиме каналы одного цвета находятся далеко друг от друга. Такие сигналы можно настроить так, чтобы они были нечувствительными, реализовав пространственное повторное использование.
BSS coloring supported by Wi-Fi 6

Target Wake Time

Ссылаясь на 802.11ah, Target Wake Time – важная функция планирования ресурсов, поддерживаемая 802.11ax. Это позволяет STA согласовывать с AP о расписании пробуждения, а затем отправлять или получать данные. AP могут группировать STA по периоду TWT, чтобы уменьшить количество STA, которые одновременно конкурируют за беспроводную среду после пробуждения. Кроме того, Target Wake Time увеличивает время ожидания STA. Для STA с батарейным питанием срок службы батареи может быть значительно увеличен.
Target Wake Time supported by Wi-Fi 6

Higher-Order Modulation (1024-QAM)

Стандарт Wi-Fi 6 направлен на увеличение пропускной способности системы, сокращение задержки и повышение эффективности в многопользовательских сценариях высокой плотности. Однако высокая эффективность не является взаимоисключающей с высокой скоростью. Wi-Fi 5 использует 256-QAM, и каждый символ передает 8-битные данные. Wi-Fi 6 использует 1024-QAM, и каждый символ передает 10-битные данные с увеличением на 25%. Таким образом, по сравнению с Wi-Fi 5, Wi-Fi 6 увеличивает пропускную способность одного пространственного потока на 25%.
1024-QAM supported by Wi-Fi 6

Поддержка диапазона частот 2,4 ГГц

Полоса частот 2,4 ГГц узкая, и только три канала по 20 МГц (1, 6 и 11) не мешают друг другу. В стандарте Wi-Fi 5 отказались от полосы частот 2,4 ГГц. Однако нельзя отрицать, что 2,4 ГГц все еще является доступным диапазоном частот Wi-Fi. Он по-прежнему широко используется во многих сценариях. Поэтому в стандарте Wi-Fi 6 поддерживается полоса частот 2,4 ГГц, чтобы в полной мере использовать преимущества этой полосы частот.

Дальность 802.11ax

Стандарт Wi-Fi 6 использует механизм передачи длинных символов OFDM. Продолжительность передачи данных увеличивается с 3,2 мкс до 12,8 мкс. Более длительная передача может снизить уровень потери пакетов STA. Кроме того, Wi-Fi 6 может использовать полосу минимум 2 МГц для узкополосной передачи, что снижает шумовые помехи в полосе частот, улучшает чувствительность приемников STA и увеличивает диапазон покрытия.
Увеличение дальности за счет длинного символа OFDM и узкополосной передачи в Wi-Fi 6

Устройства Wi-Fi 6

На данный момент в нашем каталоге доступны беспроводные роутеры с поддержкой WiFi 6 и точки доступа 802.11ax