Wi-Fi技术及其标准的演进历程，从早期的802.11标准到如今的Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E甚至Wi-Fi 7标准，Wi-Fi技术的持续发展不仅改善了速度和覆盖范围，还引入了许多新的技术。下面将进一步介绍最近两代Wi-Fi协议的核心技术细节，以了解它们如何实现更高的速度、更稳定的连接、更高的容量和更好的性能。  

 Wi-Fi 6核心技术

Wi-Fi 6设计之初就是为了适用于高密度无线接入和高容量无线业务，比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景以及未来4K/8K/VR等大带宽视频的承载。所以Wi-Fi 6继承了Wi-Fi 5的所有先进MIMO特性，并新增了许多针对高密部署场景的新特性。相比上一代Wi-Fi 5，Wi-Fi 6拥有“两高两低”四大优势：

· （1）高带宽：同时支持2.4G和5G频段，而不是像Wi-Fi 5路由器的2.4G频段实际为Wi-Fi 4。另外采用1024-QAM高阶调制、最大支持160MHz频宽，速度快近3倍。

· （2）高并发：智能分频，多台设备并发连接，4倍容量提升。

· （3）低时延：支持多设备并发，大幅减少排队等待，时延降低2/3。

· （4）低功耗：引入目标唤醒时间（TWT）技术，终端设备按需唤醒功耗降低30%。
下面来介绍一下其使用的几个关键技术。

 OFDMA频分复用技术

Wi-Fi 6之前，数据传输采用的是OFDM模式，用户是通过不同时间片段区分出来的。每一个时间片段，一个用户完整占据所有的子载波，并且发送一个完整的数据包（如下图(a)）。Wi-Fi 6则引入了更高效的数据传输模式OFDMA，它通过将子载波分配给不同用户并在OFDM系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。Wi-Fi 6标准仿效LTE（Long-Term Evolution），将最小的子信道称为“资源单位(Resource Unit，RU)”，每个RU当中至少包含26个子载波，用户是根据时频资源块RU区分出来的。故从总的时频资源上来看，每一个时间片上，有可能有多个用户同时发送（如下图(b)）。

图2-1 OFDM和OFDMA时频示意图

OFDMA相比OFDM实现了更细的信道资源分配。这可以更好的贴合室内Wi-Fi数据传输的场景，一些小包报文在传输时无需等待当前时刻用户发送完数据，即可立即加入到当前信道来进行传输，这显然可以提高报文的传输效率。RU数量越多，发送小包报文时多用户处理效率越高，吞吐量也越高，下图展示了OFDMA在多用户场景下的仿真收益5：

图2-2 OFDM与OFDMA吞吐量对比图

DL/UL MU-MIMO技术

常规的MIMO可以称为SU-MIMO（Single-User MIMO），其虽然可以通过多链路同时传输的方式，提升路由器与客户端设备之间的通讯速率，但在同一时间和同一个频段内，路由器只能够与一个客户端设备通信。那么即使客户端设备无需完全占用所有的空间流，那路由器也无法将多余的空间流资源分配给其他用户（如下图(a)）。而MU-MIMO（Multi-User MIMO）则通过给不同用户分配不同的地址，允许路由器同时与多个设备通信，而不是依次进行通信，提升了整个系统容量。

图2-3 SU-MIMO和MU-MIMO示意图

注意到上图所示的都是下行链路（down-link），即DL MU-MIMO。实际上，DL MU-MIMO在Wi-Fi 5就已经引入，但只支持DL 4x4 MU-MIMO，而Wi-Fi 6不仅进一步增加了空间流数量，可支持DL 8x8 MU-MIMO（最多与8个用户同时传输），还新增了上行(up-link，UL)的UL 8x8 MU-MIMO（最多支持8个用户同时上行传输数据），提升多用户并发场景效率，大大降低了应用时延。如下图给出了下行/上行多用户模式调度顺序图，不同的颜色块表示不同的空间流。

图2-4 下行/上行多用户模式调度顺序

需要注意的是，不要将MU-MIMO和OFDMA混淆。OFDMA支持多用户通过细分信道（子信道）来提高并发效率，而MU-MIMO支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。下表是OFDMA与MU-MIMO的对比：

表1-3 OFDMA 与 MU-MIMO 对比

1024QAM

Wi-Fi 5采用的256-QAM正交幅度调制，每个符号可以传输8bit数据，而Wi-Fi 6则提升到1024-QAM，每个符号可传输10bit数据，于是单条空间流数据吞吐量可以提高25%。

图2-5 256-QAM与1024-QAM 的星座图对比

空分复用技术（SR） & BSS Coloring 着色机制

这项技术主要是针对多个无线接入点（Access Point）之间的同频干扰问题。一直以来，Wi-Fi采用CSMA/CA（载波侦听多路访问／冲突避免）机制，即每次在传送数据之前，会监听无线信道上有无其他AP也在传送数据，如果有，先避让，等下个时间段再传送。这意味着多个AP工作于同一信道时，由于采用轮流单独通信的方式，会大幅降低网络容量。

而Wi-Fi 6中则引入了一种新的同频传输识别机制——BSS Coloring（Basic Service Set coloring）机制。为每个AP“着色”，即在PHY报文头增加6bit的标识符区分不同AP，这样一来，当路由器或设备在发送数据前侦听到信道已被占用时，会首先检查该“占用”的BSS Coloring，确定是否是同一AP的网络。如果颜色相同，则认为是同一BSS内的干扰信号，发送将推迟；如果不是，则不用避让，从而允许多个AP在同一信道上运行，从而有效缓解多路由场景下同信道干扰退避的问题，提升频谱资源利用率。5

图2-6 无BSS Color机制与有BSS Color机制对比

扩展覆盖范围(ER)

Wi-Fi 6标准采用的是Long OFDM symbol发送机制，每次数据发送持续时间从原来的3.2us提升到12.8us，更长的发送时间可降低终端丢包率；另外Wi-Fi 6最小可仅使用2MHz频宽进行窄带传输，有效降低频段噪声干扰，提升了终端接受灵敏度，增加了覆盖距离。如下图5 （802.11ac为Wi-Fi 5，802.11ax为Wi-Fi 6）。

图2-7 Long OFDM symbol与窄带传输带来覆盖距离提升

目标唤醒时间(TWT)

最后就是Wi-Fi 6针对功耗做出的优化。Wi-Fi 6采用一种叫TWT（Target Wakeup Time，目标唤醒时间）的功能，允许终端设备在不进行数据传输时进入休眠状态。此外，Wi-Fi 6的AP还可以设定TWT 编排计划，将STA（客户端设备）分组到不同的TWT周期，从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。TWT还增加了设备睡眠时间，对采用电池供电的终端来说，可节省高达7倍的电池功耗4 。这对于许多物联网应用，如智能家居、农业监测、工业自动化和智慧城市等领域意义非凡。