与非网 9 月 20 日讯,Wi-Fi 6 标准于 16 日正式发布,无线保真网络联盟(Wi-Fi 联盟)目前正向具备合格硬件的制造商发放 Wi-Fi 6 认证。在不久的将来,将会有不少支持 Wi-Fi 6 的设备前赴后继涌入市场。

 

Wi-Fi 联盟将某些特定的 Wi-Fi 级别(4、5 和 6)和特定的技术水平相对应。Wi-Fi 4 对应 802.11n;Wi-Fi 5 对应 802.11ac;Wi-Fi 6 则对应 802.11ax。

 

Wi-Fi 6 的设计初衷是把更多 Wi-Fi 信号塞进同一个拥挤的空间,尤其是在家里、工作场所或当地的全国橄榄球联盟(NFL)体育场等地方。因此,Wi-Fi 6 这一标准在密集环境中表现突出。相比 Wi-Fi 5,Wi-Fi 6 的网络带宽提升了 4 倍——尽管名义上的数据传输速率只提升了 37%。Wi-Fi 6 使用正交频分多址(OFDMA)对频谱进行细分,以便同时将其分配给许多用户(Wi-Fi 5 则不具备此特性)。此外,Wi-Fi 6 可同时使用多用户多输入多输出(MIMO)和 OFDMA,其特性可以实现设备之间更有效的频谱共享和重复使用。

 

 

随着 Wi-Fi 6 标准的正式发布,关于 Wi-Fi 6 与 5G 之间关系的讨论又起,究竟 5G 能不能取代 Wi-Fi 6。其实,移动通信和 Wi-Fi 之争早在 2000 年的时候就开始了,当时市场上关于 2G 网络取代 Wi-Fi 的声音不绝于耳,但是经过 20 年的发展,移动通信已经发展到了 5G 时代,进入了新的纪元。而 Wi-Fi 技术也已经到了 Wi-Fi 6 的标准,Wi-Fi 已经成为社会上不可或缺的一部分。

 

由此可见,5G 和 WiFi 其实是相辅相成的。5G 是 WiFi 6 的有力支撑,Wi-Fi 6 可以成为 5G 的补充和延伸,二者融合能够共同推动社会发展。

 

Wi-Fi 6 标准吸纳了大量 5G 技术

事实上,Wi-Fi 6 在标准的制定上吸纳了大量 5G 关键技术,如 OFDMA、MU-MIMO、1024-QAM 等。而在标准的演进方向上,Wi-Fi 6 与 5G 也并无二致,都是以 eMBB、mMTC、uRLLC 三大场景为目标,支持多用户高速率并发,优化了设备功耗和覆盖能力,扩展了覆盖范围。

 

OFDMA

在 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。

 

图 OFDM 工作模式(来源:华为 WiFi 技术白皮书)

 

Wi-Fi 6 中引入了一种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。迄今为止,它已被许多无线技术采用,例如 3GPP LTE。

 

与 OFDM 相比,OFDMA 有三点好处:

更细的信道资源分配。特别是在部分节点信道状态不太好的情况下,可以根据信道质量分配发送功率,来更细 腻化的分配信道时频资源。下图呈现出了不同子载波频域上的信道质量差异较大,Wi-Fi 6 可根据信道质量选择最优 RU (Resource Unit,简称 RU,每个 RU 当中至少包含 26 个子载波)资源来进行数据传输。

 

提供更好的 QOS。因为 Wi-Fi 6 及之前的标准都是占据整个信道传输数据的,如果有一个 QOS 数据 需要发送,其一定要等之前的发送者释放完整个信道才行,所以会存在较长的时延。在 OFDMA 模式下,由于一个发送者只占据整个信道的部分资源,一次可以发送多个用户的数据,所以能够减少 QOS 节点接入的时延。

 

更多的用户并发及更高的用户带宽。OFDMA 是通过将整个信道资源划分成多个子载波(也可称为子信道),子载波又按不 同 RU 类型被分成若干组,每个用户可以占用一组或多组 RU 以满足不同带宽需求的业务。

 

MU-MIMO

MU-MIMO 使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流,与 OFDMA 不同, 所有用户都使用全部带宽,从而带来多路复用增益。其实 MU-MIMO 技术在 Wi-Fi 5 的时候就已经引入了,但只支持 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在 Wi-Fi 6 中进一步增加了 MU-MIMO 数量,可支持 DL 8x8 MU-MIMO,借助 DL OFDMA 技术(下行),可同时进行 MU-MIMO 传输和分配不同 RU 进行多用户多址传输,既增加了 系统并发接入量,又均衡了吞吐量。

 

因此,在技术演进上二者“英雄所见略同”。而在实际组网中,二者各有所长,5G“主外”,在室外三大移动场景中是当仁不让的首选;Wi-Fi 6“主内”,解决室内覆盖速率等问题。二者融合则能实现“内外兼修”的目标。

 

Wi-Fi 6 与 5G 在应用上形成互补

由于 5G 在室内覆盖上成本高,终端兼容性弱的限制,Wi-Fi 6 在室内覆盖上已经克服了大带宽、大容量、低时延的挑战,可以支撑 VR/4K/AGV 等大带宽低时延的关键应用,所以对于企业而言,Wi-Fi 6 网络与 5G 网络在大部分的场景里是可以相互协同,达到整个接入系统的性价比最优。对于企业的一些特殊场景,比如油田、矿井、自动驾驶工程车,5G 由于其低时延及覆盖广的特点,拥有独特的优势。

 

而对于室外的突发流量的高密场景,在不增加 5G 基站的前提下,5G 网络的容量仍然较难满足用户接入的需求。而在这些场所,Wi-Fi 6 的高密度接入的能力,是高性价比解决海量用户和终端高密接入的有效方案。Wi-Fi 6“主内”,5G“主外”,两者部署考虑的更多的是方案的达到效果以及所需成本。

 

图 不同 Wi-Fi 标准下的接入量与人均带宽关系

 

今年 7 月,深圳地铁携手中国联通、华为,采用联通 5G 网络接入,通过华为 Wi-Fi 6 技术进行网络拓展,将深圳地铁福田枢纽建成全国首个应用 Wi-Fi 6 技术的地铁车站,这是一次 Wi-Fi 6 与 5G 技术的完美融合。

 

Wi-Fi 6 与 5G 的关系很容易让人联想到 NB-IoT 与 LoRa,在需要公网的场景下,NB-IoT 和 LoRa 具有很强的互补性,但在需要行业、企业级专网的项目中,NB-IoT 专网方案就和 LoRa、ZETA 等其他技术有明显的替代性优势。

 

Wi-Fi 和 5G 将长期共存

从网络覆盖上来讲,5G 网络技术采用的是超高频频谱,我们都知道,频率越高衍射现象越弱,穿越障碍的能力也就越弱,所以 5G 信号是很容易衰弱的。如果保持 5G 信号的覆盖需要比 4G 建设更多的基站。由于信号的衰减,那么在室内、地下等环境下的衰减会更严重,5G 网络很难覆盖所有的环境,在此情况下,Wi-Fi 网络可以通过路由器在这些地方提供信号。

 

在 5G 时代,虽然 5G 网络的容量会大幅提高,但是入网设备的数量也会大幅提升,假设所有的入网设备都连接区域内的基站,我想 5G 这条高速公路也会堵死,而 Wi-Fi 则具有很大的分流作用。

 

正如需要被处理的海量数据,在某一数值之下,云计算完全有能力实现数据高效、快速处理,但是随着数据的持续增加,继续依靠云计算的能力已然不是最合适的途径,这也是雾计算、边缘计算产生的原因,它们之间也应该是一种互补、协同的关系。

 

再者,简单的看,5G 要想取代 Wi-Fi 就需要建设更多的基站,数量可能是当下规划的几倍,这又会涉及到大量的资金投入,本来 5G 建设的资金投入已经让运营商头疼不已,因此所谓的 5G 取代 Wi-Fi 并不现实。

 

另一方面,从速率上来看,移动设备厂商宣传的 5G 最重要的 3 个特征是高速度、大容量、低时延,而最新一代的 Wi-Fi 速率比 5G 还要快, Wi-Fi 6 单流峰值速率 1.2Gbps(5G 网 络峰值速率 1Gbps),平均来看,Wi-Fi 每升级一代所用的时间大约只是移动网络的一半左右,所以从最新的 Wi-Fi 6 开始,速率会持续领先于移动网络。

 

当然,5G 取代 Wi-Fi 还有其他需要考虑的地方,比如流量大涨背后是费用大涨,而免费 Wi-Fi 优势明显,终端的类型,移动端的电池耗电问题等。

 

最后,移动通信在进化,Wi-Fi 也在进步,物联网时代会有海量的、多样的设备实现联网,而连接的方式也应该是异构的。Wi-Fi 6 与 5G 不是取代关系,而是互相推动、竞争与共存的关系。

 

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