1. wifi的子載波間隔為什麼取312.5KHz
子載波間隔為 15kHz,這個間隔大小的選取是取決於頻譜效率和抗頻 偏能力的折中
2. WIFI6技術概述
2018年10月4日,Wi-Fi聯盟正式宣布將下一代Wi-Fi技術802.11ax更名為Wi-Fi 6,並將前兩代技術802.11n和802.11ac分別更名為Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。
Wi-Fi 6相比起Wi-Fi 4/5來說不只是速率變得更快了,同時也針對不同場景和相關技術做了很多升級和優化,下面將從技術方面,看看WIFI6帶來的新變化。
從WIFI標準的發展歷程中不難發現,WIFI標准,最大的提升是數據傳輸速率,通過更高調制方式,更大的頻寬,來實現更高的傳輸速率。但是實際的無線場景使用中,用戶對於無線的需求是多樣的,有的場景需要低延時,對帶寬的要求可能並不高,有的場景則需要高帶寬,對延時不敏感。因為接入無線的設備多樣,場景復雜。在制訂無線標准,設計無線網路的時候,需要關注的點比較多,要結合需求和場景,真正的為無線用戶帶來良好的體驗。
WIFI6在調制,編碼,多用戶並發等方面進行了技術改進和優化,與速度提升相比,更關注因應用,用戶體驗,無線環境的整體優化。更貼合於現階段多Wi-Fi終端、多應用普及的場景。現階段各類終端和應用繁多,如視頻類應用、即時通訊類應用等,因此無線場景中多並發、短報文的情況越來越多,早期的Wi-Fi協議應對這種情景並無技術優勢,而Wi-Fi 6針對這些場景做了大量的改進和優化,能大幅度的提升大家的無線體驗。
Wi-Fi 6作為致力提升無線使用效率和用戶真實體驗的標准,定義了很多和以往協議截然不同的技術規格。例如更高的調制階數(1024-QAM)、更窄的子載波間隔、上下行OFDMA技術、上下行MU-MIMO技術(其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5時引入)、空間復用技術等。
這些特性在2.4G和5G網路下均未享受到。WIFI5的特性僅支持5G。WIFI4的特性支持2.4G和5G。
WIFI6的最高理論速度是9.6Gpbs。WIFI5是6.9Gbps,單條空間流80MHz下的速度從433Mbps提高到600.4Mbps
1024-QAM(Quadrature Amplitude Molation,正交振幅調制),這是一種調制方式,所謂調制就是將電信號轉換為無線電波的過程,反之則稱為解調,調制方式越高階,轉換過程中數據密度就越高。
QAM編碼是採用二維(點陣)調制方式,實際應用中QAM數值是2的N次方。比如說64-QAM,64是2的6次方,一次就可以傳輸6個bit的數據;Wi-Fi 5支持的最高調制是256-QAM,因此Wi-Fi 5一次可以攜帶8個bit的數據信息,Wi-Fi 6支持的最高調制是1024-QAM,Wi-Fi 6一次可以攜帶10bit,通過使用1024-QAM,讓Wi-Fi 6的物理層協商速率提升了25%。
Wi-Fi 6對子載波間隔進行了重新設計,將子載波間隔從Wi-Fi 5的312.5kHz,變成78.125kHz,即相同信道帶寬頻(MHz)的情況下,Wi-Fi 6的子載波數量是Wi-Fi5的4倍。
由於更窄子載波間隔的引入,也讓單幀容量增至原來的四倍(即256個子載波/20MHz),單幀發送時長自然也是Wi-Fi 4/5(3.2微秒)的四倍(12.8微秒),但幀間隔僅為原來的兩倍(0.8微秒),即每一幀的傳輸周期是13.6微秒。綜合起來,幀間隔時間開銷從Wi-Fi 4/5的11.11%【0.4/(3.2+0.4)=11.11%】降低到了5.88%【0.8/(12.8+0.8)=5.88%】,因此Wi-Fi 6的整體效率再提升5.88%,即物理層協商速率提升了5.88%。
在相同信道頻寬80MHz下的WIFI5和WIFI6的有效載波佔比
通過更高階的調制技術和更窄的子載波間隔,讓Wi-Fi 6的理論速率(160MHz頻寬,8條空間流)從Wi-Fi 5的6.9Gbps提升到9.6Gbps。
Wi-Fi 6 將Wi-Fi 頻道從80 MHz 提升到160 MHz。
為了滿足高密度的無線連接,引入的新特性
MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用戶的多進多出),它讓AP可以同時與多台終端並發通信。
Wi-Fi 6在Wi-Fi 5下行MU-MIMO的基礎上新增上行MU-MIMO, WIFI5的MU-MIMO僅適用於下載 。同時也把Wi-Fi 5最大支持4 4的下行MU-MIMO提升到最大支持8 8的 上下行MU-MIMO ,支持同時向8個終端發送數據,與Wi-Fi 5相比,下行鏈路容量增加了2倍,上行鏈路容量增加了8倍,從而大幅提高無線接入總容量,這表示無論您正在串流、下載、遊玩VR/AR、MMO's 或RPG's,Wi-Fi 6 的8條串流,都能提供所有應用足夠的頻寬。
傳統的MIMO嚴格來說應該叫做SU-MIMO(Single-user MIMO,單用戶MIMO),雖然支持多天線同步傳輸,在同一個信道同一時刻,只能與一個終端通信,多終端之間仍為串列傳輸。
MU-MIMO解決了同一AP下多用戶並發傳輸的問題,將原來的HUB模式,升級為了交換模式。
OFDMA技術是在頻域上將無線信道劃分為多個子信道(子載波),形成一個個射頻資源單元,用戶傳輸數據時,數據將承載在每個資源單元上,而不是像Wi-Fi 4/5(使用OFDM技術)時那樣佔用整個信道。
Wi-Fi從802.11a(1999年發布的第三代Wi-Fi協議)開始就採用OFDM調製作為核心信道調制方案,Wi-Fi 6在OFDM的基礎上加入多址(即多用戶)技術,從而演進成OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交頻分多址)。
OFDM調制原理是將信道切分為子載波,但單一信道內的子載波須同時使用。OFDMA調制則更進一步,將現有的802.11信道(20、40、80和160MHz寬度)劃分成具有固定數量子載波的較小子信道,並將特定子載波集進一步指派給個別STA,從而為多個用戶同時服務。
OFDMA劃分的射頻資源單元就像把貨車的載貨箱劃分了很多小格子,這樣貨車在拉貨時就可以進行靈活組合,不論是拉大貨物還是小貨物,都可以裝滿整個貨箱再出發,充分利用每台貨車的資源。
顯示已有一個天線運作的情景。實際路由器是多天線,與此情況類似。
通過OFDMA技術可實現在每個時間段內多個終端同時並行傳輸,不必依次排隊等待、相互競爭,提升了效率,提高了無線接入的密度,降低了排隊的等待時延。
OFDMA和MU-MIMO的適用場景對比
Spatial Reuse(空間復用),也被稱作「BSS著色」(BSS coloring),通過此技術可以實現更多同步傳輸,即AP可以識別兩個相距不遠但並不相鄰的AP和終端設備,能夠在同一時間內實現無線並發傳輸而不會相互影響。用於解決不同AP在相同信道下並發沖突的問題。
為了在密集部署方案中提高系統級性能和頻譜資源的有效使用,802.11ax標准實現了空間重用技術。STA可以識別來自重疊基本服務集(BSS)的信號,並基於該信息做出關於介質爭用和干擾管理的決定。
BSS著色是802.11ah中引入的一種機制,用於為每個BSS分配不同的「顏色」,將其擴展到11ax,根據檢測到的顏色分配新的頻道訪問行為。盡可能的情況下最大限度地減少同頻干擾。
傳統傳輸機制,每次發送數據之前,會監聽無線信道上有無其他AP也在傳送數據,如果有,先避讓,等下個時間段再傳送。這意味著多個AP工作於同一信道時,由於採用輪流單獨通信的方式,會大幅降低網路容量。
BBS Coloring機制,即在數據報頭加入6bits的BSS Color來指定不同的AP,這樣一來,當路由器或設備在發送數據前偵聽到信道已被佔用時,會首先檢查該「佔用」的BSS Color,確定是否是同一AP的網路,如果不是,則不用避讓,從而允許多個AP在同一信道上運行,並智能管理多用戶同時並行傳輸。
目標喚醒時間( Target Wake Time,簡稱 TWT) 讓設備可自行協商它們何時以及多常喚醒以發送或接收資料,這項功能可以增加設備的休眠時間並顯著延長行動設備和物聯網設備的電池壽命。
這個服務可以降低支持WIFI6終端的電力消耗。現在很多設備連接WIFI的情況下耗電嚴重,尤其是使用電池的IOT物聯網設備。減少用戶之間的爭用和沖突,顯著提升STA的休眠時間,節約電力消耗。常用的手機,筆記本等,因為需要持續的網路連接和數據傳輸,這項技術的收益並不明顯。
WPA2加密協議,在2017年10月被完全破解,隨著WIFI6,還推出了WPA3安全協議。
主要體現在:
公共場所,即使是open的SSID,也會提供無感知的數據傳輸加密
使用SAW替換PSK,使用4次握手提供更高的安全性,對於WPA-Enterprise無太多改進
支持通過掃描二維碼,NFC,藍牙等方式,添加IOT設備聯網
增加256位密鑰
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3. WIFI6有什麼優點
WiFi6的主要優勢
1.WiFi6更快
WiFi6的主要優勢體現在其速度上。經過20年的發展,WiFi6的速度已經是第一代無線網路技術WiFi1的827倍。與上一代802.11acWiFi5相比,WiFi6的最大傳輸速率已從以前的3.5Gbps提高到9.6Gbps,理論速度提高了近3倍。
在頻段上WiFi5僅涉及5GHz,而WiFi6覆蓋2.4/5GHz,覆蓋低速和高速設備。WiFi6支持1024-QAM,高於WiFi5的256-QAM,具有更高的數據容量和相應的數據傳輸速度。
2.WiFi6具有較低的延遲
WiFi的前幾代一直使用具有順序順序的OFDM技術(正交頻分復用技術)。在將新的OFDMA技術注入WiFi6之後,無線路由器可以連接到多個設備,有效地解決了數據擁塞和延遲的問題。
另外,WiFi6可以支持的最大空間數據流從WiFi5的4增加到8,也就是說,它最多可以支持8×8MU-MIMO,這也是重要的原因之一。更重要的是,WiFi6使用OFDMA(正交頻分多址)技術,該技術是WiFi5使用的OFDM技術的演進版本。它結合了OFDM和FDMA技術,並使用OFDM來為信道提供父項。之後,在一些子載波上載入了傳輸數據的傳輸技術。
3.WiFi6容量更大
WiFi6還引入了BSSColoring著色機制,為連接到網路的每個設備添加標簽,並為其數據添加相應的標簽。傳輸數據時,有一個相應的地址,該地址直接傳輸到該位置而不會引起混亂。
多用戶MU-MIMO技術允許計算機網路一次與多個終端共享信道,從而使多部行動電話/計算機可以同時訪問Internet,從以前效率低下的排隊序列傳遞方法到效率高的「攜手並進」。結合OFDMA技術,WiFi6網路下的每個信道都可以執行高效的數據傳輸,在多用戶情況下改善網路體驗,可以更好地滿足WiFi熱點區域,多用戶使用並且不容易凍結,容量更大。
4.WiFi6更安全
WiFi6設備只有採用了新一代加密安全協議WPA3協議,才能通過WiFiAlliance認證。這樣可以防止暴力攻擊,暴力攻擊等,安全性得到了進一步保證。
5.WiFi6節省更多電量
WiFi6引入了TARget喚醒時間(TWT,目標喚醒時間)技術,使設備和無線路由器能夠主動計劃通信時間,從而減少了無線網路天線的使用和信號搜索時間,這意味著
4. wifi信號強度與信號質量什麼關系
首先WIFI信號的強度和速度肯定是有關系的,信號強度越好,速度越高,所以在802.11ac提高速率的同時,採用MIMO來提高信號的強度(主要是Beamforming)。為了細化理解一下,我們首先要從WIFI速率的計算開始(這里以OFDM系列做為例子,802.11b的應用面已經不是特別廣,所以不展開,註:802.11b是採用DSSS技術進行傳輸的,其物理層可以採用barker碼,CCK碼以及可選PBCC碼進行傳輸,而802.11a/g/n/ac都是基於OFDM進行定義的)
以802.11a速率計算作為例子,其物理層傳輸速率是通過MCS表進行計算出來的,如下圖:
上圖實際上是描述的是802.11a的MCS表,MCS表實際上是描述對應不同速率的調制方式以及編碼方式。這里每一行決定一種發送速率,不同的發送速率對應不送的信道質量,當信道質量好的時候,發送速率快一些,信道質量差的時候,發送速率慢一些。
MCS表中的第二列是調制方式,實際上計算帶進去的值是調制的階數(故需要將調制方式轉換為階數)。第三列是對應的編碼速率,這里又稱為FEC速率(FEC是前向糾錯碼的名稱,Forward Error Correction)。在802.11a中是採用卷積碼的形式進行編碼的,然後在解碼的時候採用的是viterbi演算法。FEC速率可以簡單理解成冗餘度,即1/2可以理解成1個bit用2個bit來重復發送。最後一列對應的就是實際的物理層速率了。然後我們關注的是物理層的速率計算,通常我們簡單理解物理層的速率計算等於 子載波數*調制階數*編碼效率 / 發送間隔。
舉個例子:對應調制方式為16QAM,編碼效率為1/2的速率。同時我們還需要補充的條件是:在802.11a中,數據子載波是48個,OFDM symbol的時間是4us(簡單理解成每次傳輸的時間間隔),16QAM每次可以傳輸的物理層比特數為4(即2的4次方為16)。即 24Mbps = 48*4*(1/2) / 4us 。每一種速率通過不同的編碼方式,從而達到不同的實際速率。PS:如果在802.11n/ac中還存在不同的帶寬模式,對應不同帶寬對應不同的子載波數,這里由於是802.11a所以子載波數固定。
下圖就是802.11n中所對應的MCS表,可以看到,每一個速率都有對應的信號靈敏度的閾值,越高階的速率,其對信號的靈敏度越高。
下面也補充了張圖,可以直觀的看下SNR對於不同的調制方式和編碼效率的影響(圖是來源於mobicom 2012年的一個協議autoMAC的ppt上)
圖中橫軸是SNR,縱軸是借條的可能性(這張圖不是誤碼率,簡單理解是解調的正確率),比如對應藍色虛線,採用圖中相對低階的16QAM,以及高冗餘的1/2編碼,其在將近8dB的情況下還可以工作,而其他的高階調制方式以及低冗餘的編碼就都解調失敗了。
然後最後一點還需要補充下無線網路中速率的自適應調節,這一塊在不同的版本的協議中實際上做法是不同的,在早些的802.11中,這一塊是交給廠家自行設定的,如下圖的解釋(WIFI權威指南中)
到了802.11ac以後,每一次傳輸之前,其實際上都做了一次信道的測量(NDP,NDPA的反饋,額,具體反饋的幀的名字忘了,這里表述不是特別准確),所以每一次基本都是能夠大致測定下信道質量的,從而可以每一次根據信道質量在MCS表中選擇一個合適發送速率進行發送,從而進行實時的速率自適應,這個就不展開了額。
5. 無線路由器中20MHZ和40MHZ頻段的區別
頻段帶寬指的是路由器的發射頻率寬度:
1、對應寬頻不同:
20MHz對應的是65M帶寬:穿透性好,傳輸距離遠(100米左右)。
40MHz對應的是150M帶寬 :穿透性差,傳輸距離近 (50米左右)。
2、通道不同:
20MHz是單通道,40MHz是雙通道。
目前常見的路由器單通道:
最高150M,雙通道能達到300M。
無線路由工作根據頻段的不同分好幾種標准,分別是11a,11b,11g,11n。其中工作頻段不同也導致傳輸速度不同。11n的可以在11b和11g之間用,自動轉換。就正常用戶來說,一般是選擇20MHz的頻段寬頻,會比較穩定。
6. WIFI 6採用( )調頻方式
WIFI 6採用OFDMA技術調頻方式,WiFi6在在OFDM的基礎上加入多址技術,從而演進成OFDMA。實際上OFDMA將幀結構重新設計,細分成若干資源單元,為多個用戶服務。
而在OFDMA方案里每一幀由234個數據子載波組成,每26個子載波定義為一個RU,每個RU可以為一個終端服務,簡單除一下,每一幀就可以被分成9份,最多可以同時為9個用戶服務。
Wi-Fi,在中文裡又稱作「行動熱點」,是Wi-Fi聯盟製造商的商標做為產品的品牌認證,是一個創建於IEEE802.11標準的無線區域網技術。基於兩套系統的密切相關,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義術語。
技術原理
無線網路在無線區域網的范疇是指「無線相容性認證」,實質上是一種商業認證,同時也是一種無線聯網技術,以前通過網線連接電腦,而Wi-Fi則是通過無線電波來連網。常見的就是一個無線路由器,那麼在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以採用Wi-Fi連接方式進行聯網。
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