1. wifi的子载波间隔为什么取312.5KHz
子载波间隔为 15kHz,这个间隔大小的选取是取决于频谱效率和抗频 偏能力的折中
2. WIFI6技术概述
2018年10月4日,Wi-Fi联盟正式宣布将下一代Wi-Fi技术802.11ax更名为Wi-Fi 6,并将前两代技术802.11n和802.11ac分别更名为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。
Wi-Fi 6相比起Wi-Fi 4/5来说不只是速率变得更快了,同时也针对不同场景和相关技术做了很多升级和优化,下面将从技术方面,看看WIFI6带来的新变化。
从WIFI标准的发展历程中不难发现,WIFI标准,最大的提升是数据传输速率,通过更高调制方式,更大的频宽,来实现更高的传输速率。但是实际的无线场景使用中,用户对于无线的需求是多样的,有的场景需要低延时,对带宽的要求可能并不高,有的场景则需要高带宽,对延时不敏感。因为接入无线的设备多样,场景复杂。在制订无线标准,设计无线网络的时候,需要关注的点比较多,要结合需求和场景,真正的为无线用户带来良好的体验。
WIFI6在调制,编码,多用户并发等方面进行了技术改进和优化,与速度提升相比,更关注因应用,用户体验,无线环境的整体优化。更贴合于现阶段多Wi-Fi终端、多应用普及的场景。现阶段各类终端和应用繁多,如视频类应用、即时通讯类应用等,因此无线场景中多并发、短报文的情况越来越多,早期的Wi-Fi协议应对这种情景并无技术优势,而Wi-Fi 6针对这些场景做了大量的改进和优化,能大幅度的提升大家的无线体验。
Wi-Fi 6作为致力提升无线使用效率和用户真实体验的标准,定义了很多和以往协议截然不同的技术规格。例如更高的调制阶数(1024-QAM)、更窄的子载波间隔、上下行OFDMA技术、上下行MU-MIMO技术(其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5时引入)、空间复用技术等。
这些特性在2.4G和5G网络下均未享受到。WIFI5的特性仅支持5G。WIFI4的特性支持2.4G和5G。
WIFI6的最高理论速度是9.6Gpbs。WIFI5是6.9Gbps,单条空间流80MHz下的速度从433Mbps提高到600.4Mbps
1024-QAM(Quadrature Amplitude Molation,正交振幅调制),这是一种调制方式,所谓调制就是将电信号转换为无线电波的过程,反之则称为解调,调制方式越高阶,转换过程中数据密度就越高。
QAM编码是采用二维(点阵)调制方式,实际应用中QAM数值是2的N次方。比如说64-QAM,64是2的6次方,一次就可以传输6个bit的数据;Wi-Fi 5支持的最高调制是256-QAM,因此Wi-Fi 5一次可以携带8个bit的数据信息,Wi-Fi 6支持的最高调制是1024-QAM,Wi-Fi 6一次可以携带10bit,通过使用1024-QAM,让Wi-Fi 6的物理层协商速率提升了25%。
Wi-Fi 6对子载波间隔进行了重新设计,将子载波间隔从Wi-Fi 5的312.5kHz,变成78.125kHz,即相同信道带宽带(MHz)的情况下,Wi-Fi 6的子载波数量是Wi-Fi5的4倍。
由于更窄子载波间隔的引入,也让单帧容量增至原来的四倍(即256个子载波/20MHz),单帧发送时长自然也是Wi-Fi 4/5(3.2微秒)的四倍(12.8微秒),但帧间隔仅为原来的两倍(0.8微秒),即每一帧的传输周期是13.6微秒。综合起来,帧间隔时间开销从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的整体效率再提升5.88%,即物理层协商速率提升了5.88%。
在相同信道频宽80MHz下的WIFI5和WIFI6的有效载波占比
通过更高阶的调制技术和更窄的子载波间隔,让Wi-Fi 6的理论速率(160MHz频宽,8条空间流)从Wi-Fi 5的6.9Gbps提升到9.6Gbps。
Wi-Fi 6 将Wi-Fi 频道从80 MHz 提升到160 MHz。
为了满足高密度的无线连接,引入的新特性
MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用户的多进多出),它让AP可以同时与多台终端并发通信。
Wi-Fi 6在Wi-Fi 5下行MU-MIMO的基础上新增上行MU-MIMO, WIFI5的MU-MIMO仅适用于下载 。同时也把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 ,支持同时向8个终端发送数据,与Wi-Fi 5相比,下行链路容量增加了2倍,上行链路容量增加了8倍,从而大幅提高无线接入总容量,这表示无论您正在串流、下载、游玩VR/AR、MMO's 或RPG's,Wi-Fi 6 的8条串流,都能提供所有应用足够的频宽。
传统的MIMO严格来说应该叫做SU-MIMO(Single-user MIMO,单用户MIMO),虽然支持多天线同步传输,在同一个信道同一时刻,只能与一个终端通信,多终端之间仍为串行传输。
MU-MIMO解决了同一AP下多用户并发传输的问题,将原来的HUB模式,升级为了交换模式。
OFDMA技术是在频域上将无线信道划分为多个子信道(子载波),形成一个个射频资源单元,用户传输数据时,数据将承载在每个资源单元上,而不是像Wi-Fi 4/5(使用OFDM技术)时那样占用整个信道。
Wi-Fi从802.11a(1999年发布的第三代Wi-Fi协议)开始就采用OFDM调制作为核心信道调制方案,Wi-Fi 6在OFDM的基础上加入多址(即多用户)技术,从而演进成OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分多址)。
OFDM调制原理是将信道切分为子载波,但单一信道内的子载波须同时使用。OFDMA调制则更进一步,将现有的802.11信道(20、40、80和160MHz宽度)划分成具有固定数量子载波的较小子信道,并将特定子载波集进一步指派给个别STA,从而为多个用户同时服务。
OFDMA划分的射频资源单元就像把货车的载货箱划分了很多小格子,这样货车在拉货时就可以进行灵活组合,不论是拉大货物还是小货物,都可以装满整个货箱再出发,充分利用每台货车的资源。
显示已有一个天线运作的情景。实际路由器是多天线,与此情况类似。
通过OFDMA技术可实现在每个时间段内多个终端同时并行传输,不必依次排队等待、相互竞争,提升了效率,提高了无线接入的密度,降低了排队的等待时延。
OFDMA和MU-MIMO的适用场景对比
Spatial Reuse(空间复用),也被称作“BSS着色”(BSS coloring),通过此技术可以实现更多同步传输,即AP可以识别两个相距不远但并不相邻的AP和终端设备,能够在同一时间内实现无线并发传输而不会相互影响。用于解决不同AP在相同信道下并发冲突的问题。
为了在密集部署方案中提高系统级性能和频谱资源的有效使用,802.11ax标准实现了空间重用技术。STA可以识别来自重叠基本服务集(BSS)的信号,并基于该信息做出关于介质争用和干扰管理的决定。
BSS着色是802.11ah中引入的一种机制,用于为每个BSS分配不同的“颜色”,将其扩展到11ax,根据检测到的颜色分配新的频道访问行为。尽可能的情况下最大限度地减少同频干扰。
传统传输机制,每次发送数据之前,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。
BBS Coloring机制,即在数据报头加入6bits的BSS Color来指定不同的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 Color,确定是否是同一AP的网络,如果不是,则不用避让,从而允许多个AP在同一信道上运行,并智能管理多用户同时并行传输。
目标唤醒时间( Target Wake Time,简称 TWT) 让设备可自行协商它们何时以及多常唤醒以发送或接收资料,这项功能可以增加设备的休眠时间并显着延长行动设备和物联网设备的电池寿命。
这个服务可以降低支持WIFI6终端的电力消耗。现在很多设备连接WIFI的情况下耗电严重,尤其是使用电池的IOT物联网设备。减少用户之间的争用和冲突,显着提升STA的休眠时间,节约电力消耗。常用的手机,笔记本等,因为需要持续的网络连接和数据传输,这项技术的收益并不明显。
WPA2加密协议,在2017年10月被完全破解,随着WIFI6,还推出了WPA3安全协议。
主要体现在:
公共场所,即使是open的SSID,也会提供无感知的数据传输加密
使用SAW替换PSK,使用4次握手提供更高的安全性,对于WPA-Enterprise无太多改进
支持通过扫描二维码,NFC,蓝牙等方式,添加IOT设备联网
增加256位密钥
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3. WIFI6有什么优点
WiFi6的主要优势
1.WiFi6更快
WiFi6的主要优势体现在其速度上。经过20年的发展,WiFi6的速度已经是第一代无线网络技术WiFi1的827倍。与上一代802.11acWiFi5相比,WiFi6的最大传输速率已从以前的3.5Gbps提高到9.6Gbps,理论速度提高了近3倍。
在频段上WiFi5仅涉及5GHz,而WiFi6覆盖2.4/5GHz,覆盖低速和高速设备。WiFi6支持1024-QAM,高于WiFi5的256-QAM,具有更高的数据容量和相应的数据传输速度。
2.WiFi6具有较低的延迟
WiFi的前几代一直使用具有顺序顺序的OFDM技术(正交频分复用技术)。在将新的OFDMA技术注入WiFi6之后,无线路由器可以连接到多个设备,有效地解决了数据拥塞和延迟的问题。
另外,WiFi6可以支持的最大空间数据流从WiFi5的4增加到8,也就是说,它最多可以支持8×8MU-MIMO,这也是重要的原因之一。更重要的是,WiFi6使用OFDMA(正交频分多址)技术,该技术是WiFi5使用的OFDM技术的演进版本。它结合了OFDM和FDMA技术,并使用OFDM来为信道提供父项。之后,在一些子载波上加载了传输数据的传输技术。
3.WiFi6容量更大
WiFi6还引入了BSSColoring着色机制,为连接到网络的每个设备添加标签,并为其数据添加相应的标签。传输数据时,有一个相应的地址,该地址直接传输到该位置而不会引起混乱。
多用户MU-MIMO技术允许计算机网络一次与多个终端共享信道,从而使多部移动电话/计算机可以同时访问Internet,从以前效率低下的排队序列传递方法到效率高的“携手并进”。结合OFDMA技术,WiFi6网络下的每个信道都可以执行高效的数据传输,在多用户情况下改善网络体验,可以更好地满足WiFi热点区域,多用户使用并且不容易冻结,容量更大。
4.WiFi6更安全
WiFi6设备只有采用了新一代加密安全协议WPA3协议,才能通过WiFiAlliance认证。这样可以防止暴力攻击,暴力攻击等,安全性得到了进一步保证。
5.WiFi6节省更多电量
WiFi6引入了TARget唤醒时间(TWT,目标唤醒时间)技术,使设备和无线路由器能够主动计划通信时间,从而减少了无线网络天线的使用和信号搜索时间,这意味着
4. wifi信号强度与信号质量什么关系
首先WIFI信号的强度和速度肯定是有关系的,信号强度越好,速度越高,所以在802.11ac提高速率的同时,采用MIMO来提高信号的强度(主要是Beamforming)。为了细化理解一下,我们首先要从WIFI速率的计算开始(这里以OFDM系列做为例子,802.11b的应用面已经不是特别广,所以不展开,注:802.11b是采用DSSS技术进行传输的,其物理层可以采用barker码,CCK码以及可选PBCC码进行传输,而802.11a/g/n/ac都是基于OFDM进行定义的)
以802.11a速率计算作为例子,其物理层传输速率是通过MCS表进行计算出来的,如下图:
上图实际上是描述的是802.11a的MCS表,MCS表实际上是描述对应不同速率的调制方式以及编码方式。这里每一行决定一种发送速率,不同的发送速率对应不送的信道质量,当信道质量好的时候,发送速率快一些,信道质量差的时候,发送速率慢一些。
MCS表中的第二列是调制方式,实际上计算带进去的值是调制的阶数(故需要将调制方式转换为阶数)。第三列是对应的编码速率,这里又称为FEC速率(FEC是前向纠错码的名称,Forward Error Correction)。在802.11a中是采用卷积码的形式进行编码的,然后在译码的时候采用的是viterbi算法。FEC速率可以简单理解成冗余度,即1/2可以理解成1个bit用2个bit来重复发送。最后一列对应的就是实际的物理层速率了。然后我们关注的是物理层的速率计算,通常我们简单理解物理层的速率计算等于 子载波数*调制阶数*编码效率 / 发送间隔。
举个例子:对应调制方式为16QAM,编码效率为1/2的速率。同时我们还需要补充的条件是:在802.11a中,数据子载波是48个,OFDM symbol的时间是4us(简单理解成每次传输的时间间隔),16QAM每次可以传输的物理层比特数为4(即2的4次方为16)。即 24Mbps = 48*4*(1/2) / 4us 。每一种速率通过不同的编码方式,从而达到不同的实际速率。PS:如果在802.11n/ac中还存在不同的带宽模式,对应不同带宽对应不同的子载波数,这里由于是802.11a所以子载波数固定。
下图就是802.11n中所对应的MCS表,可以看到,每一个速率都有对应的信号灵敏度的阈值,越高阶的速率,其对信号的灵敏度越高。
下面也补充了张图,可以直观的看下SNR对于不同的调制方式和编码效率的影响(图是来源于mobicom 2012年的一个协议autoMAC的ppt上)
图中横轴是SNR,纵轴是借条的可能性(这张图不是误码率,简单理解是解调的正确率),比如对应蓝色虚线,采用图中相对低阶的16QAM,以及高冗余的1/2编码,其在将近8dB的情况下还可以工作,而其他的高阶调制方式以及低冗余的编码就都解调失败了。
然后最后一点还需要补充下无线网络中速率的自适应调节,这一块在不同的版本的协议中实际上做法是不同的,在早些的802.11中,这一块是交给厂家自行设定的,如下图的解释(WIFI权威指南中)
到了802.11ac以后,每一次传输之前,其实际上都做了一次信道的测量(NDP,NDPA的反馈,额,具体反馈的帧的名字忘了,这里表述不是特别准确),所以每一次基本都是能够大致测定下信道质量的,从而可以每一次根据信道质量在MCS表中选择一个合适发送速率进行发送,从而进行实时的速率自适应,这个就不展开了额。
5. 无线路由器中20MHZ和40MHZ频段的区别
频段带宽指的是路由器的发射频率宽度:
1、对应宽带不同:
20MHz对应的是65M带宽:穿透性好,传输距离远(100米左右)。
40MHz对应的是150M带宽 :穿透性差,传输距离近 (50米左右)。
2、通道不同:
20MHz是单通道,40MHz是双通道。
目前常见的路由器单通道:
最高150M,双通道能达到300M。
无线路由工作根据频段的不同分好几种标准,分别是11a,11b,11g,11n。其中工作频段不同也导致传输速度不同。11n的可以在11b和11g之间用,自动转换。就正常用户来说,一般是选择20MHz的频段宽带,会比较稳定。
6. WIFI 6采用( )调频方式
WIFI 6采用OFDMA技术调频方式,WiFi6在在OFDM的基础上加入多址技术,从而演进成OFDMA。实际上OFDMA将帧结构重新设计,细分成若干资源单元,为多个用户服务。
而在OFDMA方案里每一帧由234个数据子载波组成,每26个子载波定义为一个RU,每个RU可以为一个终端服务,简单除一下,每一帧就可以被分成9份,最多可以同时为9个用户服务。
Wi-Fi,在中文里又称作“行动热点”,是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证,是一个创建于IEEE802.11标准的无线局域网技术。基于两套系统的密切相关,也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义术语。
技术原理
无线网络在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种无线联网技术,以前通过网线连接电脑,而Wi-Fi则是通过无线电波来连网。常见的就是一个无线路由器,那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网。
以上内容参考网络-WIFI