wi-fi6(802.11ax)的使用

在上一期的文章(链接)中 , 我给大家介绍了Wi-Fi的信道竞争接入原理 。Wi-Fi设备的接入 , 核心就在于载波侦听多路访问/碰撞避免(CSMA/CA) 。
这个先听后说的机制 , 从1997年的第一代Wi-Fi(802.11)就开始使用 。然而 , 20多年前的无线网络设备很少 , 没有人会去考虑 , 当设备增多时 , 竞争入网带来的网络拥塞问题 。
Wi-Fi的真正普及 , 是从2008年的Wi-Fi4(802.11n)开始 。可以说 , 从那时起 , Wi-Fi真正成为家庭和企业互联网接入最常见的方式 。支持Wi-Fi的设备型号数量 , 也成指数上升 。
如今 , Wi-Fi设备在我们的生活中无处不在 。随便打开家里的无线路由管理界面 , 可能就有不下10个Wi-Fi设备同时在线 。
设备数量的增加 , 导致了网络拥塞、性能下降、延时升高等问题 。这些问题在Wi-Fi5(802.11ac)时代变得愈加严重 。所以 , 在设计Wi-Fi6(802.11ax)时 , 专家们专门针对网络拥塞问题进行了改进和创新 。
那么 , Wi-Fi6是通过哪些新技术来提高无线信道容量的呢?
正交频分多址OFDMA
熟悉Wi-Fi的朋友们应该知道 , Wi-Fi的空口采用了正交频分复用(OFDM)的调制方式 , 即整个带宽由相互正交的子载波组成 。
在Wi-Fi6中 , 802.11工作小组从LTE上引入了OFDMA的接入方式 。就多了这么一个“A”字 , 可以说是给网络容量带来了质变 。
如下面左边图所示 , 基于Wi-Fi5的OFDM在任意一个时段 , 频道中的所有带宽只能分配给一个用户 , 哪怕这个用户的数据需求并不需要占用到全部带宽 。
而其他用户接入网络时 , 需要等待下一个发送机会窗口(TXOP) 。这在信道资源的使用上 , 是非常低效的 , 尤其是设备显著增多时 。
wi-fi6(802.11ax)的使用
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图1OFDM与OFDMA对比
OFDMA改变了这一点 。OFDMA通过将子载波组成一个个资源单元(RU)的方式 , 频道可以把瞬时带宽动态划分给不同的用户 。
比如上图右边这张图中 , 第一个TXOP分配给了用户0和用户1 , 第二个OP全部分给了用户2 , 接着第三个TXOP中 , 资源被平均分配给了四位用户 。
OFDMA一下子提高了瞬时支持的用户数量 。
以下图的20MHz带宽为例 , 经过子载波分配 , 20MHz可以最多支持9个设备同时接入 , 40MHz则可以支持18个设备 , 以此类推 。
wi-fi6(802.11ax)的使用
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图2采用OFDMA的20MHz下可用的资源单元数量
(Wi-Fi6中每个子载波是78.125khz , 20MHz就是256个子载波 。6Edge表示距离边缘有6个子载波作为保护带 。)
可以说 , OFDMA对Wi-Fi信道的容量带来了质变 。
BSScoloring
在过去的Wi-Fi技术中 , 小区间同频干扰(Co-ChannelInterference , CCI)是影响信道容量的另一个重要因素 。
上篇文章提到 , CSMA/CA的核心是采用先听后说(listenbeforetalk , LBT) , 设备先对无线信道进行监听 , 在确保没有被占用的情况下 , 发送数据 。
在多APmesh组网(AP , AccessPoint , 无线接入点)的情况下 , 小区内的设备会收听到临近同频道的小区的干扰信号 , 导致设备会误认为本小区此时的无线信道正在被占用 , 于是停止发送 。
这种干扰 , 在网络没有优化好或者可用的频道数量很少的情况下 , 会显著降低网络容量 。
如下图所示 , 4个Wi-FiAP采用了三频道组网 。但由于可用的频道只有三个 , AP1和AP2不得不都部署在同样的频道Channel6上 , 这时AP2的信号对于归属于AP1中的用户设备来说就是干扰——OverlappedBasicServiceSet(OBSS , 重叠基本服务单元 , 可以理解为频率相同的重叠小区) 。