首頁 >新聞中心 >行業(yè)動態(tài)
| 技術干貨|第七代無線技術802.11ax詳解 |
| 2018-7-25 15:03:29 作者：C114 |
802.11ax,，也稱為高效無線網絡(High-Efficiency Wireless - HEW),，通過一系列系統(tǒng)特性和多種機制增加系統(tǒng)容量,，通過更好的一致覆蓋和減少空口介質擁塞來改善Wi-Fi網絡的工作方式,，使用戶獲得最佳體驗;尤其在密集用戶環(huán)境中,，為更多的用戶提供一致和可靠的數據吞吐量,，其目標是將用戶的平均吞吐量提高至少4倍,。也就是說基于802.11ax的Wi-Fi網絡意味著前所未有的高容量和高效率,。 802.11ax技術構成
▲802.11ax技術構成模塊示意圖 802.11ax標準在物理層導入了多項大幅變更,。然而,，它依舊可向下兼容于802.11a/b/g/n與ac設備。正因如此,，802.11ax STA能與舊有STA進行數據傳送和接收,，舊有客戶端也能解調和譯碼802.11ax封包表頭 (雖然不是整個802.11ax封包),，并于802.11ax STA傳輸期間進行輪詢。下圖顯示此標準修正最重要的變更以及與現行802.11n和802.11ac的對照,。
▲802.11n,、802.11ac和802.11ax的關鍵PHY比較 關鍵技術解析 以下是在802.11ax當中使用到的關鍵技術 · OFDMA · MU-MIMO · 1024-QAM · Spatial Reuse · BBS Coloring OFDMA(正交頻分復用多址接入) OFDMA是通過將子載波子集分配給不同用戶在OFDM系統(tǒng)中添加多址的方法。迄今為止,，它已被許多無線技術采用,，例如3GPP LTE。 802.11ax是第一個將OFDMA引入WLAN網絡的WLAN標準,。此外,，802.11ax標準也仿效LTE專有名詞，將最小的子信道稱為“資源單位(RU)”,，每個RU當中至少包含26個子載波,。 OFDMA允許同時提供具有不同帶寬需求的多個用戶，從而有效利用可用頻譜,。子載波被分成若干組,，每組表示為具有最小尺寸為26個子載波(2MHz寬)和最大尺寸為996個子載波(77.8MHz寬)的資源單元(RU)。在用于傳統(tǒng)WLAN技術的OFDM中,，總信道帶寬(例如,，20MHz，40MHz等......)用于任何一幀傳輸,。但是在用于802.11ax 的OFDMA中,，使用的子載波可以分配為小到2 MHz的塊或最大帶寬的傳輸。因此,，可以針對不同類型的流量(例如即時消息(IM)與視頻流)來擴展資源,。 OFDM和OFDMA之間的區(qū)別如下圖所示。
▲OFDM與OFDMA對比 有如下幾種子載波類型： · 數據子載波,，用于數據傳輸; · 導頻子載波,，用于相位信息和參數跟蹤; · 未使用的子載波，不用于數據/導頻傳輸,，未使用的子載波是DC子載波; · 保護頻帶子載波,，在頻帶邊緣; · 空子載波。 形成RU的子載波是連續(xù)的,，除了在帶的中間,，其中空值被放置在DC處。 OFDMA結構由26子載波RU,，52子載波RU,，106子載波RU，242子載波RU,，484子載波RU和996子載波RU組成,。下圖中顯示了最大RU數,，RU位置取決于信道帶寬,。
▲不同頻寬的RU總數 下圖顯示了用于80MHz信道帶寬的26,52,106,242,484和996個子載波RU位置,。 用戶只能分配給一個RU，RU大小≥106可以分配給多個用戶,。
▲RU在80MHz中的位置示意圖 MU-MIMO(多用戶多入多出) MU-MIMO相信大家都不陌生,，在802.11ac時，引入了DL MU-MIMO,，但遇到了以下問題： · 許多客戶端設備是單天線,，并且許多兩個天線客戶端切換到用于DL MU-MIMO的單流模式以防止干擾： 使用4個天線AP，與單個用戶相比的增益是適度的; 即使構建了8個天線AP,，分組也限制為4個用戶; · 來自用戶的信道探測響應在時間上連續(xù)發(fā)送,，導致高開銷; · 在沒有UL MU增強的情況下，在上行鏈路上具有TCP ACK的TCP/IP受到削弱; · UL MU-MIMO最初在11ac中被考慮,，但由于實施問題而未包括在內,。 802.11ax MU-MIMO的增強功能如下： · 支持UL MU-MIMO： · 探測幀、數據幀等可以在多個用戶之間分組,，以減少開銷并增加上行鏈路響應時間; · 對于DL和UL,，擴展到八個用戶： · 現在，即使設備處于單流模式,，MU-MIMO吞吐量也可以在單用戶操作中增加一倍或三倍,。 802.11ac標準引入了4x4下行鏈路MU-MIMO，其中AP同時向多達四個STA發(fā)送獨立數據流,。 802.11ax將下行鏈路MU-MIMO支持的最大用戶數擴展到8個,。它還增加了對8x8上行鏈路MU-MIMO的支持，允許多達8個STA通過相同的頻率資源同時傳輸到單個AP,。結果是,，與802.11ac相比，下行鏈路容量增加了2倍,，上行鏈路容量增加了8倍,。
▲802.11ax MU-MIMO的特性 MU MIMO和OFDMA技術可以同時使用。為了啟用上行鏈路MU傳輸,，AP發(fā)送稱為觸發(fā)幀的新控制幀,，其包含用于STA的RU分配調度信息，用于基于觸發(fā)的PPDU中每個STA的編碼類型和調制與編碼方案(MCS),。另外,，觸發(fā)幀為上行鏈路傳輸提供同步。 由于多個發(fā)射機參與UL MU-MIMO傳輸,，因此它需要參與STA的時間,、頻率,、采樣時鐘和功率預校正，以減輕AP處的同步相關問題,。 多用戶上鏈作業(yè) 在802.11ax中,，MU-MIMO和OFDMA技術可以分別使用。在多用戶作業(yè)模式中,，標準會根據情況指定兩種方式來為特定區(qū)域內更多用戶進行多任務操作：即多用戶多入多出(MU-MIMO)或正交頻分復用多址接入 (OFDMA),。無論為上述何種方式，無線接入點都會充當多用戶作業(yè)的中央控制器,，這點與LTE基站用來控制多用戶多任務的方式相似,。
▲根據所服務的應用程序類型使用OFDMA和MU-MIMO 通過了解他們的工作機制您可以看到，OFDMA增加了空口效率,，這大大減少了應用的延遲,，它在可工作的信噪比范圍之內對于小數據包的傳輸效率更高、效果更好,，極其適合無線語音或者類似應用的場景,。而MU-MIMO提升的是系統(tǒng)容量，在高信噪比條件下傳輸大數據包時效率更高,，適合視頻,、Web瀏覽、辦公場景和應用,。 當然,，802.11ax 無線接入點也可將MU-MIMO和OFDMA作業(yè)結合在一起。為了協(xié)調上行MU-MIMO或上行OFDMA傳輸,，無線接入點將發(fā)送觸發(fā)管理幀給所有使用者,。該管理幀會指出每位使用者的空間串流數量和/或OFDMA配置(頻率和RU大小)。此外,，當中也會包含功率控制信息,，好讓個別用戶可以調高或調低其傳輸功率，進而平衡無線接入點從所有上行使用者接收到的功率,，同時改善較遠節(jié)點的幀接收情況,。無線接入點也會指示所有使用者何時可以開始和結束傳輸。如下圖所示,，無線接入點傳送多使用者上行觸發(fā)管理幀,，告知所有使用者何時可以一起開始傳輸，以及所屬幀的持續(xù)時間,，以確保彼此能夠同時結束傳輸,。一旦無線接入點收到了所有使用者的幀，就會回傳Block ACK以結束作業(yè),。
▲UL MU傳輸的基本幀交換序列 在競爭環(huán)境中,，用戶無需互相競爭在上行鏈路中發(fā)送數據,，而是由802.11ax無線接入點協(xié)同安排，以免彼此沖突,。這種管理方法將實現更好的資源利用和效率提高,。 1024-QAM QAM編碼是用星座圖(點陣圖)來做數據的調制解調，實際應用中是2的N次方的關系,。比如說16-QAM ,，16是2的4次方，一次就可以傳輸4個bit的數據;802.11n是64-QAM ,，是2的6次方，因此在64個點陣的一個星座集合里面,，用任意一個點可以攜帶六個bit的數據信息,。 到了802.11ac，就變成了256-QAM,，是2的8次方,，802.11ac相對于802.11n在編碼上面的速率提升了33%。802.11ax之后引入了更高階的編碼,，就是2的10次方,，1024-QAM。 我們都知道從8到10的提升是25%,，也就是相對于802.11ac來說,，802.11ax的性能又提高了25%，變成了1024-QAM,，一個符號可以攜帶10個bit的數據,。
▲256-QAM與1024-QAM的對比 Spatial Reuse(空間復用) 為了在密集部署方案中提高系統(tǒng)級性能和頻譜資源的有效使用，802.11ax標準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,，并基于該信息做出關于介質爭用和干擾管理的決定。 當主動偵聽介質的STA檢測到802.11ax幀時,，它會檢查MAC頭中的BSS顏色位或MAC地址,。但是，利用現有的介質訪問規(guī)則,，來自一個BSS的設備將推遲到另一個同頻道BSS,，而不會增加網絡容量。 BSS著色是802.11ah中引入的一種機制,，用于為每個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,。
▲BSS著色機制 當802.11ax STA使用基于顏色代碼的CCA規(guī)則時,，它們也可以與發(fā)射功率控制一起調整OBSS信號檢測閾值,。此調整可提高系統(tǒng)級性能和頻譜資源的使用。此外,，802.11ax STA可以調整CCA參數,，例如能量檢測級別和信號檢測級別。
▲動態(tài)調整BSS內部的CCA門限 除了使用CCA來確定當前幀的介質是空閑還是繁忙之外,，802.11標準還使用網絡分配向量(NAV),，一種維持未來流量預測的定時器機制，以便STA指示所需緊接在當前幀之后的幀的時間,。NAV充當虛擬載波偵聽,，確保對802.11協(xié)議操作關鍵幀的介質預留，例如控制幀,，以及RTS / CTS交換后的數據和ACK,。 · Intra-BSS NAV，如果所偵測的協(xié)議數據單元 (PPDU) 中的 BSS 色彩與所關聯 AP 已公布的色彩相同,，STA 就會將該幀視為Intra-BSS幀; · Inter-BSS NAV,，如果所偵測幀的 BSS 色彩不同，STA 就會將該幀視為來自重疊 BSS 的 Inter-BSS 幀,。在這之后,，只有在需要 STA 驗證幀是否是 Inter-BSS 幀期間，STA 才將介質當成忙碌中 (BUSY),。 該標準仍然必須定義一些忽略來自重疊BSS的業(yè)務機制,，但是該實現可以包括提高BSS間幀的空閑信道評估信號檢測(SD)閾值，同時保持BSS內業(yè)務的較低閾值,。這樣,，來自相鄰BSS的流量不會產生不必要的信道接入爭用。 總結 總體來講,，802.11ax從兩個大方面實現了自己的既定目標,，其中MU-MIMO和OFDMA是802.11ax成功的關鍵。 1.物理層的增強與高效,，主要包括： · 上行和下行方向正交頻分多址(OFDMA) OFDMA機制可以同時為多個使用者提供較小(但專屬)的子信道,，進而改善每位用戶的平均傳輸率。 · 上行和下行方向多用戶-多輸入多輸出(MU-MIMO) 上行鏈路最多可同時為8個用戶提供服務,，容量是802.11ac的8倍;下行鏈路最多可同時為8個用戶提供服務,，容量是802.11ac的2倍。 · 上行鏈路資源調度 在802.11ax中,，MU-MIMO和OFDMA技術可以分別使用;OFDMA增加了空口效率;而MU-MIMO提升的是系統(tǒng)容量,。 · 最多8個發(fā)送天線、8個接收天線和8個空間流 · 更高的調制方式，1024-QAM 每符號可攜帶10bit,，與256-QAM相比,，容量提升了25%。 2. MAC層的增強與高效,，主要包括： · 基本服務集著色(BSS Coloring) BSS著色機制使設備能夠區(qū)分自己網絡中的傳輸與鄰近網絡中的傳輸,，在盡可能的情況下最大限度去減少同頻干擾。 · 雙NAV機制 同時擁有Intra-BSS NAV和Inter-BSS NAV可以幫助STA預測自身BSS內的流量,，并且當它們在得知重疊流量狀態(tài)時可以進行自由傳輸 · 目標喚醒時間(Target Wake up Time - TWT) 減少用戶之間的爭用和重疊,，顯著增加STA的休眠時間以降低功耗
|
