一. 概述

IEEE 802.11工作组在2020年发布了当前最新的WiFi标准：802.11ax，也被称为WiFi6。
　　802.11ax协议在提升吞吐量和降低用户时延上做出了一系列的改进，比如最引人注目的OFDMA（正交频分多址接入）技术。

二. 专业术语

本小节对一些专业术语进行一个简要的说明，如下：
　　1. HE：High-efficiency；
　　2. OFDMA：orthogonal frequency division multiple access；
　　3. SR：Spatial Reuse；
　　4. TWT：Target Wake Time；
　　5. UL：uplink
　　6. DL：downlink；
　　7. MU：multi-user；
　　8. OMI： operating mode indication；
　　9. RU： resource unit；

三. PHY层

简单例举一下802.11ac协议中phy的新特性，主要包括如下：
　　1. 工作频段：可工作在2G、5G频段；
　　2. 支持1种工作模式：he mixed format，共有4种格式：
　　　1) HE SU PPDU format：单用户格式，单用户场景中使用

2) HE MU PPDU format：多用户格式，同时对一个或者多个用户进行一次或者多次传输

　　　3) HE ER SU PPDU format：增程(Extended Range)格式，距离AP较远的单用户场景中使用，为保障传输可靠性，该格式只能用低带宽（最低2MHz）、低速率进行发送

　　　4) HE TB PPDU format：触发回应(Trigger-Based)格式，单次传输，用于回应触发帧，在上行OFDMA或者上行MU-MIMO场景中使用

　　Note：从11ac协议开始好不容易简化了，但11ax却在HE_MF模式下搞出更多格式，感觉一定程度上开倒车了。
　　3. 子载波
　　　1) 降低子载波带宽，由OFMD的312.5KHz，调整为78.125KHz，只有原来的1/4，更小的子载波间隔有利于进行信道估计与均衡，抗衰落能力也更强，但也增加了实现的复杂度，同时对载波频偏也更加敏感；
　　　2) 数据子载波占比：相比11ac有所提升（11n时代也提升过一次），以80MHz频宽为例：
　　　　a) 11ac有效数据子载波数量234个，占所有256个子载波数量的91.4%；
　　　　b) 11ax有效数据子载波数量980个，占所有1024个子载波数量的95.7%；
　　数据子载波占比从91.4%提升到95.7%，效率提升4.7%；
　　4. OFDM符号
　　　1) 增Symbol的长度，由原来的3.2us，增加至当前的12.8us；
　　　2) 这相当于变相提升了OFDM符号的占比，即降低了GI的占比，更多的时间用来传输有效载荷（而不是GI）；
　　5. 保护间隔（Guard Interval）
　　　1) 11ax引入了3中类型：0.8us、1.6us、3.2us；
　　　2) 增加了GI长度，之前GI只有两种类型：short GI（0.4us）、long GI（0.8us）；
　　　3) 最短的GI长度都是之前11ac时代的最长的GI，这意味着11ax的循环前缀cp也跟着更长了，会带来更好的抗多径效应，覆盖距离也有所改善；
　　6. 正交频分多址（OFDMA）
　　　1) OFDM是单用户模式，宏观上，一个ap上的天线同时可跟多个sta通信，微观上，ap和sta在同一个时刻只有一个设备在使用信道，是一个分时系统（跟操作系统类似，同一个时刻只有一个进程在cpu上运行），当然，11ac时代开始有了MU-MIMO，MU-MIMO则是通过不同天线来实现同一时刻与多个sta通信，跟OFDMA还是有本质上的区别；

　　　2) OFDMA则将频率资源进行划分，将一个信道划分出多个子信道，允许在同一时刻，不同的sta使用各自的子信道跟ap同时进行通信，真正的并行通信；

　　　3) 为了做到多用户同一时刻并行通信，OFDMA引入了新的子信道单位RU（Resource Unit），并且定义了不同子载波梳理的RU，在不同频宽下，它们的关系如下：

　　7. MIMO
　　　1) 改进MU-MIMO，新增支持UL-MU-MIMO，最多可支持8条流；
　　　2) 对于上行方向来说，相比11ac，可同时服务8个用户，相当于增加8倍；
　　　3) 对于下行方向来说，11ac最多同时4个用户发送数据，11ax提升了2倍；
　　8. 更高阶的调试技术
　　　1) 引入1024-QAM，每个OFDM符号可以携带10bit信息，相比11ac单条空间流可提升25%，同时也意味着对环境的要求也更高了，最低EVM要求已经达到了-35dBm，比11ac的EVM要求提高了1倍；
　　　2) mcs增加了两个：mcs10、mcs11，共12中mcs方式；
　　9. 前导码打孔（Preamble Puncturing）
　　　1) 该技术为11ax的可选支持技术，主要是为了解决高带宽在高密场景中，带宽利用率不足的问题（部分信道非常忙碌，导致其它设备无法使用高带宽）；
　　　2) 11ac时代，只能使用连续的空闲信道，在80M信道中，如果从属40MHz信道忙碌，那么只能变成40MHz信道，如果从属20MHz信道忙碌，那么直接降成20MHz信道，如下图所示：

　　　3) 11ax则引入了不连续空闲信道使用，即使用时绑定的信道可以不连续，如下图所示：

　　10. 20MHz-Only模式
　　　1) 老旧的WiFi设备，或者是可穿戴、IoT设备等，一般只支持20MHz的频宽；
　　　2) AP即使使用40M、80M、160M频宽时，这些设备都只能在主信道的20M上工作，浪费了辅信道上的带宽；
　　　3) 11ax通过TWT技术，将这些20MHz-Only的设备调度到辅信道上工作，即实现节能，也能更好的利用空口资源；
　　11. MU-MIMO和OFDMA
　　这两种都是多用户同时传输的技术，但他们有所区别，也可以联系起来一起使用：
　　1. 区别
　　　1) MU-MIMO是物理空间上多路（多天线）并发，每个终端使用的带宽（同一个频域）是一样的，适用于大数据包的并行传输（如视频、下载等应用），提升AP多天线的利用率（因为AP的天线数量可能远大于sta的天线数量），是通过多流来提升容量以及时延，但运行状态不够稳定，很容易受终端影响；
　　　2) OFDMA则是在频域上多路并发，每个终端使用各自的带宽（各自的频宽），适用于小数据包的并行传输（如网页浏览、即时消息等应用），提升的是信道资源的利用率，是通过提升单流利用率提升容量以及时延，且运行状态稳定，不容易受终端影响；
　　2. 联系：这两种技术并不是互斥的，他们可以联合使用，即在单流、多流上同时提升总体容量和延时，联合使用时如下所示：

四. MAC层

MAC层也做了一些改进，主要是对802.11n协议的加强：
　　1. 空分复用SR
　　　1) 引入动态CCA门限调整机制：侦听到的同频干扰不再是静态的，而是随着客户端的移动而改变
　　　　a) 如果终端比较近，就可以提高CCA的门限，不受哪些弱信号的影响，如下图，对于AP2来说，STA2离AP2的距离比较近，所以可以把CCA的阈值调整到-72dBm；

　　　　b) 这样做对于AP2及下面的STA来说，确实可以提升空口的利用效率（之前不能发包，现在可以发了），但是对于AP1及下面的STA来说，未必就是好事，原来AP1和STA1发着包，现在AP2也同时发了，就引发了冲突，所以要使这个技能显著提升整体吞吐，还需要结合动态功率控制才能更好发挥；
　　　2) 引入BSS Color：一种新的同频传输识别机制，对不同的BSS进行分组标记（染色），当站点载波监听时发现信道被占用，则先检查一下对方是否为同一个分组（颜色），如果是同一个分组的BSS，就认为是干扰，推迟发送，而其他分组（颜色）就不当做干扰了，不做避让直接发送，这样能够发包的时机就多了很多，如下所示：

　　2. 动态功率控制：802.11ax协议实现了UL和DL两个方向的MU-MIMO，又引入了OFDMA技术，多用户同时传输，如何保证近距离的用户信号不会把远距离的用户淹没，就需要对多用户实行功率控制；
　　　1) 如果AP端接收到的不同用户之间信号功率差距过大，则会引入载波间干扰，接收性能下降以及帧时间定位不准确等，为此，AP可以命令sta进行发送功率的调整，以保证AP处接收到的RSSI能够达到一个预定值。
　　　2) sta首先利用接收rssi估计一个路径损耗估计值，然后再加上AP的目标rssi，并以该值做为发送功率来进行信号的发送，这样就能实现近距离用户使用较低的发射功率，远距离用户使用较高发射功率，在AP处的rssi就能够处于一个合理的范围，以达到性能的最大化；
　　3. TWT节能管理
　　　1) 首次在802.11ah标准中引入，在802.11ax标准中进一步改进，更加可靠、节能；
　　　2) TWT允许AP和sta之间协商什么时候唤醒（多久后唤醒），不需要每个DTIM周期醒来检查一下是否有数据，也意味着可以再beacon周期之外的其他时间唤醒收发数据，更加省电也更加灵活；
　　　3) AP可以将sta分组到不同的TWT周期，从而减少sta醒来后同事竞争空口资源的设备数量；
　　　4) 增加了设备睡眠时间，从而大大提高了电池寿命；
　　　5) TWT模式，有2中模式：
　　　　a) Individual TWT：“私聊”模式，AP和sta一对一进行TWT周期协商，每个sta只知道AP和自己的的TWT周期；
　　　　b) Broadcast TWT：“群聊”模式，AP负责统一管理，AP先负责TWT周期宣告，终端可以申请加入，完成加入后，sta就获得了该广播的TWT周期了；
　　4. OMI节能管理
　　　1) sta和AP通信时，sta通过OMI主动上报自己的能力：是否支上行 OFDMA 传输、支持的最大带宽、空间流数等；
　　　2) 当sta电量充足时，可以自己的最大能力进行通信；
　　　3) 当sta电量不足时，可以降低自己的能力，如降低带宽或者空间流数，通过OMI告知AP，AP收到后就会以sta指定的参数进行发送数据；

五. 参考资料

1. 《IEEE Std 802.11ax™‐2021》;
　　2. H3C：《802.11AX技术分析及WIFI6产品简介》;
　　3. 《中国联通 Wi-Fi6 技术白皮书》；
　　4. 《华为 Wi-Fi 6 (802.11ax)技术白皮书》；
　　5. Wi-Fi 6的一些理念（节能机制）：https://zhuanlan.zhihu.com/p/464925242；

802.11--802.11ax协议相关推荐

IEEE 802.11 RTS/CTS 协议
IEEE 802.11 RTS/CTS即RTS/CTS协议(Request To Send/Clear To Send)即请求发送/清除发送协议是被802.11无线网络协议采用的一种用来减少由隐藏节点 ...
无线射频专题《协议类，IEEE 802.11/802.11b/802.11a/802.11g/802.11n/802.11ac标准简介》
IEEE 802.11 标准和格式 IEEE 802 是指处理局域网和城域网的一系列IEEE 标准.IEEE 802 家族标准由IEEE 802 局域网/ 广域网标准委员会(LMSC) 维护.各个工作 ...
IEEE 802简介 802.11 802.15
IEEE 802又称为LMSC(LAN /MAN Standards Committee,局域网/城域网标准委员会),致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层规范,对应OSI参考模型的下两层. LM ...
802.11 协议介绍
802.11协议基础前言-OSI七层网络开放式系统互联模型(Open System Interconnection Model)是一种概念模型,由国际标准化组织提出,一个试图使各种计算机在世界范围 ...
关于 802.11 协议
目录一．802.11成帧封装实现 3 1.1控制帧 3 1.1.1 一般的帧控制位 3 1.1.2 RTS(请求发送) 4 1.1.3 CTS (允许发送) 5 ...
基础——无线协议 802.11 b/g/n
无线技术与标准 802.11 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 蓝牙推出时间 1997年 1999年 1999年 2002年 2006年 1994年工作频段 2.4G ...
802.11概述及帧结构分析
目录: 1 802.11概述 2 拓扑结构及服务类型 3 帧格式 3.1 帧格式概述 3.2 MAC Header 3.3 帧类型 1 802.11概述 IEEE 802.11 是一个协议簇, ...
802.11 参考手册
目录一．802.11成帧封装实现 3 1.1控制帧 3 1.1.1 一般的帧控制位 3 1.1.2 RTS(请求发送) 4 1.1.3 CTS (允许发送) 5 ...
802.11 MAC 基础
1. MAC所面临的挑战射频链路品质 802.11采用肯定确认机制.所有传送出去的帧都必须得到响应,只要有任何一个环节失败,该帧即被视为漏失. -------原子操作隐藏节点的问题无线收发器通常 ...
802.11无线网络权威——（三、MAC基础）
MAC位于各式物理层之上,控制数据的传输.它负责核心成帧操作(core framing operation)以及与有线骨干网络之间的交互. 802.11采用载波监听多路访问 / 冲突避免(carrie ...

802.11--802.11ax协议