物联网各种无线技术：高质量网络连接与物联网发展驱动WiFi6需求

物联网各种无线技术：高质量网络连接与物联网发展驱动WiFi6需求1.2 Wi-Fi 6 实现创新和优化Wi-Fi 联盟推动相关标准发展。Wi-Fi 联盟前身是无线以太网路相容性联盟（WECA)。在 1999 年，为推动 IEEE 802.11b 规格的制定，组成了无线以太网路兼容性联盟。此外， 联盟还为符合相关标准的产品提供验证服务，解决不同设备间兼容问题，从而推动 IEEE 802.11 协议发展。在 2002 年，WECA 改名为 Wi-Fi 联盟。目前，Wi-Fi 联盟已经将部分 标准名称进行了简化，其中最新一代协议 IEEE 802.11 ax 称为 Wi-Fi 6；IEEE 802.11 ac 称为 Wi-Fi 5。802.11 g 协议是 IEEE 在 2003 年 7 月制定的第三代标准，其融合了前一代协议的两个版 本，在 2.4GHz 和 5GHz 均能实现传输。此外，从这一代协议开始，IEEE 将向后兼容的特 性加入到新协议制定中，为

一、Wi-Fi 标准持续进化

Wi-Fi 是实现 WLAN 的一种技术。无线局域网（Wireless Local Area Networks/WLAN） 是利用射频技术，使用电磁波取代网线，以弥补有线网络覆盖缺陷，达到网络延伸的目 的。Wi-Fi（Wireless Fidelity）是符合 IEEE 802.11 系列的无线网络规范，具有相互 兼容性的通信技术。从定义而言，Wi-Fi 是实现 WLAN 的一种技术。虽然实现 WLAN 的技 术和标准众多，但由于消费领域常见的 WLAN 都是基于 Wi-Fi 标准构建，所以 Wi-Fi 是 目前最为主流的技术。

1.1 Wi-Fi 发展历程

Wi-Fi 已历经二十余年发展。802.11 协议始于 20 世纪 90 年代，电气和电子工程师协会 (IEEE)在 90 年代初即成立相关工作组，专门研究和制定无线局域网的保准协议。随着 时间推移，802.11 协议有不同版本进行迭代以满足网络需求。

第一代协议 IEEE 802.11-1997 于 1997 年 6 月推出，但由于其在传输速度和距离上不具 备竞争力，所以其普及程度较低。其后，IEEE 802.11 a/b 协议被推出，其中 802.11 a 协议将频段定在 5GHz，其在物联层的最高速率有较大幅度提升，达到 54Mbps，但由于 芯片开发缓慢等原因，发展受到了限制；而 802.11 b 协议则基于 2.4GHz，虽然其传输 速度较 802.11 a 低，但其在覆盖范围和穿透能力较好。由于 802.11 a/b 协议无法兼容， 而 b 协议在实用性上更胜一筹，所以其在当时占领了市场。

802.11 g 协议是 IEEE 在 2003 年 7 月制定的第三代标准，其融合了前一代协议的两个版 本，在 2.4GHz 和 5GHz 均能实现传输。此外，从这一代协议开始，IEEE 将向后兼容的特 性加入到新协议制定中，为实际使用提供便利。由于流媒体等服务兴起以及家庭和企业 对带宽需求不断上升，前几代协议已无法满足使用要求，所以在 2009 年新一代协议 802.11 n 被推出，其基于 2.4GHz 使用了多输入多输出（MIMO）、波束成形和 40Mhz 绑 定等技术，使得传输距离更远且速率最高可达 600Mbps。

随着时间推移，使用 2.4GHz 频段进行传输的协议越来越多，可用带宽被严重压缩。所 以，第五代协议 801.22 ac 聚焦于 5GHz 频段优化。在这一代协议中，在维持良好向后 兼容性的同时，提高了单个通道的工作频宽和频率调制效率。此外，其还支持多用户-多输入多输出（MU-MIMO）。MU-MIMO 路由信号可在多维度进行拆分；与上一代 MIMO 技 术相比，其能实现并行处理。相关技术引进在提高即时传输率的同时，也对网络资源进 行优化。

目前， 802.11 ax 协议是最新版本，其是在 2019 年 9 月推出。与 802.11 ac 相比，新 版协议除对 5GHz 频段进一步优化外，对 2.4GHz 频段也给予关注。对于 802.11 协议而 言，每一次迭代都通过引入新技术，从而实现网络性能提升。

Wi-Fi 联盟推动相关标准发展。Wi-Fi 联盟前身是无线以太网路相容性联盟（WECA)。在 1999 年，为推动 IEEE 802.11b 规格的制定，组成了无线以太网路兼容性联盟。此外， 联盟还为符合相关标准的产品提供验证服务，解决不同设备间兼容问题，从而推动 IEEE 802.11 协议发展。在 2002 年，WECA 改名为 Wi-Fi 联盟。目前，Wi-Fi 联盟已经将部分 标准名称进行了简化，其中最新一代协议 IEEE 802.11 ax 称为 Wi-Fi 6；IEEE 802.11 ac 称为 Wi-Fi 5。

1.2 Wi-Fi 6 实现创新和优化

Wi-Fi 6 在性能实现较大幅度提升。随着视频会议、移动教学等应用场景日渐增加，使 用网络的终端设备数量也在持续攀升，日益增加的终端设备将影响网络效率。目前， Wi-Fi6 引入上行 MU-MIMO、OFDMA 正交频分多址接入、1024-QAM 高阶调制等技术，将从 频谱资源利用、多用户接入等方面解决网络容量和传输效率问题。目标是在密集用户环 境中将用户的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi5 提高至少 4 倍，并发用户数提升 3 倍以上。

1.2.1 正交频分多址（OFDMA）

从 OFDM 向 OFDMA 转变。在 Wi-Fi6 之前，数据传输是使用 OFDM 模式进行传输。在这种 模式下，在一个时间片段中，单个用户将占据所有子载波，并发送一个完整的数据包。 这种传输模式虽然能满足单个用户的使用需求，但在数据包较小的情况下，单个用户并 不需求使用所有子载波。所以，这种传输模式在一定程度上将造成网络资源浪费，且在多用户的情况下将会增加其他用户等待时间。为改善用户网络体验，OFDMA 被引入 Wi-Fi6 协议中。OFDMA 通过将子载波分配给不同用户并在 OFDM 系统中添加多址的方法来实现多 用户复用信道资源。此外，在 Wi-Fi6 协议中，最小子信道“资源单位”（RU）至少包 含 26 个子载波，由于用户数据通过子载波承载在 RU 上，所以在每一个时间片上，可实 现多个用户同时进行传输。