5G网络的诞生,让人们有了全新的体验,那WiFi也是有区分5G和4G的吗?

5G网络的诞生,让人们有了全新的体验,那WiFi也是有区分5G和4G的吗?,第1张

简单来说,3G到5G伴随着更快的网速和更多的使用场景。预计5G普及后,将带来高速率、低时延、物联网等特性,网络设备接入和应用范围将比目前更多。具体来说:

最简单的区别就是网速,更多样的应用和应用范围伴随着更快的速度;

13G是第三代移动通信技术(3G),是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G业务可以同时传输语音和数据信息,速率一般在几百kbps以上。目前3G标准有四种:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX;

24G是第四代移动通信及其技术的简称。与3G相比,4G的带宽更高,可以传输更高质量的视频和图像。实际上,4G使用的LTE系统由于数据传输速率高,可以直接将语音数据切割成数据包进行传输。在4G时代,由于更高的传输速度,流媒体和直播已经成为常见的使用场景。

35G网络将拥有更大的容量和更快的数据处理速度,将有可能通过手机、可穿戴设备和其他网络硬件推出更多新服务。5G的容量估计是4G的1000倍。有了4G网络,你不能在手机上实时在线玩游戏,但是有了5G网络就可以了。4G网络是专门为手机打造的,不是为物联网优化的。5G技术为物联网提供了超大带宽。相比4G,5G网络可以支持10倍以上的设备。

这是3G,4G,5G区别的详细介绍,希望对大家有所帮助。

WIFI 6标准推行不过数年时间,相关移动终端、路由正走进千家万户,高速的多链路技术让人们享受到多人同连一个WIFI时仍能流畅玩 游戏 、看视频,千兆网络也因此成为当下竹林。正当人们还以为WIFI 6标准将会成为未来十年通行的无线局域网络主流,短期内再有新的标准挑战其地位时,WIFI 7来了。

就在最近,联发科、高通均公布了自家的WIFI 7(80211be)相关技术,并提出了对WIFI 7(80211be)应用前景的展望,于此同时,另一家世界级通信巨头在官网公布了WIFI 7(80211be)相关技术概述,没错,说的正是在下—印度。

说错了,这家位于深圳的通讯巨头正是华为。国家知识产权官网显示,,华为已经提交了一份关于“适用于多链路的组播业务传输方法及装置”的专利,并正在接受审查。

WIFI 7(80211be)继续沿用多链路传输技术方式,从WIFI 6(80211ax)的8条流数提升至最高支持16条流数,理论单用户设备能达到更高30Gbps速率,是WIFI 6(80211ax)最高96Gbps速率的6倍。频段方面,WIFI 7(80211be)将新增支持6GHz频段,且单个信道最大波段频宽支持支持320MHz,相比WIFI 6最高支持160MHz要大一倍。WIFI 7(80211be)将会带来更高速率的传输速度,与此同时收发设备功耗也会随即大幅增加。

在专利中的一种实施方法提到,组播业务指示信息用于指示第一AP MLD(无线节点多链路设备)的多个AP(无线节点)中每个AP是否有组播业务与第一AP管理的站点仅能获知该第一AP是否有组播业务的方式相比,避免了STA(接入无线AP的节点,通常指代终端设备,如笔记本、手机) MLD中每个STA均周期性侦听对应的AP是否有组播业务,该方法节省了STA MLD的功耗。

简单来说,在该实施方法中,组播业务主体的无线站点通过多链路技术向域网内设备广播收发数据时,分布在多链路中的多个无线节点将会自动获知实际接入的设备,如产生组播业务再进行数据收发。那么接入的无线终端设备不需要主动侦听对应AP是否有组播业务,也就减少了设备的功耗。

除此之外,另一种实施方法提到,传输AP还可以代发非传输AP所在AP MLD的各AP的组播业务指示信息,从而有利于STA MLD获知第一链路上与第一AP MLD共位置的AP MLD中各AP是否有组播业务,进一步降低STA MLD的功耗。

翻译一下就是,作为传输的无线节点可以为非传输AP代发多链路中的各个组播业务指示信息,以一个传输方式统一整合数据收发,这样终端设备就不需要在众多链路中频繁寻找各个无线节点是否有组播业务,既能提高数据传输效率,也能降低数据传输时的功耗。

WIFI 7(80211be)是一项全新的无线网络标准,如果说WIFI 6(80211ax)将会大幅提升物联网进程的话,那么WIFI 7(80211be)将会为这一进程再提速,在未来实现商用后,视频/语音会议、云 游戏 、智能家居、工业物联网、元宇宙、远程医疗等行业的核心网络将会以WIFI 7(80211be)为重要基础。

这项专利对于华为来说是其WIFI 7(80211be)汗牛充栋的成果中其中一个,既为未来接入的终端设备将有可能产生高功耗做好前瞻性准备,也等于向WIFI 7标准的制定提出了重要的解决方案,提高华为WIFI 7标准协议的可靠性和持续性、完整性,令整体方案实施有了更充分的规范方法基础。

作为致力于打造超级终端的华为来说,打通WIFI 7也不仅是面向物联网、工业智造等高精尖领域,对于消费者而言,更低的延迟和更流畅的网络体验,也能有效地提高接入超级终端的智能家居设备传输效率。而且随着超级终端内的智能家居设备数量越来越多,用户也不需要担心设备过多导致网络卡顿的现象,这也有利于设备用及所需,选能所用,通过多链路传输技术对数据有效分流。

相信在即将到来的商用元年,会有越来越多的支持WIFI 7标准的设备能问世,当然现今拥有WIFI 6及以下标准的设备的小伙伴也不需要担心WIFI7的到来会被淘汰,因为WIFI 7是支持向下兼容24GHz、5GHz,这样家里的智能家居也能接入WIFI 7标准下的无线网络。

随着技术的发展和时代的变化,人们对速率和带宽的需求越来越高。从2G、3G、4G一直到5G,传输速率越来越高,20年来速率提升了近20倍。作为蜂窝网络的室内覆盖补充,WiFi同样承担着大量的数据流量卸载,技术发展从80211b/11g/11a/11n/11ac,直至即将商用的80211ax,其带宽、网络容量、覆盖范围等主要指标都有大幅提升。这些技术的进步也让我们有能力去实现更多的应用,比如物联网。

WiFi6的杀手锏

目前家用WiFi的连接存在普遍这样的问题,即无论互联网连接有多快,当使用人数过多,就会出现“拥堵”问题。此外,目前的WiFi还存在着覆盖范围小,穿墙能力不强等缺点。

近日,在Qorvo北京新闻发布会上,WiFi之父、Qorvo无线连接业务部总经理Cees Links表示,新一代WiFi技术不仅从根本上解决了上述问题,甚至为了方便用户记忆,WiFi联盟对新一代IEEE 80211ax标准的命名也做了简化,现已改名为WiFi6,前两代技术80211n和80211ac则分别更名为WiFi 4和WiFi 5。Cees Links相信,WiFi6有效提高了实际数据吞吐量,同时侧重于提高网络容量,以便实现无线室内架构的改进和基础设施的长期升级。这项技术将对未来的室内无线网络带来一次革新,给人们带来前所未有的网络体验。

谈到WiFi6新架构对未来室内无线网络的影响,Cees Links表示:“传统的WiFi在与现在的蜂窝网络如2G、3G或者4G连接时,需要切换SSID,WiFi 6则不同。WiFi 6的杀手锏在于,分布式WiFi及One Pod Per Room的设计将在最大程度上实现对整个住宅的网络覆盖。以家庭为例,我们可以可在客厅中放置一个路由器,其他房间均可放置一个Pod来实现稳定的无线接入。作为一个小型的无线接入点,每一个Pod将直接连接至路由器,路由器再连接至互联网。因此,每个Pod都将提供一条全新的通路,在室内进行WiFi连接时,可选择最优通路进行WiFi网络的使用,为住宅内的每一所房间提供最优的网络传输速度,同时也拥有足够的网络容量。其中最重要的一点是,所有接入只需一个SSID。”

在配置上,Pod数量可根据住宅大小自由调整,甚至包括办公室楼宇的全方位覆盖。布置的Pod数量越多,整个建筑的WiFi网络覆盖越全面,所获得的网络体验也越好。而每个Pod的使用都需要安插在电源插口上来提供电力补充。“在这一点上,Qorvo仍然坚持‘小即是美’这一理念。因此,Qorvo也是竭尽所能缩小Pod的产品大小,以便以更低的功耗提供更优的性能。” Cees Links表示。

此外,Cees Links还提出,连接至住宅的数据速率是当今WiFi连接性的瓶颈,也就是说接入住宅的数据速率远低于智能设备与接入点之间的传输速率,即使设备之间的传输速率为7 Gb/s,但是在家中上网的速率只有100 Mb/s,数据分层严重失衡。因此,数据速率的提升以及数据分层的重建应该能够创建更有意义的数据连接。随着运营商竞相提高FTTH、DOCSIS 31以及 LTE/5G网关的数据速率,WiFi 6也将切实提高实际数据吞吐量并侧重于提高网络容量,此外还通过减少干扰等措施以支持在智能家居中使用多个无线电系统。相比之前的WiFi版本只注重速率的提升而忽略网络容量的影响,预计2019年即将商用的WiFi6在速率、频段、覆盖面积上都带来了明显提升,使得WiFi网络将具备更加宽松的带宽流量以满足多用户的网络需求,同时也带来了更远的传输距离与更高的传输速率,能够满足诸如AR/VR、自动驾驶与4K影视等多元化场景应用的需求。

WiFi 6技术让智能家居实现真正的互联

智能家居是市场上日益普及的智能场景之一,它所提供的服务需要通过传感器获取数据,然后将数据收集至云进行分析,并提供多样化的智能服务。而数量庞大的传感器和为之提供网络连接的室内WiFi设备是实现智能家居服务的基础。

为了实现真正互联的智能家居,分布式WiFi6架构所采用的One Pod Per Room设计应该是目前最佳的无线组网方案。Cees Links利用智能电灯和智能标签举例对此进行了说明,他说:“每个Pod都用作无线接入点,每个接入点都将支持WiFi和物联网标准。这种智能家居网络架构一方面满足更高的WiFi要求,还可以加入Zigbee和蓝牙设备,甚至还能通过语音辅助命令进行控制。此外,利用分布式WiFi6架构,智能设备搭配上最新的WiFi6标准所提升的数据吞吐量与带宽容量,可以在多个通道中与无线路由器通信,无需使用额外的网关或在家中安装多个以太网/电缆/光纤连接点,从而真正创建一个更高效的智能家居环境。”

当然,有了WiFi6的One Pod Per Room架构,也可以不再使用Zigbee和蓝牙网格。此举意味着可延长设备的电池寿命,简化设置和故障排查流程,进一步降低用户使用成本,这一点意义非凡,Cees Links表示。

Qorvo的更多投资在WiFi6而不是5G

在物联网应用中,面对的无线通信标准越来越多,如WiFi、4G、蓝牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa等,每种应用场景都有各自最适合的无线连接协议。Cees Links表示:“作为全球领先的射频解决方案供应商,Qorvo致力于设计、开发和制造高质量RF组件实现无线通信。在Qorvo主要的两大产品线中,一条产品线针对移动设备,另一条则更多聚焦于物联网与基础设施建设,低功耗产品则主要应用于智能电子标签、智能家居、智能灯和遥控器等领域。无线通信技术是Qorvo的强项,对我们来说不会在意最终哪个标准会赢得市场,我们的目标是,从RF前端到系统级解决方案,Qorvo将一网打尽。”

就WiFi6和5G的商用前景而言,Cees Links认为Qorvo的投资重点应该是WiFi6,而不是5G。这是因为,WiFi6可提供更广泛的应用,现实生活中有70%的数据传输是在WiFi网络上完成。在家中,我们会利用WiFi进行各种各样的数据传输,数据传输量与使用的规模接近于5G的两倍。如果用5G进行大规模部署的话,则需要更多的基站,资金投入会很大。而WiFi6的部署更经济实用,未来它也不会被5G所取代。

据Cees Links介绍,不久前,Qorvo宣布与世界级照明和物联网解决方案公司LEEDARSON(立达信)达成合作伙伴关系,以打造能够同时在ZigBee 30和蓝牙低功耗(BLE)50 协议下运行,并同时兼容最流行的物联网标准的智能家居照明产品系列。在该系列的首款产品——LEEDARSON智能灯泡和照明开关中,即集成了Qorvo适用于超低功耗无线应用的多协议/多通道智能家居通信控制器QPG6095。

“Qorvo产品涉及整个物联网领域,无论是从短距离通信到局域网传输,还是从射频前端的模块、芯片、软件以及系统,我们都有相关的产品,” Cees Links强调:“Qorvo目前在WiFi6领域同样处于领先地位,这一切主要得益于我们拥有优异的产品性能和无与伦比的高集成度设计。在WiFi6上,Qorvo已经做好全面准备,接下来仍将紧随无线通信与物联网市场快速发展的步伐,提供更加全面的系统级支持。”

12 个空间流与 256-QAM 调制。
2 2 个空间流与 256-QAM 调制。
3 3 个空间流与 64-QAM 调制。

Wi-Fi 已成为当今世界无处不在的技术,为数十亿设备提供连接,也是越来越多的用户上网接入的首选方式,并且有逐步取代有线接入的趋势。为适应新的业务应用和减小与有线网络带宽的差距,每一代 80211 的标准都在大幅度的提升其速率。

1997 年 IEEE 制定出第一个无线局域网标准 80211,数据传输速率仅有 2Mbps,但这个标准的诞生改变了用户的接入方式,使人们从线缆的束缚中解脱出来。

随着人们对网络传输速率的要求不断提升,在 1999 年 IEEE 发布了 80211b 标准。80211b 运行在 24 GHz 频段,传输速率为 11Mbit/s,是原始标准的 5 倍。同年,IEEE 又补充发布了 80211a 标准,采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为 5GHz,最大原始数据传输率 54Mbit/s,达到了现实网络中等吞吐量(20Mbit/s)的要求,由于 24GHz 频段已经被到处使用,采用 5GHz 频段让 80211a 具有更少冲突的优点。

2003 年,作为 80211a 标准的 OFDM 技术也被改编为在 24 GHz 频段运行,从而产生了 80211g,其载波的频率为 24GHz(跟 80211b 相同),原始传送速度为 54Mbit/s, 净传输速度约为 247Mbit/s(跟 80211a 相同)。
对 Wi-Fi 影响比较重要的标准是 2009 年发布的 80211n,这个标准对 Wi-Fi 的传输和接入进行了重大改进,引入了 MIMO、安全加密等新概念和基于 MIMO 的一些高级功能 (如波束成形,空间复用),传输速度达到 600Mbit/s。 此外,80211n 也是第一个同时工作在 24 GHz 和 5 GHz 频段的Wi-Fi 技术。

然而,移动业务的快速发展和高密度接入对 Wi-Fi 网络的带宽提出了更高的要求,在2013 年发布的 80211ac 标准引入了更宽的射频带宽(提升至 160MHz)和更高阶的调制技术(256-QAM),传输速度高达 173Gbps,进一步提升 Wi-Fi 网络吞吐量。另外,在 2015 年发布了 80211ac wave2 标准,将波束成形和 MU-MIMO 等功能推向主流,提升 了系统接入容量。但遗憾的是 80211ac 仅支持 5GHz 频段的终端,削弱了 24GHz 频段下的用户体验。

然而,随着视频会议、无线互动 VR、移动教学等业务应用越来越丰富,Wi-Fi 接入终端越来越多,IoT 的发展更是带来了更多的移动终端接入无线网络,甚至以前接入终端较少的家庭 Wi-Fi 网络也将随着越来越多的智能家居设备的接入而变得拥挤。因此 Wi-Fi 网络仍需要不断提升速度,同时还需要考虑是否能接入更多的终端,适应不断扩大的客户端设备数量以及不同应用的用户体验需求。

下一代Wi-Fi 需要解决更多终端的接入导致整个Wi-Fi 网络效率降低的问题,早在2014 年 IEEE 80211 工作组就已经开始着手应对这一挑战, 预计在 2019 年正式推出的80211ax(下个章节介绍为什么叫 Wi-Fi 6)标准将引入上行 MU-MIMO、OFDMA 频分复用、1024-QAM 高阶编码等技术,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-Fi 5 提高至少4 倍,并发用户数提升 3 倍以上,因此,Wi-Fi 6(80211ax)也被称为高效无线(HEW)。

Wi-Fi 6 是下一代 80211ax 标准的简称。随着 Wi-Fi 标准的演进,WFA 为了便于 Wi- Fi 用户和设备厂商轻松了解其设备连接或支持的 Wi-Fi 型号,选择使用数字序号来对 Wi- Fi 重新命名。另一方面,选择新一代命名方法也是为了更好地突出 Wi-Fi 技术的重大进步, 它提供了大量新功能,包括增加的吞吐量和更快的速度、支持更多的并发连接等。根据 WFA 的公告,现在的 Wi-Fi 命名分别对应如下 80211 技术标准:

和以往每次发布新的 80211 标准一样,80211ax 也将兼容之前的 80211ac/n/g/a/b 标准,老的终端一样可以无缝接入 80211ax 网络。

4G 是移动网络高速率的代名词,同样,Wi-Fi 6 是无线局域网高速率的代名词,但这个高速率是怎么来的,由以下几个因素决定。

1空间流数量 空间流其实就是 AP 的天线,天线数越多,整机吞吐量也越大,就像高速公路的车道一样,8 车道一定会比 4 车道运输量更大。

表 2 不同 80211 标准对应的空间流数量 2Symbol 与 GI Symbol 就是时域上的传输信号,相邻的两个Symbol 之间需要有一定的空隙(GI),以避免 Symbol 之间的干扰。就像中国的高铁一样,每列车相当于一个 Symbol, 同一个车站发出的两列车之间一定要有一个时间间隙,否则两列车就可能会发生碰撞。不同 Wi-Fi 标准下的间隙也有不同,一般来说传输速度较快时 GI 需要适当增大,就像同一车道上两列 350KM/h 时速的高铁发车时间间隙要比时速 250KM/h 时速的高铁发车间隙要大一些。

表 3 80211 标准对应的 Symbol 与GI 数据
3编码方式 编码方式就是调制技术,即 1 个 Symbol 里面能承载的 bit 数量。从 Wi-Fi 1 到 Wi-Fi 6,每次调制技术的提升,都能至少给每条空间流速率带来 20%以上的提升。

表 4 80211 标准对应的 QAM 4码率 理论上应该是按照编码方式无损传输,但现实没有这么美好。传输时需要加入一些用于纠错的信息码,用冗余换取高可靠度。码率就是排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例。

表 5 80211 标准对应的码率 5有效子载波数量 载波类似于频域上的 Symbol,一个子载波承载一个 Symbol,不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样。

表680211 标准对应的子载波数量
至此,我们可以计算一下 80211ac 与 80211ax 在 HT80 频宽下的单条空间流最大速率:

Wi-Fi 6(80211ax)继承了Wi-Fi 5(80211ac)的所有先进 MIMO 特性,并新增了许多针对高密部署场景的新特性。以下是Wi-Fi 6 的核心新特性:

下面详细描述这些核心新特性。

图 2-1 OFDM 工作模式 80211ax 中引入了一种更高效的数据传输模式,叫 OFDMA(因为 80211ax 支持上下行多用户模式,因此也可称为 MU-OFDMA),它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。迄今为止,它已被许多无线技术采用,例如 3GPP LTE。此外,80211ax 标准也仿效 LTE,将最小的子信道称为“资源单位(Resource Unit,简称 RU)”,每个 RU 当中至少包含 26 个子载波,用户是根据时频资源块 RU 区分出来的。我们首先将整个信道的资源分成一个个小的固定大小的时频资源块 RU。在该模式下,用户的数据是承载在每一个 RU 上的,故从总的时频资源上来看,每一个时间片上,有可能有多个用户同时发送(如下图)。

图 2-2 OFDMA 工作模式 OFDMA 相比 OFDM 一般有三点好处:

图 2-3 不同子载波频域上的信道质量

因为 80211ac 及之前的标准都是占据整个信道传输数据的,如果有一个 QOS 数据包需要发送,其一定要等之前的发送者释放完整个信道才行,所以会存在较长的时延。在OFDMA 模式下,由于一个发送者只占据整个信道的部分资源,一次可以发送多个用户的数据,所以能够减少 QOS 节点接入的时延。

表 7不同频宽下的 RU 数量

图 2-4RU 在 20MHz 中的位置示意图 RU 数量越多,发送小包报文时多用户处理效率越高,吞吐量也越高,下图是仿真收益:

图 2-5 OFDMA 与 OFDM 模式下多用户吞吐量仿真

图 2-6 SU-MIMO 与 MU-MIMO 吞吐量差异

图 2-7 8x8 MU-MIMO AP 下行多用户模式调度顺序

图 2-8 多用户模式上行调度顺序 虽然 80211ax 标准允许OFDMA 与 MU-MIMO 同时使用,但不要 OFDMA 与 MU- MIMO 混淆。OFDMA 支持多用户通过细分信道(子信道)来提高并发效率,MU-MIMO 支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。下表是 OFDMA 与 MU-MIMO 的对比:

表 8 OFDMA 与 MU-MIMO 对比

图 2-9 256-QAM 与 1024-QAM 的星座图对比 需要注意的是 80211ax 中成功使用 1024-QAM 调制取决于信道条件,更密的星座点距离需要更强大的 EVM(误差矢量幅度,用于量化无线电接收器或发射器在调制精度方面的性能)和接受灵敏度功能,并且信道质量要求高于其他调制类型。

图 2-10 80211 默认 CCA 门限
例如图 12,AP1 上的 STA1 正在传输数据,此时,AP2 也想向 STA2 发送数据,根据Wi-Fi 射频传输原理,需要先侦听信道是否空闲,CCA 门限值默认-82dBm,发现信道已被STA1 占用,那么 AP2 由于无法并行传输而推迟发送。实际上,所有的与 AP2 相关联的同信道客户端都将推迟发送。引入动态 CCA 门限调整机制,当 AP2 侦听到同频信道被占用时,可根据干扰强度调整 CCA 门限侦听范围(比如说从-82dBm 提升到-72dBm),规避干扰带来的影响,即可实现同频并发传输。

图 2-11 动态 CCA 门限调整 由于 Wi-Fi 客户端设备的移动性,Wi-Fi 网络中侦听到的同频干扰不是静态的,它会随着客户端设备的移动而改变,因此引入动态 CCA 机制是很有效的。80211ax 中引入了一种新的同频传输识别机制,叫 BSS Coloring 着色机制,在 PHY 报文头中添加 BSS color 字段对来自不同BSS 的数据进行“染色”,为每个通道分配一种颜色,该颜色标识一组不应干扰的基本服务集(BSS),接收端可以及早识别同频传输干扰信号并停止接收,避免浪费收发机时间。如果颜色相同,则认为是同一 BSS 内的干扰信号, 发送将推迟;如果颜色不同,则认为两者之间无干扰,两个 Wi-Fi 设备可同信道同频并行传输。以这种方式设计的网络,那些具有相同颜色的信道彼此相距很远,此时我们再利用动态CCA 机制将这种信号设置为不敏感,事实上它们之间也不太可能会相互干扰。

图 2-12 无BSS Color 机制与有BSS Color 机制对比

图 2-13 Long OFDM symbol 与窄带传输带来覆盖距离提升

前面的几大核心技术已经足够证明 80211ax 带来的高效传输和高密容量,但80211ax 也不是 Wi-Fi 的最终标准,这只是高效无线网络的开始,新标准的 80211ax 依然需要兼容老标准的设备,并考虑面向未来物联网络、绿色节能等方向的发展趋势。以下是 80211ax 标准的其他新特性:

下面详细描述这些新特性。

我们都知道 24GHz 频宽窄,且仅有 3 个 20MHz 的互不干扰信道(1,6 和 11),在 80211ac 标准中已经被抛弃,但是有一点不可否认的是 24GHz 仍然是一个可用的 Wi-Fi 频段,在很多场景下依然被广泛使用,因此,80211ax 标准中选择继续支持 24GHz,目的就是要充分利用这一频段特有的优势。

无线通信系统中,频率较高的信号比频率较低的信号更容易穿透障碍物,而频率越低, 波长越长,绕射能力越强,穿透能力越差,信号损失衰减越小,传输距离越远。虽然 5GHz 频段可带来更高的传播速度,但信号衰减也越大,所以传输距离比 24GHz 要短。因此,我们在部署高密无线网络时,24GHz 频段除了用于兼容老旧设备,还有一个很大的作用就是边缘区域覆盖补盲。

现阶段仍有数以亿计的 24GHz 设备在线使用,就算如今成为潮流的 IoT 网络设备也使用的 24GHz 频段,对有些流量不大的业务场景(如电子围栏、资产管理等),终端设备非常多,使用成本更低的仅支持 24GHz 的终端是一个性价比非常高的选择。

图 2-14 广播目标唤醒时间 *** 作

为什么要 Wi-Fi 6(80211ax)

80211ax 设计之初就是为了适用于高密度无线接入和高容量无线业务,比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景。

图 3-1 高密高带宽应用场景 在这些场景中,接入Wi-Fi 网络的客户端设备将呈现巨大增长,另外,还在不断增加的语音及视频流量也对 Wi-Fi 网络带来调整,根据预测,到 2020 年全球移动视频流量将占移动数据流量的 50%以上,其中有 80%以上的移动流量将会通过 Wi-Fi 承载。我们都知道 4K 视频流(带宽要求 30Mbps/人)、语音流(时延小于 30ms)、VR 流(带宽要求 50Mbps/人,时延 10~20ms)对带宽和时延是十分敏感的,如果网络拥塞或重传导致传输延时,将对用户体验带来较大影响。而现有的Wi-Fi 5(80211ac)网络虽然也能提供大带宽能力,但是随着接入密度的不断上升,吞吐量性能遇到瓶颈。而Wi-Fi 6 (80211ax)网络通过 OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技术使这些服务比以前更可靠,不但支持接入更多的客户端,同时还能均衡每用户带宽。比如说电子教室,以前如果是 100 多位学生的大课授课形式,传输视频或是上下行的交互挑战都比较大,而80211ax 网络将轻松应对该场景。

5G 与 Wi-Fi 6(80211ax)的共存关系

这不是一个新颖的话题,在 1999 年~2000 年间,就有人提出 2G 将替代 Wi-Fi 的观点;2008 年~2009 年也出现了 4G 将代替 Wi-Fi 的猜测;现在又有人开始讨论 5G 代替 Wi- Fi 的话题了。可是,5G 与 Wi-Fi 的应用场景模式是不相同的。Wi-Fi 主要用于室内环境, 而 5G 则是一种广域网技术,它在室外的应用场景更多。所以我们相信 Wi-Fi 和 5G 将长期共存下去。我们从以下几个角度进一步分析:

假设 5G 技术取代 Wi-Fi,那么就必须推出无限流量的套餐,否则费用会远远大于宽带的使用的费用,更何况目前宽带的价格一年比一年低,谁也不会去选择更贵的 5G。在目前的 4G 时代无限流量的套餐就是个噱头,三大运营商都纷纷推出过无限流量的套餐,当时流量超出套餐的流量之后,网络会自动将为 2G 模式,最高速度只有 128Kbps,这个速度看视频不如看漫画,因此所谓的无限流量只是个无稽之谈。

5G 网络技术采用的是超高频频谱(5G 网络频段: 24GHz~52GHz;4G 网络频段:18GHz~26GHz,不包括 24GHz),前面已经提到,频率越高衍射现象越弱,穿越障碍的 能力也就越弱,所以 5G 信号是很容易衰弱的。如果保持 5G 信号的覆盖需要比 4G 建设更多的基站。而且由于信号的衰减,如果在大楼的内部,隔着几道墙,信号衰减就更加严重了。 再有个极端的例子就是地下室,Wi-Fi 网络可以将路由器通过有线连接放入地下室产生信号, 但是 5G 网络是不可能覆盖到所有大楼的地下室的,单就这一个弊端,5G 也无法取代 Wi- Fi。另外,现在几乎所有智能设备都有 Wi-Fi 模块,大多数物联网设备也配备了 Wi-Fi 模块, 出口只用一个公网 IP 地址,局域网内部占用大量地址也没关系,用户在自己的 Wi-Fi 网络下管理这些设备都很方便,而用 5G 势必会占用更多公网的 IP 地址。

带宽 x 频谱效率 x 终端数量 = 总容量。

5G 的优点在于它的载波聚合技术,提升了频谱利用率,大大提升了网络容量。在 3G/4G 时代,当用户在人群密集的场所如地铁、车站等地方使用手机上网时,可以明显感觉到上网延迟变大,网速变慢。而在 5G 时代,随着网络容量大幅提升上述现象带来的影响明显降低。也正是这样的特性,让人们觉得 5G 网络下可以无限量接入,但很多人忽视了一点,那就是随着物联网时代的到来,入网设备的数量也在大幅提升,如果真的所有的上网设备都直连区域内的基站,这条 5G 高速路再宽也得堵死啊!而要想降低基站塔的负担,就必须依靠Wi-Fi 来做分流。

移动设备厂商宣传的 5G 最重要的 3 个特征是高速度、大容量、低时延,其实最新一代的 Wi-Fi 速率比 5G 还要快,最新的 80211ax(Wi-Fi 6)单流峰值速率 12Gbps(5G 网络峰值速率 1Gbps),平均来看,Wi-Fi 每升级一代所用的时间大约只是移动网络的一半左右,所以从最新的Wi-Fi 6 开始,速率会持续领先于移动网络。

办公、物流、商业、智能家居等各行各业都在走向无线化,首先要做的就是把设备、人员、终端等全部联网使用。假设 5G 替代了 Wi-Fi 的存在,那么未来的所有联网终端都需要配备一张类似手机 SIM 卡的东西才可以上网。这一个理由也注定了目前在室内场景 5G 是不可能取代Wi-Fi 的。类似的设备还有 VR、游戏机、电子阅读器、机顶盒等等……

大家都知道手机、pad 等移动终端都是用的电池,大家通常都认为电池的耐用性与安装的业务,和使用频率有关,但人们往往忽略了一点,终端的各种移动信号接入质量好与差也 与电池耗电量有关。当信号变差时,移动终端为了确保给用户提供一个良好的体验,会自动增加发射功率来提升信号质量,这就导致电池耗电量增加。由于 Wi-Fi 的信号源基本是在室内范围,而 5G 信号在室外几十公里外的基站,这样就导致移动终端上传数据时,Wi-Fi 的传送距离远远小于 5G 信号。通常情况下 5G 的通信距离是 Wi-Fi 的几千倍以上,这样就需要手机的信号发射强度大大增加,这就增加了耗电量。曾经有人做过实验,以 4G 为例,使用网络数据半小时,Wi-Fi 会比移动网络节省 5%的电量。另外,最新一代的 Wi-Fi 6 (80211ax)支持 TWT 功能,可以在业务需要时自动唤醒,在业务不适用时自动休眠,进一步节省了电量。

因此,目前所面临的这些问题使得 5G 还无法彻底取代 Wi-Fi,更多的是与 Wi-Fi 进行深度融合,因此使用 Wi-Fi 的企业和用户并不用过于慌张。今天的 Wi-Fi 已不再是一个提供无线网络的设备,更多的应该被视为企业数字化转型的必备设施或中央枢纽。例如目前绝大部分的智慧零售、智慧物流、智慧办公等解决方案的中央枢纽就是 Wi-Fi 网络。

参考:
关于WiFi 6技术,这篇说得最详细
不同的 Wi-Fi 协议和数据速率
HZ (物理单位


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