编辑 | 新沃投研 刘腾飞
WLAN的全称是Wireless Local Area Network，无线局域网。1997年，世界第一个无线局域网标准IEEE 802.11推出，为满足日益增长的无线上网需求，802.11a，802.11b等标准先后推出。2018年10月，Wi-Fi联盟重新定义Wi-Fi标准，下一代Wi-Fi技术802.11ax更名为Wi-Fi 6。相比于前代标准而言，Wi-Fi 6进行全方位技术升级。Wi-Fi 6引入OFDMA、MU-MIMO、TWT等技术，让无线网络的通信质量、传输效率、能耗表现和物联网优化都有所提升。
数十年历史演进，新标准开启新时代
WLAN的定义分为两种：广义上讲WLAN是以各种无线电波（如激光、红外线等）的无线信道来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。狭义定义是基于IEEE 802.11系列标准，利用高频无线射频（如2.4GHz或5GHz频段的无线电磁波）作为传输介质的无线局域网。在WLAN发展历程中，一度涌现很多技术和协议，如IrDA、Blue Tooth和HyperLAN2等。但发展至今，在WLAN领域被大规模推广和商用的是IEEE 802.11系列标准协议，WLAN因此被定义成基于IEEE 802.11标准协议的无线局域网。
图：WLAN，Wi-Fi，IEEE 802.11之间的关系
资料来源：川财证券研究所
1997年，电气电子工程师协会（IEEE）推出世界上第一个无线局域网标准IEEE 802.11，工作频段为 2.4GHz，数据传输速率为2Mbit/s，实现无线上网，上网不再受到网线束缚。为满足日益增长的无线上网需求，802.11a，802.11b，802.11g，802.11n，802.11ac等标准先后推出。2018年10月，Wi-Fi产业组织Wi-Fi联盟重新定义Wi-Fi标准，并提出新的换代术语，下一代Wi-Fi技术802.11ax更名为Wi-Fi 6，并将前两代技术802.11n和802.11ac分别更名为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5。2019年9月,Wi-Fi联盟在官网宣布，Wi-Fi 6认证计划正式启动。“Wi-Fi+数字”的命名方式，与3G、4G、5G一样简洁，更容易为普通用户接受。另外，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。
表：Wi-Fi发展历程
资料来源：川财证券研究所
技术全面升级：整体增效、智能降耗
目前Wi-Fi 6的优势主要表现在更高的网络传输速率与更低的延迟、更大的带机量、降低丢包率以及延长电池寿命等方面，而这些优势通过Wi-Fi 6新引入的技术来实现。相比前几代，Wi-Fi 6主要增加OFDMA（正交频分多址）、MU-MIMO（多用户-多输入多输出）和TWT（目标唤醒时间）等技术。不同于之前几代协议，Wi-Fi 6不再片面关注协议的极限聚合吞吐性能，将着重提升能够反馈真实用户提升的性能参数，例如平均用户性能、整网性能、服务质量(QOs)等。
中国移动对Wi-Fi 6路由器的测试结果显示，Wi-Fi 6路由器在传输速率、时延方面均有大幅性能提升，并且随着用户数量提升而愈发明显。传输速率方面，在2.4G频段下Wi-Fi 6产品在近点各场景单用户吞吐性能综合提升12%以上，多用户提升44%以上；在5G频段下Wi-Fi 6产品在近点各场景单用户吞吐性能综合提升29%以上，多用户提升47%以上。时延方面，在5G频段单用户时延降低55%以上（5ms以上），多用户时延降低26%以上，其中5用户降低57ms以上，10用户降低127ms以上。
一、OFDMA：细分信道提高并发效率
不同于Wi-Fi 5采用OFDM（正交频分复用技术），Wi-Fi 6借用蜂窝网络采用的是OFDMA。使用OFDMA，多个终端可以同时并行传输，不必排队等待、相互竞争，从而提升效率和降低时延。举个例子，原来一个时间段只能有一个载波去传输一个数据包，采用OFDMA后就相当于在一个时间段可以有多个载波同时传输多个数据包。用卡车载货解释这个技术更加直观：OFDM方案是为每一个客户发一次货车。不管货物多少，来一单发一趟，这样不免会有货车空载现象；OFDMA方案会将多个订单合在一起发货，让卡车尽量满载上路，运输效率大大提升。
图：Wi-Fi 5 OFDM技术
资料来源：C114通信网
图：Wi-Fi 6 OFDMA技术
资料来源：C114通信网
二、MU-MIMO：使用不同空间流提高吞吐量
MU-MIMO技术支持8个终端上行/下行MU-MIMO。原来路由器支持4×4 MU-MIMO，可以把它想象成4条天线同时对设备发送数据，但是由于体积原因，大多数移动设备通常只设计一或两条接收天线（2×2 MIMO Wi-Fi）。所以在SU-MIMO模式下，只能同时给一个设备传送数据。路由器和设备间的传输会造成信道的浪费。而Wi-Fi 6 MU-MIMO支持数据上行和下行。相比Wi-Fi中最大的4×4 MU-MIMO规格，Wi-Fi 6拥有8×8 MU-MIMO，最多可以同时支持向8个终端传输数据。
图：传统Wi-Fi
资料来源：Wind
图：MU-MIMO Wi-Fi
资料来源：Wind
Wi-Fi 6下OFDMA和MU-MIMO呈现出一种互补关系，效果可以叠加。OFDMA适用于小数据包的并行传输提高信道利用率和传输效率。而MU-MIMO则适用于大数据包的并行传输，提高单用户的有效带宽，同样能减少时延。OFDMA和MU-MIMO作为Wi-Fi 6的核心技术，通过分别在频率空间和物理空间上提供多路并发技术，带来了网络性能与速度的极大提升，全面优化用户体验。
三、TWT：接入终端功耗更节能
TWT机制让慢速设备不再长时间占用带宽。通过TWT技术，路由器可以统一调度无线终端休眠和数据传输的时间，这样不仅可以让路由器主动调节设备发送与接收数据的时机，减少多设备无序争抢信道的情况，也可以将无线终端根据实际需求分组到不同的TWT周期，增加设备睡眠时间，从而提升设备的续航以及电池寿命。
TWT机制主要针对智能家居应用场景。在万物互联时代，路由器连接不仅有像手机，笔记本等对网络需求较高的终端，也有各种对带宽要求不高的智能家居设备。这些设备一定程度上会影响网络状态，特别是在进行传输数据时会拖慢网络的响应速度。Wi-Fi 6的TWT机制专门针对类似智能家居这样的低速设备而设置的。例如配置2.4GHz频段、20MHz频带的Wi-Fi 设备。路由器会自动生成一个数据交换用的唤醒时间，在网络数据传输不高的时段去依次唤醒这些低速设备进行数据交换，这样就可以有效避免网络拥堵，这也是一种优化网络带宽利用率的技术手段。
图：TWT示意图
资料来源：华为
