主頁（http://www.130131.com）：8秒下完10GB！下一代無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)802.11ax解析

在摩爾定律驅(qū)使的半導(dǎo)體行業(yè)，一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠持續(xù)好幾年不更新已經(jīng)是一件相當(dāng)罕見的事兒了。主宰我們身邊無線網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802.11協(xié)議就是這么一個(gè)奇怪的標(biāo)準(zhǔn)：從第一臺支持802.11A無線路由器問世到現(xiàn)在，它只更新了三次：802.11g、802.11n，以及最新的802.11ac�，F(xiàn)在，一個(gè)嶄新的Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議已經(jīng)屹立在我們面前，它有望讓不堪重負(fù)的無線網(wǎng)絡(luò)再次跟上時(shí)代，得到飛躍性發(fā)展，它的名字叫做IEEE 802.11ax（IEEE前綴下文略）。

什么是802.11ax？

802.11協(xié)議組是國際電工電子工程學(xué)會（IEEE）為無線局域網(wǎng)絡(luò)制定的標(biāo)準(zhǔn)，802.11ax是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最新修訂版本。你可以把它看作是802.11ac的接班人。

理解802.11ax最簡單的方法就是把它想象為802.11ac的加強(qiáng)版本，它和802.11ac一樣工作在5GHz頻段，不同之處在于802.11ax使用了MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)，將信號在時(shí)域、頻域、空域等多個(gè)維度上分成四個(gè)不同的“信號通道”，每一個(gè)“信號通道”能單獨(dú)與一臺設(shè)備進(jìn)行通信，看起來就像是把一條高速公路分成了四個(gè)不同的車道，通信效率成倍提高。

除此之外，802.11ax還有一個(gè)極為重要的革新，它引入了OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access），既正交頻分多址，這是下一代高速無線通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。我們現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上是使用復(fù)雜的算法調(diào)制電磁波信號，讓信號呈現(xiàn)某種規(guī)律承載0和1，這樣就能傳輸數(shù)據(jù)了。而OFDMA則是一種全新的信號調(diào)制編碼算法，它能把一個(gè)信號通道分成數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)更小的正交子信道，然后將這些子信道緊密疊加在一起，再分配給不同用戶，同樣時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的效率就大大提高了。

（OFDMA把信號在頻域上調(diào)制無數(shù)個(gè)小的正交子信道，可以同時(shí)與多個(gè)設(shè)備通信）

根據(jù)華為的測試，同樣的頻譜下，OFDM技術(shù)能把通信效率提升10倍，理論上帶寬也能提升10倍。考慮到干擾、調(diào)制解調(diào)本身的資源開銷，效率提升4-5倍是一個(gè)更加現(xiàn)實(shí)的數(shù)字。

802.11ax有多快？

802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的首要目標(biāo)是將無線網(wǎng)絡(luò)客戶端速度提升4倍。華為是802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的積極推動(dòng)者，據(jù)說在華為通信實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，802.11ax早已實(shí)現(xiàn)2Gbps的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度（注意：不是理論值�。�，而華為宣稱最大速度可達(dá)10.53Gbps，相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)很快就會出爐。

我們來計(jì)算一下802.11ax的速度：假設(shè)可以利用的頻寬為160MHz，現(xiàn)有最快的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)能提供866Mbps的理論數(shù)據(jù)傳輸速率，而802.11ax則能輕易將傳輸速率提升至3.5Gbps。如果加上4×4的MIMO“四車道”，則802.11ax的理論數(shù)據(jù)吞吐能力將高達(dá)14Gbps！換算成較為容易理解的數(shù)字就是1.75GB/s，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)將固定光纖傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。

不過，一般來說我們的身邊是沒有160MHz這么奢侈的頻寬資源的，將頻寬設(shè)定為80MHz比較現(xiàn)實(shí)，綜合考慮下來，802.11ax能提供1.6Gbps的通訊速度，相當(dāng)每秒鐘傳輸200MB的數(shù)據(jù)。如果你的手機(jī)、路由器都支持MU-MIMO，傳輸速度提升至400MB/s或者600MB/s都不是什么難事。再退一步，在擁擠的公寓、電磁信號極為復(fù)雜的公共場所，即使可以利用的頻寬只有40MHz，802.11ax也能帶來800Mbps（約合100MB/s）的超快速度�？偟膩碚f，它要比尚未完全普及的802.11ac快得多。

（638Mbps，這是802.11ac 2.0在2014年做到的數(shù)字）

802.11ax能傳多遠(yuǎn)？

Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是速度快就好用這么簡單，因?yàn)樗�還涉及傳輸距離問題和設(shè)備之間互相干擾的問題。在實(shí)際使用中我們往往會發(fā)現(xiàn)，距離稍遠(yuǎn)，隔上一堵墻壁或者同一個(gè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連入的用戶數(shù)量增多，都會讓無線網(wǎng)絡(luò)速度慢如蝸牛。802.11ax有什么辦法解決這些問題？

很遺憾，采用5GHz頻段的802.11ax在傳輸距離方面天生就不如2.4GHz信號，它的理論傳輸距離只有2.4GHz信號的一半多一些。從理論和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來看，穿過5cm厚的木頭，5GHz信號會衰減4.5dB；而穿透離路由3米距離內(nèi)的房屋承重墻，5GHz信號大概會衰減60%-70%。

（房間內(nèi)的Wi-Fi信號分布示意圖）

這些問題能通過加大信號發(fā)射功率，使用更多的天線定向發(fā)射信號來解決，但無線信號的發(fā)射強(qiáng)度不能無限制增大，我國國標(biāo)規(guī)定，路由無線信號的發(fā)射強(qiáng)度最高為20dB。因此，不要指望802.11ax的信號能傳多遠(yuǎn)，它的有效范圍大致和802.11ac差不多。如果你家房子很大，老老實(shí)實(shí)布置多個(gè)Wi-Fi AP才是正道。

（Nighthawk X6 R8000路由器，6天線設(shè)計(jì)，支持MU-MIMO，802.11ac 2.0）

至于網(wǎng)絡(luò)擁堵問題，MU-MIMO會是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，有了它，路由器能在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)和更多設(shè)備通訊，能很大程度上避免網(wǎng)絡(luò)擁擠。不過，在現(xiàn)有的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中，MU-MIMO僅僅是“選配”功能，它并沒有被強(qiáng)制納入標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部，這讓很多路由器廠商有空子可鉆，推出了一大波不支持MU-MIMO的802.11ac路由器。而到了802.11ax時(shí)代，MU-MIMO很可能會被列為必選功能，屆時(shí)無線局域網(wǎng)絡(luò)擁堵的狀況將大大改善。

（采用4×4 MIMO設(shè)計(jì)的華碩RT-AC87U路由器主板）

另外，業(yè)界巨頭們也都在努力解決無線局域網(wǎng)的擁堵問題。比如上文提到的OFDM技術(shù)，它提高了頻譜效率，數(shù)據(jù)傳輸能更快完成，路由器也自然有更多的時(shí)間在不同設(shè)備之間切換了。華為等公司還為802.11ax準(zhǔn)備了“智能頻譜分配”和“干擾協(xié)調(diào)”等優(yōu)化技術(shù)，這些技術(shù)的目的都是一致的：通過提升頻譜效率、更好地管理串?dāng)_、增強(qiáng)底層協(xié)議，來減少公共Wi-Fi熱點(diǎn)擁堵的問題，讓W(xué)i-Fi網(wǎng)絡(luò)在多人使用的情況下變得更快速、穩(wěn)定。

802.11ax速度這么快，手機(jī)受得了嗎？

很遺憾，答案是：臣妾做不到，至少在目前做不到。華為給出的802.11ax典型速率為10.53Gbps，就算把這個(gè)數(shù)字減半，算下來一秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也有658MB，而我們可憐的手機(jī)內(nèi)置閃存最大讀取速度是多少？最新的eMMC 5.0標(biāo)準(zhǔn)也只有400MB/s而已。

（Wi-Fi速度提升后，手機(jī)閃存芯片本身的傳輸速度成為了瓶頸）

而這還僅僅只是個(gè)理論數(shù)字，事實(shí)上，下載一個(gè)安兔兔跑分App，你就會發(fā)現(xiàn)目前市面上大部分手機(jī)的內(nèi)置存儲器順序讀寫性能不會超過150MB/s。三星在Galaxy S6手機(jī)上引入了最新的UFS 2.0存儲接口，順序讀寫速度可達(dá)314.87MB/s，已經(jīng)鶴立雞群，但離802.11ax的恐怖需求還是差得遠(yuǎn)。要滿足802.11ax的胃口，在未來我們要想一些新辦法才行，比如為手機(jī)引入桌面SSD級別的閃存顆粒，將順序讀寫性能提升至600MB/s以上。

可能你會問，那么快的網(wǎng)速有什么用？在線看個(gè)1080P視頻，碼率也沒有超過50Mbps呀？同學(xué)，把目光放長遠(yuǎn)一些，Youtube和Netflix都已經(jīng)開通了4K分辨率的超高清在線視頻服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸需求理論上是1080P的四倍。兩三年后，在線視頻的分辨率提升至8K也不是什么稀奇的事情。事實(shí)上，Netflix已經(jīng)在進(jìn)行8K在線視頻的測試了。

那么，我們什么時(shí)候能用上802.11ax呢？

按照Wi-Fi聯(lián)盟的技術(shù)副總裁Greg Ennis的話來說，IEEE電氣和電子工程師協(xié)會要到2019年才會批準(zhǔn)802.11ax標(biāo)準(zhǔn)。各通訊巨頭目前還在為了802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)細(xì)節(jié)而激烈爭斗中。不過，基于802.11ax標(biāo)準(zhǔn)草案的產(chǎn)品可能會在2016年提前進(jìn)入市場。高通公司這種耐不住寂寞的家伙在去年就發(fā)布過支持MU-MIMO技術(shù)的QCA998x/QCA999x無線通訊SoC芯片。

另一方面，作為802.11ax之前的過度方案，802.11ac將從2015年、2016年開始進(jìn)入第二個(gè)生命周期，既所謂的802.11ac 2.0標(biāo)準(zhǔn)。802.11ac 2.0標(biāo)志性的改變就是引入MU-MIMO技術(shù)改善網(wǎng)絡(luò)擁堵，1.0版的802.11ac最多只支持3個(gè)空間流，而在2.0版標(biāo)準(zhǔn)中，這個(gè)數(shù)字將被提升為8個(gè)。

一大波新路由器都會開始支持這個(gè)至關(guān)重要的過度標(biāo)準(zhǔn)，如Nighthawk X6（R8000），Linksys WRT1900AC，D-Link AC5300 DIR-895L/R，華碩RT-AC87U等等。在802.11ax真正進(jìn)入實(shí)用之前，802.11ac 2.0應(yīng)該是一個(gè)不錯(cuò)的權(quán)宜之計(jì)。

（Linksys WRT1900AC路由器，4天線設(shè)計(jì)，支持MU-MIMO，802.11ac 2.0）

（華碩RT-AC87U路由器，4天線設(shè)計(jì)，支持MU-MIMO，802.11ac 2.0）

（D-Link AC5300 DIR-895L/R路由器，6天線設(shè)計(jì)，支持MU-MIMO，802.11ac 2.0）