概覽??? 802.11ax，也稱為高效無線(HEW)，的目標(biāo)是在密集用戶環(huán)境中將用戶的平均吞吐量提高至少4倍，這一目標(biāo)極具挑戰(zhàn)性。 這一新標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于實(shí)現(xiàn)機(jī)制，旨在在多用戶環(huán)境中為更多用戶提供一個(gè)一致、可靠的數(shù)據(jù)流（平均吞吐量）。 本文將探討新興的機(jī)制，使廣受歡迎的802.11ax標(biāo)準(zhǔn)成為高效無線的標(biāo)題。
?

在密集用戶環(huán)境中提高用戶吞吐量

1. 引言

2015年，著名的汽車制造商法拉利發(fā)布了新版本的入門級車型： the Ferrari California T. 這款時(shí)尚跑車配備3.9升渦輪增壓V8發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠產(chǎn)生超過412千瓦（553馬力）的動(dòng)力，可在3.6秒鐘內(nèi)從零加速至100公里/小時(shí)（0至62英里/小時(shí)），這簡直是工程界的一大奇跡。 [1]
法拉利的設(shè)計(jì)師考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)、車身和內(nèi)飾的許多細(xì)節(jié)，使這款車輛成為日常車型，同時(shí)以驚人的速度提供最精確的處理、流體運(yùn)動(dòng)和性能。這個(gè)偉大設(shè)計(jì)將大大縮短了每天上下班的時(shí)間。 然而，在大城市大部分時(shí)間停停走走的擁擠交通狀況下，紅色法拉利敞篷車又能如何發(fā)揮作用呢？

今天很多人發(fā)現(xiàn)自己處于這種情況。駕駛意大利跑車可能不是特權(quán)，但是卻能夠享受快速的無線連接鏈路。第一個(gè)802.11b Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)（1999年）的最高鏈路速率為11 Mbps。這是很好的開始，但明顯慢于有線連接。幾年后，隨著正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)的出現(xiàn)，802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)（2003年）將速度提高到54Mbps。

接下來的鏈路速度提高歸功于802.11n（2009年），為用戶提供高達(dá)150 Mbps的單流鏈路。802.11ac標(biāo)準(zhǔn)（2013年）提供了更寬的信道（160MHz）和更高階的調(diào)制（256-QAM），使得單個(gè)空間流的鏈路速度達(dá)到866Mbps成為可能。如果使用規(guī)定的最高8個(gè)空間流，這一工程奇跡的最高速度理論上將達(dá)到6.97 Gbps。理論上，使用802.11ac相當(dāng)于用一臺加強(qiáng)馬力的法拉利來替代自行車，甚至是替代家庭轎車。

然而，接近7Gbps的速度可能只能在RF實(shí)驗(yàn)室的受控跑到環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)用戶使用忙碌的機(jī)場終端的公共Wi-Fi查看電子郵件時(shí)，數(shù)據(jù)流量通常會(huì)令人沮喪。IEEE 802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——802.11ax——新修訂的版本正是為了改善這一狀況。

802.11ax，也稱為高效無線(HEW)，的目標(biāo)是在密集用戶環(huán)境中將用戶的平均吞吐量提高至少4倍，這一目標(biāo)極具挑戰(zhàn)性。這一新標(biāo)準(zhǔn)提供了超過802.11ac的原始鏈路速度，實(shí)現(xiàn)了多種機(jī)制，可以在擁擠的無線環(huán)境中為更多的用戶提供一致且可靠的數(shù)據(jù)吞吐量。

2. 主要特點(diǎn)和應(yīng)用

高效無線包括以下主要功能：

向后兼容802.11a/b/g/n/ac

在高密度情景下，如火車站、機(jī)場和體育館，將用戶平均吞吐量提高4倍。

與802.11ac類似的數(shù)據(jù)速率和信道寬度，但采用基于1024-QAM的新調(diào)制方案和編碼集（MCS 10和11）。

通過MU-MIMO和正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)指定下行鏈路和上行鏈路多用戶操作。

更大型的OFDM FFT（大4倍）、較窄的子載波間隔（近4倍）和更長的符號時(shí)間（4倍），以提高多徑衰落環(huán)境和室外的魯棒性和性能。

優(yōu)化了流量和信道訪問

更好的電源管理，延長電池使用壽命

高效無線還適用于以下目標(biāo)應(yīng)用：

移動(dòng)數(shù)據(jù)卸載： 到2020年，每月將產(chǎn)生38.1埃字節(jié)的Wi-Fi卸載流量，而且將持續(xù)超過預(yù)計(jì)的每月移動(dòng)/蜂窩流量（30.6埃字節(jié)）。 [2]這

相當(dāng)于每分鐘通過這些網(wǎng)絡(luò)傳輸6000多部藍(lán)光電影。

具有多個(gè)接入點(diǎn)的環(huán)境和具有異構(gòu)設(shè)備的高集中用戶（機(jī)場Wi-Fi≠家庭Wi-Fi）

室內(nèi)/戶外混合環(huán)境

圖 1. 802.11ax要部署的場景示例包括具有高用戶密度和混合環(huán)境的體育場

3. 當(dāng)前密集環(huán)境下的Wi-Fi吞吐量挑戰(zhàn)

802.11協(xié)議使用載波偵聽多路訪問(CSMA)方法，其中無線站(STA) 首先感測信道，并且僅當(dāng)它們感知信道空閑時(shí)才會(huì)發(fā)射信號，以避免沖突?？臻e是指無線站沒有檢測到任何802.11信號。當(dāng)一個(gè)STA檢測到另一信道時(shí)，它會(huì)在隨機(jī)時(shí)間段內(nèi)等待此STA停止傳輸，而后再次監(jiān)聽此信道是否將進(jìn)入空閑狀態(tài)。當(dāng)STA能夠傳輸時(shí)，他們會(huì)傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)。

Wi-Fi STA可以使用請求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)調(diào)解對共享媒體的訪問。接入點(diǎn)(AP)每次僅為一個(gè)站點(diǎn)簽發(fā)一個(gè)CTS數(shù)據(jù)包，反過來，STA會(huì)將其整幀發(fā)送至該AP。 然后，STA等待來自AP的確認(rèn)字符（ACK），表示已正確接收該數(shù)據(jù)包。 如果STA沒能及時(shí)接收ACK，它將假設(shè)此ACK數(shù)據(jù)包與某個(gè)傳送中的數(shù)據(jù)包相撞，這時(shí)該STA將被移入二進(jìn)制指數(shù)退避階段。 它會(huì)嘗試訪問媒體并在退避計(jì)數(shù)器失效時(shí)重新傳輸數(shù)據(jù)包。

圖 2. 空閑信道評估協(xié)議