千呼万唤始出来：第六代Wi - {$web_name} 高通也亮相了IPQ8074/QCA6290

导读：近期，英特尔亮相：将从本年（2018年）着手添加对802.11ax的扶持，含有路由处理器和消费级零售商品。

实际上早在上一年，通信行业巨头博通就亮相了三款扶持802.11ax的处理器BCM43684/43694/4375，高通也亮相了IPQ8074/QCA6290。解读快充技术指南至此，三家处理器巨头都表明了对802.11ax协议的扶持，802.11ax也总算是坐稳了第六代Wi-Fi协议的位置了。

本文将说明历代Wi-Fi协议，按照顺序依次为802.11a/b/g/n/ac/ax，本文旨在让不知晓Wi-Fi协议的读者对其能有一个粗略的认识，并不关乎过深的专业知识，另外文章本身不短，阅读耗时较长，请各位读者耐心阅读。

笔者注：802.11系列协议使用相当广泛，协议本身也相当繁琐庞大，本文只关乎上述的6种协议和802.11ad协议共计7种。

什么是Wi-Fi？

既然是讲Wi-Fi协议，那么先是讲的必然就应该是Wi-Fi了。Wi-Fi实际上说白了就是一种让含有计算机移动电话平板电脑在内的电子设备能够连接到一个无线联网的技术。但很多人都不得知的是，Wi-Fi本身是一个牌子或者说是商标，由Wi-Fi联盟所持有。Wi-Fi联盟的前身是1999年兴办的无线以太网兼容性联盟WECA（Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。而Wi-Fi联盟一直在使用的这个802.11系列的无线通信协议规范，是由IEEE下属的802.11岗位组所制定的。

笔者注：电气和电子工程师协会( IEEE，全称是Institute of Electrical and Electronics Engineers)是一个海外性的电子技术与信息科学工程师的协会，是当下全球最大的非营利性专业技术学会，其会员人数超过40万，遍布160多个全国。IEEE致力于电气、电子、计算机工程和与科学有关的领域的开发和探究，在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子商品等领域已制定了900多个行业规范，现已进展变成具有较大作用力的海外学术组织。

目睹这里是不是觉得很懵？简易来说就是由IEEE内的802.11岗位组制定802.11系列规范，而Wi-Fi联盟对使用802.11系列规范的设备开展认定，符合Wi-Fi联盟的认定规范的设备就可以打上Wi-Fi的这个logo。

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802.11——过于平庸的一代

二战之后，全球技术进入迅猛进展时期，人们针对无线通讯的需要着手爆发性地增长，IEEE在20世纪90年代初兴办了专门的802.11岗位组，专门探究和定制WLAN（无线局域网）的规范协议，并在1997年6月启动了第一代WLAN协议——IEEE 802.11-1997。

笔者注：此处的802.11指的是IEEE制订的第一代协议，并非是全部系列协议，在802.11之后的协议都加入了字母后缀来开展确认。

身为IEEE最初制定的一个无线局域网规范，802.11协议定义了物理层岗位在ISM的2.4G频段，资料传输速率设计为2Mbps。很惋惜的是，由于它在传输速度和传输距离上的表现都不尽如人意，所以并未被大规模使用。

802.11a——生不逢时的一代

1999年.IEEE吸取了上一次的教训，这一次就直接下了猛药。在制定802.11a规范的时候，直接将频段定在了5GHz（频率越高最高传输速度越快），物理层的最高速率也随之水涨船高到了54Mbps。相比前一代来说，不可谓不给力。但是，802.11a协议也并没有被行业认可，相对来说表现的更出色的反而是差不多和它另外制订的802.11b协议。

尽管2003全球无线电通信会议让802.11a在全球的使用变得更轻松，各异的全国还是有各异的条例扶持。美国和日本乃至都已然呈现了有关条例对802.11a开展了认可，但是在其他区域，如欧盟却由于规范的难题被禁止使用。再加上802.11a商品中5GHz的组件研制顺利太慢，等其着手大规模使用的时候，行业早已被大批的802.11b商品占领，802.11a没有被广泛的使用。再加上802.11a的一些弱点，和一些地方的条例限制，使得它的使用范围更窄了。

802.11b——奠定基础的一代

802.11b协议可以说是802.11a是同胞兄弟了。但它本身却是基于2.4GHz频率，另外最大的传输速度相比802.11a来说也只有11Mbps。11Mbps的传输速率在如今看来肯定算不了什么，但在2000年的时候，尽管不是翘楚，但也已然能够满足大若干人的需求了。更何况基于2.4GHz的最新笔记本电脑速递802.11b在传输距离和穿墙能力上本来就比基于5GHz的802.11a协议要有长处（高频率波传输距离和穿墙能力较低频率波差），加上当时802.11a的核心处理器开发进度慢慢，802.11b就此抓住了机遇，占领了行业，为日后称霸天下打下了坚实的基础。

802.11g——融合前人的一代

时间来到了2003年7月，IEEE制订了第三代Wi-Fi规范：802.11g。（为什么不是C呢？由于802.11协议还使用在其他的很多领域，有些字母被用了，就只能排到g了）

802.11g继承了802.11b的2.4GHz频段和802.11a的最高54Mbps传输速率。另外，它还使用了CCK技术后向兼容802.11b商品。此时着手，IEEE在制订每一代新协议的时候都会将后向兼容考虑进去，毕竟换了新路由器旧移动电话就由于不扶持新协议而连不上Wi-Fi这种状况谁都受不了。

说到这里，就还要再提一下在802.11a和802.11g上都有使用到的一种技术：OFDM。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，是由MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）进展而来的一种做到繁琐度低、使用最广的一种多载波传输计划。OFDM首要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速资料通讯转换成并行的低速子资料流，调制到在每个子信道上开展传输。正交通讯可以经由在接收端使用有关技术来分开，这样可以缩减子信道之间的相互干扰（ISI）。每个子信道上的通讯带宽小于信道的有关带宽，所以每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，并且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小若干，信道均衡变得相对轻松。

上面这段很难理解？没关系，看笔者打个比喻你们就懂了。

假设我们如今有很多车要从A地到B地，没有使用OFDM技术之前，路是一条路，所有的车四处乱开，横冲直撞，结局谁都快不了。如今使用了OFDM技术，将一条大路确认为很多个车道，大家都按照车道驾驶，这样既可以提升速度，又能缩减车与车之间的干扰。另外这条道的车多了，就匀一点到那条车少的近日快速Steam特惠道上去，治理上也便捷很多。

OFDM技术也所以被使用在之后的每一代Wi-Fi协议中。

802.11n——初露锋芒的一代

假如说802.11b是奠定了全部帝国的基础的一代，那么802.11n一定是给帝国开疆扩土的一代。

时间持续合作，这时的互联网已然着手呈现了在线图片、影像、研究媒等办事，而随着YouTube、无线家人传媒网关、企业VoIP Over WLAN等使用对WLAN技术提出了越来越高的带宽请求，传统技术802.11a/g已然无法支撑。使用者需求呼唤着全新一代WLAN接入技术。

2009年，IEEE亮相了新的802.11n规范。传输速率最高可达600Mbps。

但是，802.11n协议还是基于2.4GHz频段，速度怎么忽然就快了这么多呢？正所谓事出反常必有妖，而这背后的“妖”，就是MIMO、波束成形和40Mhz绑定。

MIMO

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的中文名称为多输入多输出技术，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使通讯经由发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改进通信品质。

MIMO技术最初是由马可尼于1908年提出的，它运用发射端的多个天线各自独立发送通讯，另外在接收端用多个天线接收并重启原信息，就可以做到以更小的代价达到更高的使用者速率。MIMO可大大提升联网传输速率、覆盖范围和表现。当基于MIMO而另外传递多条独立空间流时，操控系统的吞吐量可成倍地提升。

简易来说，MIMO技术就是在通讯的发射源和接收源都部署了多个天线，经由堆天线的方式来做到更高的传输速率，所以如今的买路由器看天线数量这一个说话尽管不可靠，但也不是没有历史渊源的。

▲经由MIMO传递多条空间流（图片来自联网）

MIMO操控系统扶持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则扶持的空间流为2。MIMO/SDM操控系统普通用“发射天线数量×接收天线数量”强调。如上图为2*2 MIMO/SDM操控系统。显然，增多天线可以提升MIMO扶持的空间流数。但是综合成本、实效等多方面因素，当时业界的WLAN AP都普遍使用3×3的模式。而如今的旗舰级路由器都轻松的堆到8×8或者更高。

▲图为MIMO运用多径传输资料（图片来自联网）

波束成形

而至于波束成形技术，它本身并不是什么新名词，波束成形是天线技术与数字通讯处理技术的结合，目的用于定向通讯传输或接收。在20世纪60年代，波束成形技术就已然在军事使用上得到了相当高的重视。

只可是，由于早年半导体技术还处在微米级，所以它没有在民用通信中发挥到理想的状态。

而进展到无线通讯阶段，尤其是使用在消费级商品中，通讯传输距离和信道品质以及无线通信的抗干扰难题便变成瓶颈。提升传输速率是WLAN技术进展历程的核心。802.11n首要是结合物理层和MAC层的完善，来充分提升WLAN技术的吞吐。此时，波束成形又有了用武之地。

波束成形技术的具体原理很繁琐，笔者在这里用图片给大家简易展示一下，波束成形就是将原本发散的波聚合，再往指定的方向发送，从而提升传输距离。

▲波束成形技术增多传输距离的示意图（图片来自联网）

但是波束成形技术固然能改进操控系统表现，增多接收距离，但另外也会增多设备成本和功耗。在多天线都处于连接的状态下，即使在严重的衰落状况下，它提供的通讯增益也可获提升，但请求通讯处理能力也要很强。所以，多天线带来的难题是请求资料处理速度高，控制成本，并下降功耗。

40Mhz绑定

事实上，802.11n协议还使用了40Mhz绑定技术。这个技术最轻松理解，针对无线技术来说，提升所用频谱的宽度，可以最为直接地提升吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提升。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n扶持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提升吞吐。

▲图左为802.11a/g，图右为802.11n

MCS

802.11n引进了如此多的新技术，导致它的速率也会由于参数方法各异而各异。在802.11a/b/g时代，参数AP岗位的速率相当简易，只要指定特定radio类型（802.11a/b/g）所使用的速率集，速率范围从1Mbps到54Mbps，一共有12种或许的物理速率。到了802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量、是否40MHz绑定等多个因素。这些作用吞吐的因素组合在一起，将形成相当多的物理速率供挑选使用。

对此，IEEE直接启动了MCS (Modulation Coding Scheme)，MCS可以理解为将上述作用速率因素的完整组合，每种组合用整数来唯一标示。给每种状况标码，然后直接看对应的MCS码就可以得知精确的速率。

802.11n小结

总的来说，MIMO和40Mhz绑定技术使得传输速率大大提升，而波束成形则增大了传输距离。

802.11ac——锋芒毕露的一代

随着时代的持续进展，人们身边拥有着越来越多的无线设备，而2.4GHz这个频段，由于本身的优越性，被各类协议使用（普遍的无线4.0系列协议，无线键鼠等），已然变得拥挤不堪，IEEE此时就将新的第五代Wi-Fi协议制订在了5GHz的频段上。如今说的很多双频Wi-Fi，实际上就是2.4GHz和5GHz的混合双频Wi-Fi，而这种路由器普遍的四天线设计，普通都是两根天线基于2.4GHz，两根基于5GHz。

802.11ac在提供良好的后向兼容性的另外，把每个通道的岗位频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz乃至是160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效率提升，最后理论传输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps。自然，实际传输率或许在300Mbps～400Mbps之间，接近当下802.11n实际传输率的3倍（当下802.11n无线路由器的实际传输率为75Mbps～150Mbps之间），完全足以在一条信道上另外传输多路压缩影像流。

MU-MIMO

实际上，802.11ac协议还分为wave1和wave2两个阶段，两者的首要区别就在于后者提升多使用者资料并发处理能力和联网效率。而这背后的功臣，就非MU-MIMO莫属了。

前面已然跟大家说明过了，IEEE在802.11n协议时代就引入了MIMO技术，而MU-MIMO技术可以理解为它的升级版或者是多使用者版次。

为什么这么说呢？看下面的图片大家就明白了。

▲高通权威展示MU-MIMO技术所用的图片

MU-MIMO是Multi-User Multiple-Input Multiple-Output（多使用者-多输入多输出）的英文缩写。顾名思义，MU-MIMO能让路由器另外和多个设备开展沟通，这极大的改进了联网资源运用率。

通俗来说，过去在802.11n上面的MIMO只能说是SU-MIMO（Single-User），传统的SU-MIMO路由器通讯呈现一个圆环，以路由器圆心，呈360度向外发射通讯，并依据远近亲疏，依次单独与上网设备开展通讯。当接入的设备过多时，就会呈现设备等待通讯的状况，联网卡顿的状况就由此形成；更为严重的是，这种依次单独的通讯，是基于设备对AP（路由器或中心等）总频宽的平均值。也就是说，假如拥有100MHz的频宽，按照“一次只能办事一个”的原理，在有3个设备另外接入联网的状况下，每个设备只能得到约33.3MHz频宽，另外的66.6MHz则处于闲置状态。即在同一个Wi-Fi区域内，连接设备越多宽频被平均得越小，浪费的资源越多，网速也就越慢。

▲图为SU-MIMO（左）和MU-MIMO（右）的对比

MU-MIMO路由器则各异，MU-MIMO路由的通讯在时域、频域、空域三个维度上分成三若干，就像是另外发出三个各异的通讯，能够另外与三部设备合作岗位；尤其值得一提的是，由于三个通讯互不干扰，所以每台设备得到的频宽资源并没有打折扣，资源得到最大化的运用，从路由器角度衡量，资料传输速率提升了3倍，改进了联网资源运用率，从而确保Wi-Fi无间断连接。

MU-MIMO技术就赋予了路由器并行处理的能力，让它能够另外为多台设备传输资料，极大地改进了联网拥堵的状况。在今日这种无线联网设备数量爆发式增长的时代，它是比单纯提升速率更有实际价值的。

全球上首台扶持MU-MIMO的路由器是Linksys EA8500于2015年亮相，使用的是全高通的MU-MIMO解决计划（Qualcomm MU | EFX）。如今MU-MIMO已然是旗舰级路由器的标配了，而那些写着ac双频路由器却不扶持MU-MIMO技术的，都只能算是残缺的ac双频路由器或者是ac wave1阶段的路由器。

这里放一张到ac为止各代协议的首要参数对比图（图片来自联网）：

802.11ad——先天不足的一代

在确定第六代的Wi-Fi协议规范的时候，有一段时间，大家都觉得会是802.11ad协议，说这个名字大家可以不太熟悉，它另一个名字叫WiGig。

相比我们熟知的802.11n（岗位在2.4GHz和5GHz频段）和802.11ac（岗位在5GHz频段），802.11ad则是岗位在60GHz频段，且无线传输速率可高达7Gbps！自然，802.11ac规范也可以经由堆BUFF（8x8 MIMO、256 QAM调制和信道绑定4个40 MHz信道）达到7Gbps的理论无线传输速率；但是，11ad达到7Gbps的速度，仅需经由一个空间流、64QAM调制和单个信道即可做到。另外，802.11ad还在容量、功耗和延迟方面有着11ac无法比拟的长处，尤其是在延迟方面，其延迟通常仅有10微秒，堪比有线!

但可惜，802.11ad协议有着它的先天不足——60GHz，这么高的频率注定它的传输距离和穿墙能力弱到不堪一击，而在一些知名评测传媒的评测中，人们惊人地察觉只需要一个纸皮箱就能隔绝802.11ad协议路由器的通讯。真是可谓成也萧何，败也萧何。

802.11ax——肩负使命的一代

802.11ax协议基于2.4GHz和5GHz两个频段，对，就是两个频段，并非是ac双频路由器那样各异的频段对应各异的协议，ax协议本身就扶持两个频段。这显然迎合了当下物联网、智能家居等进展潮流。针对一些对带宽需要不高的智能家居设备，可以使用2.4GHz频段去连接，保证足够的传输距离，而针对需要高速传输的设备，就使用5GHz频段。这看起来和如今的ac双频路由器是一样的，但实际上，ax身为第六代Wi-Fi协议的扛把子，可不只这两把刷子。

802.11ax又被称为“高效率无线规范”（High-Efficiency Wireless，HEW），将大幅度提升使用者密集生态中的每位使用者的平均传输率，即在高密生态下为更多使用者提供一致且稳定的资料流（平均传输率），将有效缩减联网拥塞、大幅提升无线速度与覆盖范围。实际上，设计802.11ax的首要目的是解决联网容量难题，由于随着公共Wi-Fi的使用，联网容量难题已变成机场、体育赛事和校园等密集生态中的一个大难题。

此处要说明两个新技术，上行MU-MIMO和OFDMA。

上行MU-MIMO

MU-MIMO技术在前面已然谈及过，802.11ac协议中的MU-MIMO技术只是单纯的下行MU-MIMO，只有在路由器给设备传输资料的时候才可以用，而如今随着智能设备的进展，人们针对上行速率的请求也在提升，传个超清影像图片什么的已然是家常便饭了。上行MU-MIMO技术就是为此而生，改进了设备在向路由器传输资料时的拥堵状况，提升了联网资源运用率。

OFDMA

802.11ax与过去的无线局域网（WLAN）操控系统相比最大的转变在于其是使用了“正交频分多址接入”（orthogonal frequency division multiple access，OFDMA）。

在OFDM操控系统中，使用者占用了全部信道。随着使用者数量的增多，使用者之间的资料请求会发生冲突，从而导致瓶颈，导致当这些使用者在请求资料（尤其是在流式影像等高带宽使用中）时，办事品质较差。

而在OFDMA中，使用者仅在条例时间内占用子载波的一个子集。OFDMA请求所有使用者另外传输，所以每个使用者都需要将其资料包缓冲为一样的条例比特数，这样不管资料量有多少所有使用者都能在时间上维持一致。另外，OFDMA AP可依据使用者对带宽的需求来动向地改变使用者所占用频谱的数量。例如，相较为对实时表现请求不高的电子邮件，研究媒影像使用者需要更多子载波（频谱）。

不理解的话我们看下图：

▲使用者在ODFM中占据全部信道，而在“正交频分多址接入”(OFDMA)中不是

我们还是用回马路开车的例子，假设如今有一条马路有三条车道，如今有甲乙丙三个车队要走这条路（每队都要走一个小时，走前需要半个小时筹备），假如按照一次走一个车队的方法，甲乙丙依次走完需要四个半小时，而使用OFDMA技术，给他们一队一条道，则只需要三个半小时，省下了一个小时的筹备时间。OFDM和OFDMA在使用者数量少的时候差距或许不大，但是一旦使用者数量多了起来，差距可就不是一星半点了。

OFDMA一路走来，实际上就是“从无到有，再从有到运用”的演变历程。

802.11ax小结

实际上，802.11ax给WLAN连接带来的提升远不止此，其他的如更低的延迟、更精确的功耗控制等等也是不可忽略的一环。如今市面上使用802.11ax协议的商品并不是很多，只是零星的几款，但是好在它的太子身份已然确定，登基只是早晚的难题。而按照当下的进度来看，笔者预计2019年802.11ax的商品就能做到不错的使用率。