邱豐

摘 要：802.11ax標(biāo)準又稱為高效率無線標(biāo)準，旨在實現(xiàn)一項極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：將用戶密集環(huán)境中的每位用戶平均傳輸率提升至4倍以上。這項全新標(biāo)準著重于機制的實作，以期在人潮眾多的環(huán)境下，為更多使用者提供一致且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。本文主要對該項新技術(shù)的技術(shù)進行初步研究。

關(guān)鍵詞：WIFI；波束成形；多用戶作業(yè)；空間復(fù)用

1 現(xiàn)有Wi-Fi機制不利高密度傳輸

802.11通訊協(xié)議采用了載波感測多路存?。–SMA）方式，在此一方式中，無線基地臺（STA）會先感測通道，而且只會在感測到通道閑置時進行傳輸，藉此嘗試避免沖突（圖2-1）。如果任一STA聽到有其他STA存在，就會在再次收聽前等候一段時間，以待對方停止傳輸并釋放通道。當(dāng)STA可進行傳輸時，將會傳輸完整的封包數(shù)據(jù)?？臻e通道評估和沖突預(yù)防通訊協(xié)議雖有助于將信道平均分配給沖突網(wǎng)域中的所有參與者，但如果參與者數(shù)量過于龐大，分配效率會隨之下降；多個AP服務(wù)區(qū)域重迭，則是造成網(wǎng)絡(luò)效率不彰的另一原因。使用較少的通道規(guī)劃密集的涵蓋范圍變得十分困難，而此一現(xiàn)象也迫使網(wǎng)絡(luò)管理員必須重復(fù)使用附近基地臺中的信道。如果沒有注意且刻意進行電源管理，使用者將會遇到同通道干擾，除了會減損效能之外，還會將通道較寬的既定優(yōu)勢一筆勾銷。

2 802.11ax PHY變更

802.11ax標(biāo)準在物理層導(dǎo)入了多項大幅變更。然而，它依舊可向下兼容于802.11a/b/g/n與ac裝置。正因如此，802.11ax STA能與舊有STA進行數(shù)據(jù)傳送和接收，舊有客戶端也能解調(diào)和譯碼802.11ax封包表頭檔（雖然不是整個802.11ax封包），并于802.11ax STA傳輸期間進行輪詢。請注意，802.11ax標(biāo)準將在2.4GHz和5GHz頻帶運作。此規(guī)格定義了4倍大的FFT，以及數(shù)量更多的子載波。不過，802.11ax也涵蓋了一項重大變更：將子載波間距縮減到先前802.11標(biāo)準的四分之一，以保留現(xiàn)有的通道帶寬OFDM符碼持續(xù)期間和循環(huán)前綴區(qū)段（Cyclic Prefix， CP）也提高4倍，一邊維持與802.11ac相同的原始鏈接數(shù)據(jù)速率，一邊提升室內(nèi)/室外和混合式環(huán)境的效率及穩(wěn)固性。不過，ax標(biāo)準會于室內(nèi)環(huán)境中指定1024-QAM和較低的循環(huán)式前置區(qū)段比，以利實現(xiàn)最高的數(shù)據(jù)速率。

3 波束成形

802.11ax將采用與802.11ac相似的明確波束成形程序。在這個程序中，波束成形器會使用Null數(shù)據(jù)封包啟動信道探測程序，而波束成形接收端則會量測通道，并使用波束成形反饋架構(gòu)（當(dāng)中包含壓縮的反饋矩陣）做出回應(yīng)。波束成形器將使用這項信息來運算信道矩陣H。隨后，波束成形接收端就能使用這個通道矩陣，將射頻能量運用在每位使用者身上。

4 多用戶作業(yè)：MU-MIMO與OFDMA

802.11ax標(biāo)準采用了兩種作業(yè)模式，分別是單一使用者與多使用者。在單一用戶序列模式中，只要無線STA一取得媒體存取權(quán)，就會每次進行一個數(shù)據(jù)傳送和接收作業(yè)。在多用戶模式下，可同步進行多個非AP STA作業(yè)。標(biāo)準會將此一模式進一步劃分成下鏈和上鏈多使用者。下鏈多使用者是指由AP同時提供給多個相關(guān)無線STA的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的802.11ac已具備這項功能。上鏈多使用者則涉及同時從多個STA傳輸數(shù)據(jù)至AP。這是802.11ax標(biāo)準的新功能，且不存在于任何舊版Wi-Fi標(biāo)準中。MU-MIMO作為802.11ax核心技術(shù)，此處只是略作介紹，將另開專題單獨說明。

5 802.11ax MAC機制變更

為了改善密集部署情境中的系統(tǒng)層級效能以及頻譜資源的使用效率，802.11ax標(biāo)準實作了空間重復(fù)使用技術(shù)。STA可以識別來自重迭基本服務(wù)組（BSS）的訊號，并根據(jù)這項信息來做出媒體競爭和干擾管理決策。負責(zé)開發(fā)高效率無線標(biāo)準的802.11工作團隊可能會在802.11ax標(biāo)準中包含多個NAV字段，也就是采用兩個不同的NAV。同時擁有Intra-BSS NAV和Inter-BSS NAV不僅可協(xié)助STA預(yù)測自身BSS內(nèi)的流量，還能讓它們在得知重迭流量狀態(tài)時自由傳輸

6 總結(jié)

本文簡明總結(jié)了802.11ax的工作原理及核心技術(shù)。詳細介紹了現(xiàn)有環(huán)境下的WIFI機制的處境及使用了802.11ax技術(shù)的路由器能夠大幅改變現(xiàn)有WIFI路由器的處境的內(nèi)容。由于802.11ax的路由器擁有MU-MIMO技術(shù)，使其能夠超越現(xiàn)有路由器。