5G都不能取代的Wi-Fi6，到底有多厉害?

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来源：北京物联网智能技术应用协会


　　蜂窝通信与WiFi，就像移动设备上的两大高手。彼此势均力敌：一个主室内，一个主室外。WiFi是移动网络的室内覆盖补充，也承担着大量的数据流量卸载，二者既想各自占山为王，但也时不时地相互成全对方。
( q" D; k6 \$ k5 _+ S2 ~　　然而随着5G时代的到来，考虑到5G具有媲美wifi的传输速率以及比wifi更广泛的覆盖与使用的便捷性，因此在市面上就出现了诸如“5G必将干掉WiFi”、“WiFi迟早将被淘汰”、“WiFi活不过5G时代”，各种言论层出不穷。在一片争论声中，WiFi6姗姗来迟。
+ k4 y+ f8 L7 u7 }4 W& f9 e+ h# g　　前不久，Wi-Fi联盟正式发布Wi-Fi 6标准，相比于目前正在广泛使用的上一代Wi-Fi标准，Wi-Fi 6将具有更快的带宽和更加高效的成熟效率。WiFi6能否与5G分庭抗礼呢？在谈这个问题之前，我们需要先对Wi-Fi6做一个充分的了解。



( B/ u/ b- X! ]4 b, o$ pWiFi6是什么？


　　最新一代WiFi6，用技术术语来说，就是802.11AX。去年10月初， Wi-Fi规格重新命名，新标准802.11ax改名为Wi-Fi 6。同时，前几代WiFi名称也相应的作出了改变：802.11b — WiFi 1 (1999)
802.11a — WiFi 2 (1999)
802.11g — WiFi 3 (2003)
) ], g  @8 L7 f$ S1 e% J! U8 n* k1 G802.11n — WiFi 4 (2009)
802.11ac — WiFi 5(2014)
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; V4 I+ _. b. c! X6 @3 `9 }1 z( g　　简单来说就是，以前的WiFi命名复杂、繁琐，而现在命名就是通俗易懂。而对我们消费者最大的影响就是，在往后我们买路由器只需要知道，WiFi后面的数字越大，技术越先进就是了。　　据了解，最新一代WiFi6(802.11ax)的传输速率最高可达9.6Gbps，也就是说理论传输速度达到了1.2GB/s的传输速度。随着WiFi6的到来，将会覆盖更多样化的应用，例如物联网、汽车，到4K视频传输等。

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WiFi 6 厉害在哪里？


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完整版的MU-MIMO技术
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) G( R; K  ?; @4 @' A　　要说明WiFi 6厉害在哪里。我们要先来说说目前的主流WiFi 5路由器的问题。下边是一款主流普通的双频路由器。支持300M带宽2.4G频段和867M带宽5G频段——你的设备只能接收其中一个频段的信号。目前市售大约在200-300之间，双空间流（看上去有四根天线，实际上两对天线发送的是重复信号，起到信号放大的作用）这样主流的路由器家用基本上已经够用。
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　　那么再高端一些的路由器，同样是WiFi 5的规格下它的技术有什么进步呢？我们以价格在上千元的网件夜鹰 R8000P为例子。
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　　其标称的AC4000只是三个独立频段的带宽累加值，即2.4GHz的750Mbps + 5GHz（1路）的1625Mbps + 5GHz（2路）的1625Mbps，但是不管你的终端有多强，它只能工作在其中一个频段下面，并不能同时连接双频或三频来实现并发传输。
0 K( v. m: F' L5 }" j: c　　且1625Mbps带宽是需要3×3的天线实现的，但绝大多数智能手机和平板电脑最高只支持只到2×2（对于移动设备来说，做太多的WiFi天线，体积，耗电和散热都成问题）——也就是说绝大多数无线设备连接网件夜鹰 R8000P也只能获得541 Mbps*2=1082Mbps的带宽 与我们前面介绍的三百块的路由器的867Mbps带宽相差无几。
) y* A% {9 L, V+ L当然高端路由还有MU-MIMO功能。类似这样：

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1 r' X# z1 O& d2 x　　上图是普通路由器的信号传输方式与具备MU-MIMO功能的高端路由器信号传输方式的不同。这也是商家推销高端路由的卖点之一。4*4天线的路由器同时可以传输2×2的笔记本电脑、1×1的手机A和1×1的手机B。但实际上触发这个功能的条件非常苛刻：需要连接设备都在同一5G频段下，设备全部要支持MU-MIMO功能。且设备数量要刚刚合适才能触发。（MU-MIMO实际容量也就2到3个终端。老实说，两三个终端也拥堵不到哪去……） 且WiFi 5下的MU-MIMO功能只支持数据下行，所以这是一个并不值得用户买单的鸡肋功能。

  `6 E. h1 f0 O/ n/ g6 E　　因此支持WiFi 5的路由器，无论有多贵。无线部分的性能也就是那样。相比之下WiFi6的MU-MIMO功能就进化了很多——至少它是支持上行和下行的完整版。且相对于WiFi 5最多支持的最大规格是4×4 MU-MIMO，WiFi 6拥有8×8 MU-MIMO，可以同时向8个终端共享上行、下行的MU-MIMO数据包。如此一来适用的场景便多了很多。



02
( g" a/ I5 P" i; `OFDMA技术


　　OFDMA应该算是11ax真正黑科技的地方。简单说，OFDMA将帧结构重新设计，细分成若干资源单元（RU），从而为多个用户服务。
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: j/ n  C$ Y5 B8 w$ D- Z　　用卡车拉货来形容OFDMA技术，在原先的OFDM技术中（11n/ac中使用的方案）是按订单发货。无论货物多少，来一单发一趟车，空载率会很高。而OFDMA技术会将多个订单聚合在一起。让卡车尽量满载上路。这样就使得运输效率大大提高了。
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, M3 I0 l- y/ p7 J: GOFDMA与MU-MIMO技术的区别
OFDMA：适用于小数据包的并行传输，提升信道利用率与传输效率。其状态稳定，不容易受终端影响。
0 v7 _$ S+ |( d& @, U6 FMU-MIMO：适用于大数据包的并行传输，提升多空间流的利用率与系统容量。提高单用户的有效带宽，但运行状态不够稳定，很容易受终端影响。
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MCS（调制与编码策略）的提升
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4 T  S# M7 v; F, `# w( w, U" R　　从数据角度来看，单条空间流80M带宽的关联速率从433Mbps提升到了600.4Mbps，理论最大关联速率（160M带宽，8条空间流）从6.9Gbps提升到9.6Gbps左右。　　简单的说11ax承载的数据量能力实际提高了30%左右。
　　
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5G VS WiFi6
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% _4 l! ?5 O( L- R　　5G网络，作为第五代移动通讯技术。5G在长时间大面积的宣传、预热与讨论下，大家都对其比较熟悉了。5G的理论带宽是4G网络的百倍（理论下行速度10Gb/s），同时还有低时延和低耗电的特性。即将取代4G网络成为下一代的通讯网络。目前5G通讯标准还没有完全确定下来，只有针对5G手机的eMBB场景（大流量带宽标准）已经被确定下来。今年下半年会有大量手机厂商推出5G手机，电信运营商也将推出5G套餐供用户尝鲜。　　5G技术中还有URLLC（低延时通信）和mMTC（大物联网）的标准没有指定下来，整个标准在ITU（国际电信联盟）上全面通过，预计要到2020年左右。三大运营商在建设中的5G基站基本普及也要等到2020年。
　　WiFi6相比较于5G显得低调很多了。2018年10月3日WiFi联盟将基于802.11ax标准的WiFi纳入正规军，并正式更名为WiFi6。将前两代技术——802.11n和802.11ac分别命名为WiFi4 和WiFi5。
　　与WiFi5相比，WiFi6在网络速度方面更加快速，容量上也越来越大。不但如此，WiFi6还加入了多用户多入多出技术（MU-MIMO）和正交频分多址（OFDMA），使得WiFi6能同时服务多设备能力大大提高。不过WiFi6目前面临与5G同样的问题——需要时间普及。我们手上所有的设备都要支持WiFi6协议（包括路由器、手机、无线网卡等），这个技术才能真正被用起来。介于用户更新设备的速度，WiFi6真正普及的时间可能会比5G还要长。关于5G和WiFi6具体比较不再累述，一表让你一眼把5G 、WiFi6看到底。表一
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5G在哪里与WiFi6竞争，相互补充？

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　　2019 年，基于运营商的移动连接（LTE 和 5G 蜂窝网络）和非授权无线网络（WiFi6，或者称为 802.11ax）将在两个主要方面相互靠拢：无线电信号编码和资源调度。　　这两种无线系统采用相同的方法将更多用户和数据压缩到它们使用的频率中，使每个基站或无线接入点都能同时与更多设备通信。尽管在技术上有所靠拢，但是基于运营商的无线系统和非授权无线系统之间依然存在许多差异，这些差异体现在成本、基础设施布局，以及它们为企业网络操作人员提供的管理控制级别等方面。这些因素将决定企业如何围绕无线功能的保留和增加做出规划。
　　在企业环境中，由于位置、应用程序和设备类型的不同，WiFi6和5G既相互竞争也相互补充。下面给出相互竞争几个例子：

• 企业可以购买5G小型蜂窝设备（小型蜂窝塔）并在内部部署，为员工提供5G覆盖，慢慢用5G取代WiFi。
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• 由于WiFi标准的不断发展，企业每3-5年就要对其无线上网设备进行一次升级。有了5G，这些开销可以外包给服务提供商。服务提供商将负责定期升级他们的无线基础设施。
  

　　在某些用例中，5G可以补充WiFi6如：
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• 在增强型移动宽带（eMBB）用例中，客户端设备（CPE）可以连接到5G网络以实现Internet连接，并可以通过WiFi6在本地提供连接服务。
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• 5G可以补充WiFi6在住宅固定无线的使用情况（例如最近由Verizon推出的5G家庭服务）。借助5G，服务提供商可以降低其调度操作的成本，并使客户能够通过自助服务机制激活其Internet连接服务。
  
• 即使在企业中，WiFi通过支持WiFi的笔记本电脑和移动设备也具有更高的渗透率。虽然从移动设备中消除WiFi并将其完全转换为5G更容易，但从笔记本电脑中删除WiFi并不容易。此外，在企业中推出WiFi6比5G网络要便宜得多。企业推出WiFi6的时间也比5G要短。
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　　除了在企业中，未来WiFi6 和 5G 会有角色的变化，二者由于速度快，高带宽等特点也正悄悄地改变物联网。随着5G和WiFi6在2019年上市，物联网设备会被设计成发送更多信息只需消耗更少的能源，这些技术可以让设备始终保持在线或连接状态。各种类型的设备也可能开始使用SIM卡或嵌入式SIM卡来启用蜂窝功能，这将改变WiFi设备的当前趋势。
　　WiFi6 和 5G都采用了使资源更具有确定性的调度方法，这对自动化制造、医疗、能源和其他各种行业中使用的任务关键型物联网资产也具有重要意义。WiFi6 无线接入点未来会增加对其他无线电技术的支持（例如蓝牙和 Zigbee），这些接入点会成为更加强大的物联网网关，甚至兼而成为有用的无线传感器，帮助跟踪和管理设备。
% l! }4 N  D/ `  L% Y* @6 c) U　　值得关注的是，作为 LTE 技术（及随后的 5G 技术）的延伸，CBRS（公民宽带无线电服务）据称可以作为 WiFi6 的互补技术，用于在建筑内部提供无线连接。在美国，CBRS 使用的是未被 WiFi 或现有 LTE/5G 服务使用的 3.5Ghz 范围内的频段，所以不太可能被一般的消费者接入的设备干扰。很快，一些初期的 CBRS 功能便会实现商品化。对于机器人等需要稳定无线和移动连接的设备，CBRS 将成为 WiFi6 的理想补充。
8 ^( n, e% F1 z　　当然，与 WiFi6 相比，5G 技术也有自己的优势。对于企业 IT 而言，在 WiFi 并非理想选择的区域，5G 将是革命性的技术，例如如果有数百台甚至数千台的物联网设备需要无线连接，在企业自己拥有的大楼内，WiFi6 将是连接物联网设备的必选无线技术。当物联网转移到企业大楼以外的区域时，传感器仍然可以利用 5G 作为无线传输模式，以获得具备足够速度和可靠性的连接。
　　5G和WiFi6让物联网设备“活”了起来，也改变了我们使用物联网设备的方式。


 结  语 

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1 N4 q; i4 L6 U- l　　5G取代WiFi的可能性不高，相反WiFi会通过5G技术继续演进和升级，在未来相当长的一段时间里，5G将与WiFi6共存并进，相互补充，而且两者在工业生产、物联网、智能驾驶等诸多领域都有很大的应用潜力和想象空间，帮助各行各业爆发出新的生产力。


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9 l# q0 A+ ]8 x1 ?; K* w. \未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能，互联网和脑科学交叉研究机构。
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% U/ ]' H* E4 p6 w未来智能实验室的主要工作包括：建立AI智能系统智商评测体系，开展世界人工智能智商评测；开展互联网（城市）云脑研究计划，构建互联网（城市）云脑技术和企业图谱，为提升企业，行业与城市的智能水平服务。
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