新兴机制802.11ax为何能成为高效率无线标准？

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802.11ax，也称为高效无线(HEW)，的目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量提高至少4倍，这一目标极具挑战性。 这一新标准侧重于实现机制，旨在在多用户环境中为更多用户提供一个一致、可靠的数据流（平均吞吐量）。 本文将探讨新兴的机制，使广受欢迎的802.11ax标准成为高效无线的标题。

2015年，著名的汽车制造商法拉利发布了新版本的入门级车型： the Ferrari California T. 这款时尚跑车配备3.9升涡轮增压V8发动机，能够产生超过412千瓦（553马力）的动力，可在3.6秒钟内从零加速至100公里/小时（0至62英里/小时），这简直是工程界的一大奇迹。 [1]

法拉利的设计师考虑了发动机、车身和内饰的许多细节，使这款车辆成为日常车型，同时以惊人的速度提供最精确的处理、流体运动和性能。这个伟大设计将大大缩短了每天上下班的时间。 然而，在大城市大部分时间停停走走的拥挤交通状况下，红色法拉利敞篷车又能如何发挥作用呢？

今天很多人发现自己处于这种情况。驾驶意大利跑车可能不是特权，但是却能够享受快速的无线连接链路。第一个802.11b Wi-Fi标准（1999年）的最高链路速率为11 Mbps。这是很好的开始，但明显慢于有线连接。几年后，随着正交频分复用(OFDM)技术的出现，802.11a/g标准（2003年）将速度提高到54Mbps。

接下来的链路速度提高归功于802.11n（2009年），为用户提供高达150 Mbps的单流链路。802.11ac标准（2013年）提供了更宽的信道（160MHz）和更高阶的调制（256-QAM），使得单个空间流的链路速度达到866Mbps成为可能。如果使用规定的最高8个空间流，这一工程奇迹的最高速度理论上将达到6.97 Gbps。理论上，使用802.11ac相当于用一台加强马力的法拉利来替代自行车，甚至是替代家庭轿车。

然而，接近7Gbps的速度可能只能在RF实验室的受控跑到环境中实现。实际上，当用户使用忙碌的机场终端的公共Wi-Fi查看电子邮件时，数据流量通常会令人沮丧。IEEE 802.11无线局域网标准——802.11ax——新修订的版本正是为了改善这一状况。

802.11ax，也称为高效无线(HEW)，的目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量提高至少4倍，这一目标极具挑战性。这一新标准提供了超过802.11ac的原始链路速度，实现了多种机制，可以在拥挤的无线环境中为更多的用户提供一致且可靠的数据吞吐量。

高效无线包括以下主要功能：

高效无线还适用于以下目标应用：

图 1. 802.11ax要部署的场景示例包括具有高用户密度和混合环境的体育场

• 向后兼容802.11a/b/g/n/ac

• 在高密度情景下，如火车站、机场和体育馆，将用户平均吞吐量提高4倍。

• 与802.11ac类似的数据速率和信道宽度，但采用基于1024-QAM的新调制方案和编码集（MCS 10和11）。

• 通过MU-MIMO和正交频分多址(OFDMA)技术指定下行链路和上行链路多用户操作。

• 更大型的OFDM FFT（大4倍）、较窄的子载波间隔（近4倍）和更长的符号时间（4倍），以提高多径衰落环境和室外的鲁棒性和性能。

• 优化了流量和信道访问

• 更好的电源管理，延长电池使用寿命

• 移动数据卸载： 到2020年，每月将产生38.1埃字节的Wi-Fi卸载流量，而且将持续超过预计的每月移动/蜂窝流量（30.6埃字节）。 [2]这

• 相当于每分钟通过这些网络传输6000多部蓝光电影。

• 具有多个接入点的环境和具有异构设备的高集中用户（机场Wi-Fi≠家庭Wi-Fi）

• 室内/户外混合环境

802.11协议使用载波侦听多路访问(CSMA)方法，其中无线站(STA) 首先感测信道，并且仅当它们感知信道空闲时才会发射信号，以避免冲突。空闲是指无线站没有检测到任何802.11信号。当一个STA检测到另一信道时，它会在随机时间段内等待此STA停止传输，而后再次监听此信道是否将进入空闲状态。当STA能够传输时，他们会传输整个数据包的数据。

Wi-Fi STA可以使用请求发送/清除发送(RTS/CTS)调解对共享媒体的访问。接入点(AP)每次仅为一个站点签发一个CTS数据包，反过来，STA会将其整帧发送至该AP。 然后，STA等待来自AP的确认字符（ACK），表示已正确接收该数据包。 如果STA没能及时接收ACK，它将假设此ACK数据包与某个传送中的数据包相撞，这时该STA将被移入二进制指数退避阶段。 它会尝试访问媒体并在退避计数器失效时重新传输数据包。

图 2. 空闲信道评估协议

在冲突域范围内所