新兴机制802.11ax为何能成为高效率无线标准？

有参与者公平共享信道方面，此空闲信道评估和防冲突协议发挥了良好的作用，但当参与者数量大幅增长时，传输效率就会下降。 另一个导致网络效率低下的因素是存在众多带有重叠服务区的AP。 图3中左图描绘了一个从属于基本服务集（BSS，指一组与某AP相关联的无线客户）的用户（用户1）。 用户1将与另一个BSS集中的用户争夺媒体接入权，然后与其AP交换数据。 但是，此用户仍能够监听来自右侧重叠BSS的通信量。

图 3. 因重叠BSS造成的媒体访问效率低下

在这种情况下，来自OBSS的流量将触发用户1的避退程序。这类情况会造成用户必须等待更长时间才能获得传输机会，大大降低了它们的平均数据吞吐量。

第三个需要考虑的因素是更宽信道的共享。例如，北美地区的802.11ac运营只有一条160MHz的可用信道，欧洲仅有两条可用信道。

4. 5GHz频段的802.11ax信道分配示例

因此，在信道数量减少的情况下，密集覆盖的规划变得非常困难。 如缺乏准确和审慎的功率管理，用户将会遭遇同信道干扰，这会降低性能，抵消来自更宽信道的大部分预期增益。 这种情况更易出现在MCS 8、9、10和11的最高数据速率情况下，因为此速率更易受到信噪比的影响。 同时，一个用户使用与80 MHz信道重叠的20 MHz信道传输，基本上都会导致80MHz信道无效。 在高度密集网络中执行802.11ac的信道共享会损害用于20 MHz信道传输的80MHz信道增益。

PHY变化规范为本标准的物理层带来了重大变化。 但该规范仍可向后兼容802.11a/b/g/n和/ac设备，因此802.11ax STA可以与传统STA相互发送或接收数据。 802.11ax STA传输时，这些传统客户还能够解调和解码802.11 ax数据包（但并非整个802.11ax数据包）报头和退避。 下表通过与现行802.11ac标准的执行相对比，突出强调了802.11ax标准此次修订中最重要的变更。

下表通过与现行802.11ac标准的执行相对比，突出强调了802.11ax标准此次修订中最重要的变更。

表1. 802.11ac与802.11ax比较

注意，802.11ax标准将在2.4GHz和5GHz带宽下运行。 此标准明确定义了四倍大的FFT，乘以副载波的数量。 但是，802.11ax标准提供的一个重要变化是副载波间隔减少到此前802.11修订版中副载波间隔的四分之一，同时保留了现有的信道带宽（图4）。

图 5. 较窄的副载波间隔

OFDM（正交频分多路复用）符号持续时间和循环前缀也增长了四倍，原始链接数据率保持与802.11ac相同，但提高了在室内/户外及混合环境下的效率和稳健性。 但此标准的确规定了室内环境下的1024-QAM和更低的循环前缀比率，这将提升最大数据速率。

波束形成802.11ax将采用类似于802.11ac的显式波束成形过程。 在该过程下，波束形成器利用空数据包启动信道探测程序。 波束形成器会测量信道并使用包含压缩反馈矩阵的波束形成反馈帧进行响应。 波束形成器使用该信息来计算信道矩阵H， 然后使用该信道矩阵将RF能量聚焦到每个用户。

802.11ax标准有两种工作模式：单用户： 在这种顺序模式中，无线STA在安全访问媒介后一次发送和接收一个数据，如上所述。

多用户： 此模式允许同时运行多个非AP STA。 该标准将此模式进一步分为下行和上行多用户模式。

• 下行多用户是指接入点同时为多个相关无线STA提供的数据。 现有的802.11ac标准也包含了此功能。

• 上行多用户模式是指数据从多个STA到AP的同步传输。 这是802.11ax标准的新增功能，以往任何版本的Wi-Fi标准皆不具备这项功能。

在多用户操作模式下，该标准还规定了两种能够在一定区域内多路传输更多用户的方式： 多用户MIMO和正交频分多址(OFDMA)。 在这两种方法中，AP作为中央控制器控制多用户操作的各个方面，这与LTE蜂窝基站控制多个用户的多路复用相似。 802.11ax AP还可将MU-MIMO与OFDMA操作结合起来。

多用户MIMO802.11ax设备借鉴了802.11ac的部署经验，将使用波束成形技术同步将数据包发送至不同空间的用户（图5）。 换言之，AP会计算每个用户的信道矩阵，并同时将波束导向不同的用户——每路波束包含针对其目标用户的特定数据包。 802.11ax一次可支持8个多用户MIMO传输包的发送，而802.11ac一次可支持4个MIMO数据包。 而且，每次MU-MIMO传输都可能有自己的调制和解码集（MCS）和不同数量的空间串流。 以此类推，当使用MU-MIMO空间复用时，接入点会与以太网交换机进行比较，将冲突域从大型计算机网络缩小至单个端口。

作为MU-MIMO上行方向的新增功能，AP将通过一个触发帧从