802.11ax与802.11ac技术对比，以及其带来的测试挑战

802.11ax又称为「高效率无线标准」(High-Efficiency Wireless, HEW)，旨在实现一项极具挑战性的目标：将用户密集环境中的每位用户平均传输率提升至4倍以上。这项全新标准着重于机制的实作，以期在人潮众多的环境下，为更多使用者提供一致且稳定的数据流(平均传输率)。本文件将带领各位探索可赋予常见802.11标准「高效率无线标准」美称的各项崭新机制。

2013年推出的802.11ac标准不仅可在单一空间串流中实现近866Mbit/s的链接速度，还能提供更宽的通道(160MHz)以及更高的调变阶次(256-QAM)。只要使用8个空间串流(标准指定的数量上限)，此一技术将可成就高达6.97Gbit/s的理论速度值。只是，正如同法拉利只能在管制赛道上发挥实力一样，除非您身处射频实验室，否则很难使用到7Gbit/s的高速无线网络。在现实世界中，每当使用者试图在繁忙的机场航厦中使用公共Wi-Fi查看电子邮件，往往会因牛步般的网络速度而备感挫折。

IEEE 802.11无线LAN标准的最新修正802.11ax将能有效解决此一问题。802.11ax又称为「高效率无线标准」(HEW)，旨在实现一项极具挑战性的目标：将用户密集环境中的每位用户平均传输率提升至4倍以上。

强化高密度使用情境网络表现

高效率无线标准具有下列重要功能：

．向下兼容于802.11a/b/g/n/ac。

．将火车站、机场等高人口密度地点的每位用户平均传输率提升4倍。

．数据速率和信道宽度与802.11ac相似，但可搭配1024-QAM提供新的调变和编码组合(MCS 10和11)。

．透过MU-MIMO和正交频分多任务存取(OFDMA)技术，进行指定的下链和上链多用户作业。

．提供四倍大的OFDM FFT、更窄的子载波间距(密度为4倍)以及更长的符码时间(4倍)，进而改善多路径衰减环境以及室外的稳固性和性能。

．改善流量和通道存取情形。

．电源管理更为出色，可带来更长效的电池续航力。

高效率无线标准也可满足下列目标应用的需求：

．行动数据卸除：在2020年，每个月产生的Wi-Fi卸除流量将来到38.1Exabyte，并持续超越每月的行动流量(30.6EB)预估值。此一数字相当于每分钟在这些网络中移动超过6,000部蓝光电影。

．具备众多存取点，且有高密度用户持有异质装置的环境(机场Wi-Fi≠家用Wi-Fi)。

．室外或混合室外的环境。

现有Wi-Fi机制不利高密度传输

802.11通讯协议采用了载波感测多路存取(CSMA)方式，在此一方式中，无线基地台(STA)会先感测通道，而且只会在感测到通道闲置时进行传输，藉此尝试避免冲突(图1)。如果任一STA听到有其他STA存在，就会在再次收听前等候一段时间，以待对方停止传输并释放通道。当STA可进行传输时，将会传输完整的封包数据。

图1、空闲通道评估通讯协议

Wi-Fi STA可藉由RTS/CTS封包来调停共享媒体的存取。存取点(AP)每次只会将一个CTS封包发给一个STA，而对方则会将完整的框架送回AP。接着，STA会等候AP用来告知封包已正确接收的确认封包(ACK)。如果STA没有及时收到ACK，就会假设封包与其他传输产生冲突，并进入二进制指数轮询期间。在轮询计数到期后，STA将试图存取媒体并重新传输封包。

此空闲通道评估和冲突预防通讯协议虽有助于将信道平均分配给冲突网域中的所有参与者，但如果参与者数量过于庞大，分配效率会随之下降；多个AP服务区域重迭，则是造成网络效率不彰的另一原因。图2中的某位使用者(使用者1)隶属于左侧的基本服务组(BSS，一组与AP产生关联的无线客户端)。使用者1会与自身BSS内的其他用户一同竞争媒体存取权，接着再与其AP交换数据。不过，这位使用者仍然可以听到来自右侧重迭BSS的流量。

图2、BSS重迭所造成的媒体存取效率不彰

在这个案例中，来自OBSS的流量会触发用户1的轮询程序，导致用户必须历经更长的等待才能得到传输机会，进而大幅拉低他们的平均数据传输率。

第三个有待考虑的因素则为较宽通道的共享。举例来说，北美地区的802.11ac只有一个可用的160MHz通道，而欧洲则有两个(图3)。

图3、5GHz频带的802.11ax信道配置范例

使用较少的通道规划密集的涵盖范围变得十分困难，而此一现象也迫使网络管理员必须重复使用附近基地台中的信道。如果没有注意且刻意进行电源管理，使用者将会遇到同通道干扰，除了会减损性能之外，还会将通道较宽的既定优势一笔勾销。在调变和编码模式(MCS)8、9、10和11以最高数据速率传送数据时，特别容易遇到低讯噪比的情况，因此格外容易使网络性能受到影响。此外，在现有的802.11 网络实作中，如果20