前言

随着 2020 年小米发布小米 10 手机，第一次将 WiFi6 带入大众视野，两年来国内的路由和电子设备行业便呈现出一片勃勃生机万物经发的境界，大家都争先恐后的将支持 WiFi6 作为自己产品的买点进行大肆宣传，甚至还与 5G 移动数据连接混为一谈以欺骗消费者，那么 WiFi6 到底是什么东西，它相对于前代 WiFi 提升了什么，为什么没见到前几代 WiFi 协议如此爆火，真的有卖家宣传的那么好用吗。

首先，WiFi6 确实是一个新兴的名词，是 WiFi 联盟对新一代无线局域网协议“IEEE 802.11 ax”的命名，我们来解读下这个协议的名称：IEEE 是电气电子工程师学会，英文全称是 the Institute of Electrical and Electronics Engineers，其旨在电气、电子、计算机工程和与科学有关的领域制定行业标准，是具有较大影响力的国际学术组织；IEEE 802 指的是局域网（LAN）技术标准，802.11 是 802 协议的子集，定义了用于实现无线局域网（WLAN）计算机通讯的一组协议，为使用 WiFi 品牌的无线设备提供基础，同为其子集的还有 802.3 定义的以太网标准；ax 则是 802.11 系列协议中的一个，于 2019 年正式推出。

由此可以看出，WiFi 只是遵循 IEEE 802.11 协议产生的一种技术，所以 WiFi 的迭代也紧跟着 802.11 协议的技术迭代，在 ax 之前还有 b/a/g/n/ac 等，你可能发现这些专业标准也太难区分了，新研发的产品宣传怎么才能做到最好的宣传方法呢，于是在 2018 年 WiFi 联盟开始使用对消费者友好的编号方案，即从 0 开始编号，将最初版的 802.11 定义为 WiFi0（0、1、2、3 因为技术老旧以无人使用所以也就没有品牌用了），按此顺序排列 802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac 和 802.11ax 协议。排到 802.11 ax 协议时，刚好为第 6 代，所以 WiFi6 便出现了。

历史渊源

人总是向着简洁的美感，在以太网兴起之后人们便想着把电子计算机通过无线的方式连在一起，简称 WLAN（注意，WLAN 指的是 Wireless Local Area Network，广义 WLAN 使用各类无线电波作为传输介质传播信号，狭义 WLAN 则是单只使用特定频段的高频无线电磁波作为传输介质）。1991 年 NCR 公司/AT&T 开发 802.11 协议的前体用于收银技术以 Wave LAN（微波局域网，可视为 WLAN 的前身）的名义推向市场，而后便出现了五花八门的通讯协议，这样乱来乱去也不是个事儿啊，于是维克·海耶斯联合布鲁斯·图奇一起，与 IEEE 联系以创建一个标准，便成立了 802.11 协议工作组，致力推广指定 WLAN 的相关标准，1997 年 IEEE 正式推出了第一代 WLAN 协议：802.11-1997（频段 2.4GHz、链路速率 1-2Mbps），后面成为公认的 WLAN 标准。

在两年之后的 1999 年，IEEE 将标准增强，推出了修正案 802.11a/b，推开了 WLAN 商用的帷幕，相较于第一代标准，802.11a 选择了使用设备使用数量较少的 5GHz 频段减少干扰，并将 OFDM（正交频分复用）技术引入以提升链路承载量，使其链路速度一跃提升至 54Mbps；而 802.11b 则选择继续使用 2.4GHz，加强了 802.11 的 DSSS 信号技术推出 HR-DSSS，链路速度可以达到 11Mbps，将覆盖范围提升至 150 英尺降低了组件的价格达到实现规模商用。

既然大家都选择了 802.11 协议作为 WLAN 技术的规范，那就要测试各项产品是否互相兼容，于是厂商和工程师共同成立了 WECA（无线以太网兼容性联盟，Wireless Ethernet Compatibility Alliance）以确保兼容性问题，通过 WECA 认证的产品将可以获得 WECA 商标授权标识。2002 年，WECA 委员会表示由于 WiFi（无线网络通信技术，通常被认为是 Wireless Fidelity 缩写，但是这个词汇并没有任何意义）这个名词已经深入人心，加上顾客有时候并不了解 WECA 与 WiFi 的关系，因此正式更名为 Wi-Fi 联盟以强化品牌形象。 WiFi 联盟以新的 WiFi CERTIFIED 标志取代旧标志，并宣称将在产品包装上附上“功能标签”，清楚标示无线产品能够支持的频段与传输速率，协助顾客做购物决策。

随着技术的逐渐进步，IEEE 于 2003 年推出了 802.11 的第三个修正案：802.11g，依旧选择使用拥挤 2.4GHz 的频段，但是信号技术更换为了 802.11a 所使用的 OFDM 技术，也继承了 802.11a 的可选频宽 5/10/20MHz，所以将链路速率拉升至 54Mbps。同时，802.11g 协议开始强调前后的兼容性，b 修正案的设备可以正常接入 g 修正案的接入点，WiFi 终于到了能用的地步：更大的覆盖范围，更高的链路速度、收发功率以及相对较好的设备兼容性。

而后便是真正开始大规模的商用/家用的，被大众所熟知的，于 2008 年推出的第四个修正案：802.11n（WiFi4），直到今天，依然有很多家用路由/AP 设备工作在此协议，并且大多数的 2.4GHz 网络仍在使用 802.11n。在 WiFi4 时代，正式提出了 SU-MIMO 技术（单用户多输入多输出），支持多根 WiFi 收发信号天线（接受/发送器）在接收端或发送端运行，可以在不增加单链路传输带宽和发射功率的基础上成倍率的提高数据吞吐速度。802.11n（WiFi4）选择使用 2.4GHz 或 5GHz 频段，延续使用 OFDM 信号技术，将信号频宽拉升至 40MHz 以最大支持高达 600Mbps 的链路速度（在 20MHz 信号频宽下最大链路速度为 300Mbps 三根天线可达 450Mbps）。

紧跟着千兆入户的光改，IEEE 在 2013 年推出的第五个修正案 802.11ac wave1（WiFi5），使用单个 5GHz 频段（是的，WiFi5 并没有定义 2.4GHz 频段，使用 2.4GHz 的设备会使用 802.11n 协议即 WiFi4），选择了通过拉高收发信号频宽（40MHz 提升到 80MHz）和最高调制的方式，将其单链路传输速率拉至 433Mbps 的同时翻倍增加了 MIMO 技术天线数量使其最大可支持 8 发送 8 接受，这样 WiFi5 的理论传输速度达到了 1.733Gbps 正式迈入了千兆无线局域网时代（千兆无线路由和千兆无线网卡）。并于 2016 年发布 802.11ac wave2，在频段不变的情况下继续翻倍信号频宽，使得单链路传输速率即可达到 867Mbps，最大 3.466Gbps，同时推出全新的 MIMU 技术：下行 MU-MIMO（多用户多输入多输出），可使无线发送端使用射频链技术同时与多个设备沟通，真正改善了网络资源利用率。

最后也是现在一直在吹捧的于 2019 年推出的 802.11ax（WiFi6）：同时支持 5GHz 和 2.4GHz 双频段、翻倍的最高调制编码能力、8*8 的上下行 MU-MIMO、5GHz 频段 160MHz 频宽，能实现最高可达 9.608Gbps 的链路传输速度，是 802.11b 传输速率的 900 倍，同时增加同时通信设备的数量、采用出自 5G 移动数据链接的 OFDMA（正交频分多址）技术提高了吞吐效率和网络容量，可实现单个时间段内多设备并行传输减少冲突。在 2020 年，IEEE 又推出了 802.11ax 的修订版，增加了对 6GHz（5925-7125MHz）频段的支持，并命名为 WiFi6E。

WiFi6

单看历史渊源的话，802.11ax 无非就是拉高了链路带宽和改进射频技术，为什么厂商开始铺天盖地的吹嘘 WiFi6，以至于 ISP 赠的路由器都开始支持 WiFi6 160MHz 频宽并以其为荣，WiFi6 到底厉害在什么地方？我在这里挑一些 802.11ax 所使用的技术详细说明一下其与前代协议（802.11ac）的区别，我也尝试着把一些复杂的理论简单化讲述，希望你能读得开心。

首先我想说明的是，很多无良商家经常会把 5G 和 WiFi6 混在一起进行宣传，虽然两者都是无线通信，也同样用于互联网领域，但是这两个完全不是同一个东西也不能放在一起比较。5G 的全称为移动通信技术第五代，它的主要工作是承载户外用户的上网，某个基站使用获得许可的固定频段（这个频段国内 ISP 以厘米波长对应的 450MHz-6GHz(Sub-6GHz)，但定义也包含了可承载更高链路速度的毫米波长对应的 24.2GHz-52.6GHz(mmWave)）覆盖相对较大的范围；而 WiFi6 则是一种无线局域网的协议，主要工作为网络的室内覆盖补充，是通过光网线路、调制解调器、电网线路、路由器、信号发射器提供网络。另外，5G 和 WiFi 的 5GHz 频段也毫无关系，5G 中的 G 并不是频段 GHz 的缩写，而是 Generation 的缩写（而流量套餐中的 G 则是 Gigabytes/Gigs）。

  • 提升调制解码

    在 WiFi5，使用的是 256-QAM 正交幅度调制，每个符号位可以传输 8bit 的数据（256 即 2 的 8 次方），而 WiFi6 将其提升至每个符号位传输 10bit 的数据即 2 的 10 次方 1024QAM 正交幅度调制，这样看单个符号位的数据吞吐量相对于 WiFi5 就提升了 25%

  • 全新的 OFDMA

    在上一节，我们知道了在 802.11ax 之前的协议里面，都是适用的 OFDM 模式进行数据传输，而 WiFi6 则使用了更高效的 OFDMA 进行传输。这二者的区别就好比与 OFDM 就是承重固定的桥梁，单个时间片段只允许一辆小于承重车能通过该桥梁到达另一边（每个时间片段单个用户完整占据所有子载波发送一个完整数据包），哪怕这个车只有 1KG（数据包小到根本不需要整个子载波）；而 OFDMA 则选择将这个桥梁的准入标准放宽了，只要小于承重并不会管当前桥梁上所通过的车辆（上下行多用户模式，每个时间片段发送的子载波可以被多个用户复用，但是子载波容量有限）。这样做就能刚好的利用资源分配，同时处理更多的用户并发以及更高的用户带宽（桥梁总承重不变的前提下运载的效率是不是可以很大程度的提高）

  • 更高级 MIMO

    MIMO 技术是利用信道的空间分布不同来实现在相同的带宽条件下发送互相独立的数据流，但前提要求是所有用户都要使用全部的带宽，从而实现多路传输复用增益的效果（通俗的讲就是每个天线各自独立进行数据交换，实现翻倍效果）。一般来说终端设备（比如手机、笔记本电脑）都会受限于尺寸并不会增加太多的天线，而 AP 信号发送设备则会使用较多的天线，所以这个技术更多的用于 AP（即你的无线路由器）之中。这样也会造成一种浪费，终端并不能完全接受所发出的信号，于是又出现了 MU-MIMO 技术（开头提到的 MIMO 被称作 SU-MIMO，MU-MIMO 通过上文得知在 WiFi5 引入），使得同一时刻 AP 可以与多个终端之间传输数据提升了吞吐量。WiFi6 进一步增强了 MIMO 技术，增加了 DL MU-MIMO（下行）的天线数量为 8*8（WiFi5 为 4*4 DL），并引入了 UL MU-MIMO（上行 MIMO 技术），可能有点绕口：数据通过 DL/UL MU-MIMO 和 DL/UL OFDMA 传输，可同时进行多用户多天线多址传输，增加系统并发能力且均衡吞吐量（我把承重能力固定的桥多修了几座）

    MIMO 技术的提升和 OFDMA 技术的使用紧密关联，但二者却截然不同，前者是允许多用户通过使用不同的空间流提高吞吐量（承重能力固定，但我修了好多，8 座一定比 4 座能拥有更高的运输量），后者则是支持多用户细分子载波能力来提高并发效率（允许同一时间通过多个车辆），二者看似并不矛盾但关注点相异。OFDMA 主要作用为提升效率且降低时延，适用于游戏等低带宽、小数据包场景；MIMO 则专注于提升容量让每个用户拥有更高的链路速率，适合下载、视频播放等大数据包高带宽场景。

  • 其他优化调度

    除此之外，WiFi6 还有一些其他的优化调度特性，譬如支持 2.4GHz 频段兼容老旧设备的同时还能进行网络边缘区域的覆盖减少盲区；增加目标唤醒时间 TWT，允许终端设备被 AP 唤醒传输数据，减少设备相互竞争且提高终端设备能耗；每次数据发送的持续时间提高了 4 倍，降低终端的丢包率等等。

WiFi6 正是通过上述的新技术，提高无线接入的密度，降低传输延时，同时还能均衡单个无线设备的使用带宽，提高无线局域网的吞吐能力，这下你知道 WiFi6 到底好在哪里了吧。

技术协议

看完 802.11 协议的历史渊源之后，你会发现似乎每个协议都在强调诸如 2.4GHz/5GHz 频段和 20MHz 的频宽以及其他的一些技术协议，这些东西到底会对 WiFi 的链路产生什么影响？众所周知，我们接入互联网连接时，往往会关注以下几个参数：首当其冲的自然是链路速率即比特每秒（bit per second，bps），其次就是收发延时即毫秒，以及信号干扰程度，最后就是无线覆盖范围。

链路速率最简单了，越高频率的电磁波意味着波长越短，所能承载的信息量也就越多，那意味着如果我想提高单收发天线固定距离的无线链路速率，我可以使用更高的频段（5GHz 频段承载的数据量大于 2.4GHz）。而同一频段里，我们又人为的划分了许多条信道用于不同的设备交换数据，比如 2.4GHz 的频段就划分了中心频率从 2.412GHz 到 2.484GHz 的 14 个频段（信道），每个信道的有效频宽为 20MHz，相邻信道中心频率间隔 5MHz（这样其实就造成了不同信道之间会存在频率重叠，观察下图可以发现，互不干扰的信道只能选择相隔 4 个信道比如 1/6、2/7 等等）。

这就类似于我从北京到上海总共修了一条宽度固定（总可用频段固定）双向 10 车道（总信道数固定）的高速公路（2.4GHz），如果你想提高固定时间的客流量，你可以选择避开拥堵车道（选择重叠较少的频段）、或者提高线路质量以允许更快更多的车流（升级 5GHz，中心频率 4.915GHz-5.865GHz，这样可以划分更多的信道）、又或者提高单次运送能力（更先进的调制编码方式，OFDM、OFDMA）、再或者合并 2 条车道以允许更宽的车辆通过（和上条类似提高单次运送能力，使用信道绑定支持更高的频宽）、再再或者同时发出多辆客车（MIMO 多天线技术），这些措施实际上就是 802.11 在诸多修正案之间的升级。

而对于信号干扰程度，日常生活中很多设备都工作在 2.4GHz 频段的电磁波：各类无线键盘鼠标、微波炉、甚至是蓝牙设备，它们多多少少会有一些干扰 2.4GHz 的 WiFI，使信号受到一定程度的影响，同时 2.4GHz 自身的信道之间还会互相干扰。5GHz 的 WiFi 使用更高的频段带来了更少的设备量、更少的信道拥堵，且彼此之间相互并不干扰。

这样一看似乎 2.4GHz 频段是否毫无用处，那为什么还要发展 2.4GHz 频段的协议。其实高频段还有一个无法解决的缺点，那就是衰减，由于频率高电磁波的能量强，穿透能力（不变方向）强，信号穿透会损失很大能量，因此在传播过程衰减较大，传播距离较近。虽然能承载千兆无线网的数据量，但是隔着一堵墙就检索不到信号了这显然不是一个很好的方案，而且现有的大多数物联网设备都使用了价格低廉的 2.4GHz 接收设备，所以 802.11 协议并未完全舍弃 2.4GHz 频段，在 WiFi6 协议中又重新加了回来。

无线路由

本节教你如何选购和使用无线路由器，是的，你真的会设置使用无线路由器吗？你是否知晓无线路由器的各项功能如何优化以提高你的无线带宽减低网络延迟吗？

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