802.11ax，也稱爲高效無線網絡(High-Efficiency Wireless-HEW)，通過一系列系統特性和多種機制增加系統容量，通過更好的一致覆蓋和減少空口介質擁塞來改善Wi-Fi網絡的工作方式，使用戶獲得最佳體驗;尤其在密集用戶環境中，爲更多的用戶提供一致和可靠的數據吞吐量，其目標是將用戶的平均吞吐量提高至少4倍。也就是說基於802.11ax的Wi-Fi網絡意味着前所未有的高容量和高效率。下面賢集網小編爲大家介紹第七代無線技術802.11ax的技術構成、特點、誤區。
802.11ax技術構成
▲802.11ax技術構成模塊示意圖
802.11ax標準在物理層導入了多項大幅變更。然而，它依舊可向下兼容於802.11a/b/g/n與ac設備。正因如此，802.11ax STA能與舊有STA進行數據傳送和接收，舊有客戶端也能解調和譯碼802.11ax封包表頭(雖然不是整個802.11ax封包)，並於802.11ax STA傳輸期間進行輪詢。下圖顯示此標準修正最重要的變更以及與現行802.11n和802.11ac的對照。
▲802.11n、802.11ac和802.11ax的關鍵PHY比較
關鍵技術解析
以下是在802.11ax當中使用到的關鍵技術
·OFDMA
·MU-MIMO
·1024-QAM
·Spatial Reuse
·BBS Coloring
OFDMA(正交頻分複用多址接入)
OFDMA是通過將子載波子集分配給不同用戶在OFDM系統中添加多址的方法。迄今爲止，它已被許多無線技術採用，例如3GPP LTE。802.11ax是第一個將OFDMA引入WLAN網絡的WLAN標準。此外，802.11ax標準也仿效LTE專有名詞，將最小的子信道稱爲“資源單位(RU)”，每個RU當中至少包含26個子載波。
OFDMA允許同時提供具有不同帶寬需求的多個用戶，從而有效利用可用頻譜。子載波被分成若干組，每組表示爲具有最小尺寸爲26個子載波(2MHz寬)和最大尺寸爲996個子載波(77.8MHz寬)的資源單元(RU)。在用於傳統WLAN技術的OFDM中，總信道帶寬(例如，20MHz，40MHz等......)用於任何一幀傳輸。但是在用於802.11ax的OFDMA中，使用的子載波可以分配爲小到2 MHz的塊或最大帶寬的傳輸。因此，可以針對不同類型的流量(例如即時消息(IM)與視頻流)來擴展資源。OFDM和OFDMA之間的區別如下圖所示。
▲OFDM與OFDMA對比
有如下幾種子載波類型：
·數據子載波，用於數據傳輸;
·導頻子載波，用於相位信息和參數跟蹤;
·未使用的子載波，不用於數據/導頻傳輸，未使用的子載波是DC子載波;
·保護頻帶子載波，在頻帶邊緣;
·空子載波。
形成RU的子載波是連續的，除了在帶的中間，其中空值被放置在DC處。
OFDMA結構由26子載波RU，52子載波RU，106子載波RU，242子載波RU，484子載波RU和996子載波RU組成。下圖中顯示了最大RU數，RU位置取決於信道帶寬。
▲不同頻寬的RU總數
下圖顯示了用於80MHz信道帶寬的26，52，106，242，484和996個子載波RU位置。用戶只能分配給一個RU，RU大小≥106可以分配給多個用戶。
▲RU在80MHz中的位置示意圖
MU-MIMO(多用戶多入多出)
MU-MIMO相信大家都不陌生，在802.11ac時，引入了DL MU-MIMO，但遇到了以下問題：
·許多客戶端設備是單天線，並且許多兩個天線客戶端切換到用於DL MU-MIMO的單流模式以防止干擾；使用4個天線AP，與單個用戶相比的增益是適度的；
即使構建了8個天線AP，分組也限制爲4個用戶：
·來自用戶的信道探測響應在時間上連續發送，導致高開銷；
·在沒有UL MU增強的情況下，在上行鏈路上具有TCP ACK的TCP/IP受到削弱；
·UL MU-MIMO最初在11ac中被考慮，但由於實施問題而未包括在內。
802.11ax MU-MIMO的增強功能如下：
·支持UL MU-MIMO：
·探測幀、數據幀等可以在多個用戶之間分組，以減少開銷並增加上行鏈路響應時間;
·對於DL和UL，擴展到八個用戶：
·現在，即使設備處於單流模式，MU-MIMO吞吐量也可以在單用戶操作中增加一倍或三倍。
802.11ac標準引入了4x4下行鏈路MU-MIMO，其中AP同時向多達四個STA發送獨立數據流。802.11ax將下行鏈路MU-MIMO支持的最大用戶數擴展到8個。它還增加了對8x8上行鏈路MU-MIMO的支持，允許多達8個STA通過相同的頻率資源同時傳輸到單個AP。結果是，與802.11ac相比，下行鏈路容量增加了2倍，上行鏈路容量增加了8倍。
▲802.11ax MU-MIMO的特性
MU MIMO和OFDMA技術可以同時使用。爲了啓用上行鏈路MU傳輸，AP發送稱爲觸發幀的新控制幀，其包含用於STA的RU分配調度信息，用於基於觸發的PPDU中每個STA的編碼類型和調製與編碼方案(MCS)。另外，觸發幀爲上行鏈路傳輸提供同步。
由於多個發射機參與UL MU-MIMO傳輸，因此它需要參與STA的時間、頻率、採樣時鐘和功率預校正，以減輕AP處的同步相關問題。
多用戶上鍊作業
在802.11ax中，MU-MIMO和OFDMA技術可以分別使用。在多用戶作業模式中，標準會根據情況指定兩種方式來爲特定區域內更多用戶進行多任務操作：即多用戶多入多出(MU-MIMO)或正交頻分複用多址接入(OFDMA)。無論爲上述何種方式，無線接入點都會充當多用戶作業的中央控制器，這點與LTE基站用來控制多用戶多任務的方式相似。
▲根據所服務的應用程序類型使用OFDMA和MU-MIMO
通過了解他們的工作機制您可以看到，OFDMA增加了空口效率，這大大減少了應用的延遲，它在可工作的信噪比範圍之內對於小數據包的傳輸效率更高、效果更好，極其適合無線語音或者類似應用的場景。而MU-MIMO提升的是系統容量，在高信噪比條件下傳輸大數據包時效率更高，適合視頻、Web瀏覽、辦公場景和應用。
當然，802.11ax無線接入點也可將MU-MIMO和OFDMA作業結合在一起。爲了協調上行MU-MIMO或上行OFDMA傳輸，無線接入點將發送觸發管理幀給所有使用者。該管理幀會指出每位使用者的空間串流數量和/或OFDMA配置(頻率和RU大小)。
此外，當中也會包含功率控制信息，好讓個別用戶可以調高或調低其傳輸功率，進而平衡無線接入點從所有上行使用者接收到的功率，同時改善較遠節點的幀接收情況。
無線接入點也會指示所有使用者何時可以開始和結束傳輸。如下圖所示，無線接入點傳送多使用者上行觸發管理幀，告知所有使用者何時可以一起開始傳輸，以及所屬幀的持續時間，以確保彼此能夠同時結束傳輸。一旦無線接入點收到了所有使用者的幀，就會回傳Block ACK以結束作業。
▲UL MU傳輸的基本幀交換序列
在競爭環境中，用戶無需互相競爭在上行鏈路中發送數據，而是由802.11ax無線接入點協同安排，以免彼此衝突。這種管理方法將實現更好的資源利用和效率提高。
1024-QAM
QAM編碼是用星座圖(點陣圖)來做數據的調製解調，實際應用中是2的N次方的關係。比如說16-QAM，16是2的4次方，一次就可以傳輸4個bit的數據;802.11n是64-QAM，是2的6次方，因此在64個點陣的一個星座集合裏面，用任意一個點可以攜帶六個bit的數據信息。
到了802.11ac，就變成了256-QAM，是2的8次方，802.11ac相對於802.11n在編碼上面的速率提升了33%。802.11ax之後引入了更高階的編碼，就是2的10次方，1024-QAM。
我們都知道從8到10的提升是25%，也就是相對於802.11ac來說，802.11ax的性能又提高了25%，變成了1024-QAM，一個符號可以攜帶10個bit的數據。
▲256-QAM與1024-QAM的對比
Spatial Reuse(空間複用)
爲了在密集部署方案中提高系統級性能和頻譜資源的有效使用，802.11ax標準實現了空間重用技術。STA可以識別來自重疊基本服務集(BSS)的信號，並基於該信息做出關於介質爭用和干擾管理的決定。
當主動偵聽介質的STA檢測到802.11ax幀時，它會檢查MAC頭中的BSS顏色位或MAC地址。但是，利用現有的介質訪問規則，來自一個BSS的設備將推遲到另一個同頻道BSS，而不會增加網絡容量。
BSS着色是802.11ah中引入的一種機制，用於爲每個BSS分配不同的“顏色”，將其擴展到11ax，根據檢測到的顏色分配新的頻道訪問行爲。
▲BSS着色機制
當802.11ax STA使用基於顏色代碼的CCA規則時，它們也可以與發射功率控制一起調整OBSS信號檢測閾值。此調整可提高系統級性能和頻譜資源的使用。此外，802.11ax STA可以調整CCA參數，例如能量檢測級別和信號檢測級別。
▲動態調整BSS內部的CCA門限
除了使用CCA來確定當前幀的介質是空閒還是繁忙之外，802.11標準還使用網絡分配向量(NAV)，一種維持未來流量預測的定時器機制，以便STA指示所需緊接在當前幀之後的幀的時間。NAV充當虛擬載波偵聽，確保對802.11協議操作關鍵幀的介質預留，例如控制幀，以及RTS/CTS交換後的數據和ACK。
·Intra-BSS NAV，如果所偵測的協議數據單元(PPDU)中的BSS色彩與所關聯AP已公佈的色彩相同，STA就會將該幀視爲Intra-BSS幀;
·Inter-BSS NAV，如果所偵測幀的BSS色彩不同，STA就會將該幀視爲來自重疊BSS的Inter-BSS幀。在這之後，只有在需要STA驗證幀是否是Inter-BSS幀期間，STA纔將介質當成忙碌中(BUSY)。
該標準仍然必須定義一些忽略來自重疊BSS的業務機制，但是該實現可以包括提高BSS間幀的空閒信道評估信號檢測(SD)閾值，同時保持BSS內業務的較低閾值。這樣，來自相鄰BSS的流量不會產生不必要的信道接入爭用。
關於802.11ax較爲普遍的認識誤區
誤區一：包治百病
真相：802.11ax不能解決錯誤規劃設計造成的弊病
對於無線網絡，規劃設計是重中之重！堅持正確的規劃設計，好的產品和系統特性才能發揮到極致，在規劃設計和產品選型上的妥協將敞開走向失敗的大門！
在實際設計和部署中，簡單的提升速度不是萬能藥，只靠802.11技術標準本身的升級換代是無法解決我們在規劃設計和部署階段就犯的各種錯誤。
這是因爲在當今的無線局域網實際部署環境中主要以高容量接入爲目標，無線接入點之間的距離遠遠比從前以覆蓋爲目的的方式近，頻譜資源的有限會造成信道複用的效率低下。而進行合理的規劃設計的首要任務就是要減少介質的競爭和減少射頻干擾，即高效信道複用以最小化無線接入點之間的空口共享，然後纔是在單一信道的覆蓋蜂窩內增加空口利用效率，即讓客戶端和無線接入點之間建立較高的數據連接速率，也是802.11標準持續提升之處。在前提無法實現的情況下，單純改善後者沒有任何意義！
專家Tips：如果您可以儘早將您的客戶端升級到支持802.11ax，那麼基於802.11.ax的無線網絡基礎架構可能、也許會爲您的網絡增加容量。我之所以說“可能”、“也許”，是因爲作爲一個有12年無線網絡經驗的工程師，我看到80％以上的Wi-Fi網絡設計和部署都或多或少的存在設計規劃和部署問題，以至於沒有什麼“神奇”的技術或者產品能夠幫助他們改正這些問題。這並不是誇張，很多都是用戶血的教訓和切膚之痛。
誤區二：解決2.4GHz頻譜面臨的問題
真相：802.11ax不能治癒2.4GHz頻譜面臨的問題
2.4GHz頻譜已“死”！雖然802.11ac和802.11ax無線接入點仍然支持2.4GHz頻譜，但是這並不意味着這些協議在2.4GHz頻譜上還能有更多作爲。除去衆多的Wi-Fi和非Wi-Fi設備以及干擾源，2.4GHz頻譜的核心問題是隻有3個非重疊信道可供使用。由於傳統客戶端數量之龐大，802.11ax在2.4GHz上完全不會幫助到你。
當然，從另外一個角度思考，如果企業大量客戶端均採用5GHz頻譜連接，那麼2.4GHz頻譜的窘境必然會有所緩解，但是這和802.11ax協議本身並無關聯，使用802.11ac一樣可以達到同樣的效果。
誤區三：幫助提升傳統客戶端性能、覆蓋問題
真相：802.11ax很難有效提高傳統客戶端的性能
雖然不必擔心802.11ax無線接入點和傳統協議客戶端的互操作性，但是802.11ax無線接入點很難以經濟高效的方式幫助提升傳統（11a/b/g/n/ac）客戶端的性能或覆蓋範圍。
很多人會說，802.11ax無線接入點既然具備了更多的天線和MIMO處理能力（8×8：8），那是不是意味着無線接入點接收無線客戶端的信號會更加敏感？恢復客戶端信號的能力會更棒？確實是這樣，但是芯片/網絡廠商不會這麼實現，爲什麼呢？因爲過猶不及，任何超過4×4:4的商用無線接入點都是浪費，難於實現且成本高昂，而最終通過提高靈敏度從而實現額外的上行增益的努力對於靈敏度和可靠性方面的改善微乎其微。這也是爲什麼第二代802.11ac沒有商用化8×8:8（802.11ac標準中也有規定）無線接入點產品的原因。
當然不排除芯片/網絡廠商可能會推出相關產品。當然，代價也一定是高昂的，且這部分成本必然會被分攤到用戶頭上。
誤區四：只談效果，不談實現的前提條件
真相：802.11ax需要無線網絡基礎設施和無線客戶端協同才能實現既定目標
簡單來講，802.11ax無線客戶端相對於802.11ax無線接入點的意義與802.11ac無線客戶端相對於802.11ac無線接入點來講是一樣的。沒有既定客戶端的支持，無線網絡基礎設施很難有用武之地。
舉個例子
如果用802.11n客戶端連接802.11ac無線接入點，或者用第一代802.11ac無線客戶端連接第二代802.11ac無線接入點，無線接入點必須降級來兼容這些無線客戶端，用戶實際得到的性能提升基本可以忽略不計。
在現實世界的部署中，由於無線客戶端的生命週期問題，實際上很難保證無線接入點在理想純粹的模式下工作。即使在無線網絡終端爆炸性增長的今天，儘管第二代802.11ac標準的客戶端還在不斷湧現，我們目前也只做到了第一代802.11ac無線客戶端的大量普及。
下面是802.11ax的兩大類衆多技術亮點，也是其提升無線網絡效能的關鍵——
藍色字體表示需要客戶端配合才能實現
物理層增強與高效，主要包括：
上行和下行方向正交頻分多址（OFDMA）
上行和下行方向多用戶-多輸入多輸出（MU-MIMO）（下行MU-MIMO需要第二代802.11ac客戶端配合；上行MU-MIMO需要802.11ax無線客戶端配合）
上行鏈路資源調度
最多8個發送天線和8個接收天線，8個空間流
更高的調製方式，1024QAM
MAC層增強與高效，主要包括：
基本服務集着色（BSS Coloring）
雙NAV機制
目標喚醒時間（Target Wakeup Time-TWT）
可以看到，缺少了客戶端的配合，802.11ac無線客戶端連接到802.11ax無線接入點所達到的效果和連接802.11ac無線接入點大致無異，即使在802.11ax和802.11ac無線客戶端混合環境中，最終系統能效也由802.11ax無線客戶端數量的多少來決定。
誤區五：802.11ax就是交換的無線網絡
真相：802.11ax並沒有實現Wi-Fi交換能力
Wi-Fi（802.11）仍然依賴共享介質，或者說半雙工空氣介質來傳輸電磁波。佔用介質的方式仍然是載波偵聽多路訪問/衝突避免（CSMA/CA）。我們以往經常用以太網集線器來做類比。
對於802.11ac引入的MU-MIMO機制（802.11ac爲下行[DL]，802.11ax還引入了上行[UL]）並不是實現了基於共享空氣介質的“交換”能力。只是當無線端點贏得佔用介質的機會時，它能夠同時在下行鏈路向多個客戶端發送，或者使多個客戶端同時利用上行鏈路發送。這種訪問機制比一個接一個的發送更有效率。然而802.11ax上行鏈路的MU-MIMO要求客戶端必須是802.11ax客戶端，傳統客戶端不能參與。
誤區六：802.11ax可以一次性實現所有創新
真相：802.11ax不會一次實現所有創新
就像802.11ac協議分爲兩個波次推出市場一樣，802.11ax也將以同樣的形式進入市場。第一代802.11ax芯片組將不具備下列特性：
MCS 10和11（1024QAM）調製方式
8空間流
BSS着色機制
上行多用戶-多輸入多輸出
誤區七：現在就購買802.11ax的相關產品
真相：企業級別802.11ax產品還未成熟
802.11ax草案1.0和2.0版本均未通過投票審覈，目前草案3.0版本正在商討，正式標準化預計要到2019年下半年完成，當然預期的商業化產品會基於草案2.0或3.0版本的推出，並預期能夠通過軟件升級支持最終的標準。
802.11ax無線網絡的衆多高級特性需要802.11ax客戶端的參與才能實現，短期的2-3年之內還看不到802.11ax客戶端大大普及的跡象。
現在市面上一些廠商推出的“所謂”802.11ax無線接入點產品其實是基於早期草案版本的芯片來實現，實則無法通過軟件升級到哪怕是草案版本。
總體來講，802.11ax從兩個大方面實現了自己的既定目標，其中MU-MIMO和OFDMA是802.11ax成功的關鍵。
1.物理層的增強與高效，主要包括：
•上行和下行方向正交頻分多址(OFDMA)OFDMA機制可以同時爲多個使用者提供較小(但專屬)的子信道，進而改善每位用戶的平均傳輸率。
•上行和下行方向多用戶-多輸入多輸出(MU-MIMO)上行鏈路最多可同時爲8個用戶提供服務，容量是802.11ac的8倍;下行鏈路最多可同時爲8個用戶提供服務，容量是802.11ac的2倍。
•上行鏈路資源調度在802.11ax中，MU-MIMO和OFDMA技術可以分別使用;OFDMA增加了空口效率;而MU-MIMO提升的是系統容量。
•最多8個發送天線、8個接收天線和8個空間流
•更高的調製方式，1024-QAM每符號可攜帶10bit，與256-QAM相比，容量提升了25%。
2.MAC層的增強與高效，主要包括：
•基本服務集着色(BSS Coloring)BSS着色機制使設備能夠區分自己網絡中的傳輸與鄰近網絡中的傳輸，在儘可能的情況下最大限度去減少同頻干擾。
•雙NAV機制同時擁有Intra-BSS NAV和Inter-BSS NAV可以幫助STA預測自身BSS內的流量，並且當它們在得知重疊流量狀態時可以進行自由傳輸
•目標喚醒時間(Target Wake up Time-TWT)減少用戶之間的爭用和重疊，顯著增加STA的休眠時間以降低功耗。
以上就是關於802.11ax技術構成、特點、誤區的介紹，相比於之前的協議，802.11ax的目標是實現在高密度部署的環境下，每個用戶平均速率的提升（能夠達到802.11ac的4倍），網絡延時的降低，公平性得到更好的保證。因此也稱之爲高效無線協議（High Efficiency Wireless）