802.11無線網絡技術，也就是我們習慣稱呼的Wi-Fi，是我們日常使用中最常接觸到的通訊技術之一。現在大家不論是出差，還是旅遊，隻要到了一個新地方，很多人問的第一個問題很可能就是“你們這兒Wi-Fi密碼是多少？”足見它對于我們生活的影響有多大。從初代無線網絡技術發展到現在已經有20年之久了，在這20年中，以802.11為代表的無線網絡通信技術經曆了多代方案，從最早的速度隻有2Mbps到現在的超過千兆，帶給我們的使用體驗也從隻能上網看看網頁，飛速進展到看高清視頻、高速文件共享等。

那麼，在這個移動通訊速度都能達到百兆的時代，無線網絡技術的下一個發展方向究竟是什麼呢？速度還會進一步提升嗎？今天我們要談的802.11ax就會回答你的這個問題。

無線網絡技術算得上是一個很有曆史感的話題了。從第二次世界大戰開始，無線網絡就由于在軍事上的應用而受到了廣受關注，同時該技術也在随後的實踐過程中不斷發展、進步。不過和所有有着全球範圍内影響的技術标準一樣，無線網絡技術的規範一直以來都沒有得到很好的統一。

再加上在很長一段時間中，受限于當下的技術條件，市場需求并不是很強，因此直到1997年，無線網絡技術才迎來了第一個全球統一的标準—IEEE 802.11。802.11标準包括了一個MAC層和物理層，速度被設計在2Mb/s，在當時來看這是一個非常高的傳輸速度了，當然在今天夠不夠用又是另外一回事了。

從802.11開始，IEEE組織就不斷定義新的、加強版的或者是用于特殊場合的無線網絡标準，比如廣為大家所熟知的802.11a、802.11b、802.11c……實際上，IEEE組織已經在802.11的後綴上用完了從a到z的所有英文字母。雖然每個無線網絡标準的背後都有其特殊的用途和意義，但是絕大部分标準都很難在市場上看到，更不用說被普通用戶所接觸到。

在所有的單個英文字母使用完後，IEEE組織的新标準就開始使用雙字母命名，比如802.11aa、802.11ab等，其中大家比較熟悉的是802.11ac，這也是目前主流無線網絡标準，最高速度能達到1Gb/s。随後，又在經曆了多個版本後，802.11ax出現了，802.11ax是以現行的802.11ac為基礎，并在其之上經曆了多次改進的全新的傳輸标準，它的目的是實現比先行傳輸标準快4倍，同時在數據穩定性和安全性等關鍵特性上予以加強。

無線網絡技術在研發之初，隻是被定義為在小範圍空間内的少數設備互聯的網絡，比如在家庭、辦公室或者小型會場等場合，其數據傳輸的能力和範圍都比較有限。

不過随着無線網絡技術尤其是802.11n、802.11ac等技術鋪開後，大量的公衆場合和開放式環境都布置了無線網絡覆蓋，部分人流較多的場合在一瞬間甚至會有高達數千、數萬的數據終端的連接請求，比如我們比較熟悉的火車站、飛機場、演唱會現場、醫院、辦事大廳等，一般都會有無線網絡覆蓋，但是無論是網速還是鍊接穩定性都不夠理想，使用體驗很糟糕。

▲無線網絡技術發展到現在，并發連接需求越來越大，這和其設計之初的想法并不相同。

其中固然有網絡布置、節點數量等原因，但是更重要的還是之前的無線網絡标準壓根就沒考慮過這麼多并發連接需求的應用情況，因此才出現了各種各樣的問題。

為了解決這樣的問題，全新的802.11ax在研發初期就考慮通過技術手段在繼續提高速度的前提下，能夠滿足更多用戶的聯網以及處理更多并發需求。鑒于此，802.11ax做出了大量的改進，希望能夠滿足新時代網絡的需求。由于改進較多，本文篇幅所限就不一一贅述了，下面僅就802.11ax的幾個特别值得關注的技術做出解釋，這些技術包括1024-QAM調制、ODFMA、上行MU-MIMO以及空間複用技術。

▲全新802.11ax技術特點展示。

所謂QAM，是指Quadrature Amplitude Modulation，也就是正交振幅調制的意思。看到這樣的名詞，想必很多讀者會感到頭疼。實際上，QAM雖然看起來比較複雜，調制過程甚至也可以專門開一門課程來叙述，但是其實現的内容卻是非常容易理解的。

QAM的目的是通過調制原始數據，使得信号能夠一次性傳輸足夠的信息。QAM的關鍵數值都是2的次方，比如早期的802.11n采用的是64-QAM，也就是2的6次方，每次傳遞6bit數據。到了802.11ac則改成了256-QAM也就是2的8次方，每次傳遞8bit數據，在802.11ax上則改成2的10次方，每次傳遞10bit數據。每次傳遞的數據越多，傳輸速度相對來說就越快，這是802.11ax改進最積極的地方之一。

▲QAM編碼用星座圖（點陣圖）來做數據的調制解調，圖為1024-QAM的特征圖。

雖然QAM增大使得每次傳遞的數據變多，但問題也沒有這麼簡單。由于每次傳遞信息使用的載波頻寬和傳遞時間相同，也就是之前傳遞64-QAM和現在傳遞1024-QAM，使用的信号是一樣的，這就發生了一個問題，那就是随着信号傳輸的信息越來越多，信息傳輸的可靠性在降低。如果以“飛鴿傳書”來舉例的話，在早期使用64-QAM的時候，飛鴿傳書的那個“書”上面，隻寫64個字，信息就送過去了還容易閱讀。在802.11ax時代，還是那樣大的一張紙，但是卻要寫下1024個字，字就隻有寫的非常非常小了，在經過多次折疊和傳輸的磨損後，部分字迹容易模糊不清，信息就容易丢失。

遇到這樣的問題應該怎麼辦呢？802.11ax給出的解決辦法是：重新以較低的調制方式傳輸數據，比如1024-QAM失敗了，再以256-QAM重傳一次。這樣一來，數據的可靠性就得到了保證，但是帶寬會退回到之前版本的狀态。不過，根據802.11ax的說明，在距離較近的情況下，1024-QAM的成功率還是非常高的，比如家庭中使用802.11ax傳輸高清視頻、VR視頻或者辦公室内共享文件數據這樣十米或者數十米的範圍，802.11ax都能夠勝任。

說起ODFMA，其全稱是Orthogonal Frequency Division Multiple Access，翻譯過來叫正交頻分多址技術。這項技術的目的是将傳輸帶寬劃分為正交的、互不重疊的一系列子載波集，為不同的用戶分配使用不同的子載波集，因此實現可以連接更多用戶的目的。相比之下，傳統的ODFM中的每一個用戶都會獨自占據整個信道頻率，這會帶來用戶排隊和網絡通信擁堵。

ODFMA的優勢在于可以在時間和帶寬上對頻段進行分割，容更多用戶的同時保證傳輸速率。ODFMA通過信道劃分，同時向多個用戶傳遞數據，大幅度改善了多用戶條件下的傳輸情況。實際産品來說的話，在802.11ax上，20MHz信号通道上的載波數量被提高到了256個，其中234個傳輸數據，剩下的是一些系統通信和校驗等信息，這樣一來用戶數量大增，更多用戶可以連接在802.11ax上進行通訊了。

▲ODFMA技術和OFDM技術對比，可見後者更靈活，能夠适應更多用戶的需求。

▲OFDMI搭配MU-MIMO能夠大大增強用戶使用體驗，傳輸更多的信息、同時服務更多設備。

用生活中的事物來舉例的話，傳統的ODFM類似于春運火車站隻開了1個售票窗口，大家都在1個售票窗口排隊，前面的客戶沒有辦完業務的話，後面的客戶隻能等待。但是ODFMA則是開了256個售票窗口，大家可以同時在256個窗口排隊辦業務，自然速度快了很多。ODFM和ODFMA的對比，類似于PC中的串行和并行，ODFMA的加入，使得更多用戶可以并發傳輸需求，自然就降低了數據阻塞。從技術來源的角度看，ODFMA技術在4G LTE上已經有了成熟的應用，将其引入Wi-Fi的802.11ax的方案也是順理成章的。

MU-MIMO是目前很多路由器支持的新技術，它的全稱是Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，也就是“多用戶多輸入多輸出”。顧名思義，MU-MIMO是支持多用戶同時收發數據的技術。

在MU-MIMO出現之前，人們使用的無線路由器僅僅支持SU-MIMO，所謂SU-MIMO就是單用戶Single User的多輸入多輸出協議。在這個協議下，路由器的信号是單一的，根據和主機之間通訊距離的遠近親疏來排序，實現多個設備的網絡連接。

▲MU-MIMO技術能夠增強多用戶使用時的數據傳輸能力。

在這種情況下，如果一個設備需要長時間通訊傳遞數據的話，那麼其他正在等待的設備就可能産生卡頓。因為路由器隻接受同時和一個設備通訊，多個設備隻能排隊。但是MU-MIMO不是這樣，MU-MIMO的信号同時在時間、頻段和空間三個維度上進行排序，就相當于同時有三組信号和設備溝通，這樣一來，設備就有更多的通道和路由器溝通，排隊和延遲也就被大大降低了。

在之前的802.11ac規範中，已經對下行MU-MIMO進行了支持，現在的802.11ax對上行MU-MIMO也給予了支持，實現了全局的MU-MIMO技術，可以對多終端、多用戶的網絡實現并行的上下行的多輸入多輸出支持。即使是在上行階段，用戶上傳數據排隊和延遲也大大降低，未來出現那種“電影在線看很流暢，但是微信就是發不出去”的情況就會少很多了，網絡體驗會更出色、更流暢。

從目前的使用情況來看，Wi-Fi在作為家用用途來看還是可以接受的，但是在公衆場合的使用體驗一般都不太盡如人意。比如在商場，即使布置了一百個甚至兩百個路由終端，但是這些路由器之間的協同工作方式是怎麼樣的呢？是否這些路由器能組成一個網絡共同應對大量人群和設備的網絡需求呢？現在的規範顯然是不可以。好在4G LET這樣的公衆網絡對這方面的優化做得很出色，因此IEEE也将其學習了過來，加入了Wi-Fi技術之中。

首先一個比較有用的技術叫做BSS Color，被稱為BSS快速識别技術。這個技術的作用主要是讓路由器能夠快速識别是不是發送給自己的信息。因為在公共場合往往覆蓋了多個路由器的信号，比如大家在一個名叫“MC百貨商場”的地方購物，這裡的Wi-Fi名稱就叫“MC百貨商場”，但是布置了100個路由器，其中部分路由器的信号是重複覆蓋的。那麼當A用戶連上Wi-Fi之後，用手機發出了一個無線信号，這個時候同時有8個路由器收到了這個信号，正常情況下8個路由器都會解碼，然後其中7個發現這個不是發給自己的，就抛棄掉。

▲BSS Color技術，可以提高路由器數據首發效率。

表面上看這個過程挺正常，但考慮到同時有大量的信息發出，這麼多路由器同時會收到大量的信号，都等到解碼後才知道不是發給自己的，實際上是對路由器資源的嚴重浪費。BSS Color就是解決這個情況而出現的，它在收到信息的時候，就可以馬上判斷是否是發給自己的，如果不是就立刻抛棄，不再像之前那樣還需要收完信息後才解碼判斷。這樣一來，就大大提高了效率，同時降低了信息錯誤帶來的延遲。

其次是動态CAA門限技術。這個技術比較複雜，主要用于解決多個信道之間的幹擾問題。舉例來說，在一個空間内布置無線網絡的話，2.4GHz的信道隻有3個，因此就算布置100個路由器終端，也隻有3個信道可以使用。使用相同信道的路由器之間同時隻能有一個傳輸數據，原因也很簡單，信号通道隻有一個。應該怎麼做呢？

有人說，可以采用分組的方式，就是在大空間内為路由器分成很多組，其中一部分負責這一片區域，一部分負責那一片區域。理想很豐滿，可現實很骨感。路由器的信号可不像乖寶寶，隻存在于空間分組的區域，實際上也是彌漫至整個空間存在，隻是強度和距離成反比罷了。這樣一來，應該如何處理相同信道的路由器信号呢？動态CCA門限技術就有用武之地了。

所謂動态CCA門限技術，是指路由器能夠自動偵測到幹擾信号和數據傳輸信号之間的差值，并自動判斷幹擾信号對數據傳輸信号存在怎樣的影響，在盡可能屏蔽幹擾影響的情況下最終實現信号的傳輸，距離來說，路由器判斷到幹擾信号較低，數據傳輸信号較強，差值很大超過閥值，不需要處理就可以正确收發信息。

▲動态CAA門限技術能夠自動控制信号強度，确保連接有效。

在另一種情況下，路由器測得信号之間差距較小，因此會主動提高信号發送功率保證信息傳輸。另外，CAA門限技術還可以自動監測終端和路由器之間的信号情況，在信号條件較好的情況下，使用較低的發射功率，在信号不好的時候，使用較高的發射功率。綜合上述兩個方面的應用，再加上算法和閥值的調整，在一個空間内的數十個乃至數百個路由器之間就可以實現分組發送使用，大大方便了用戶。

另外還有目标喚醒時間。一般來說，我們的移動設備連接Wi-Fi之後就會一直和路由器連接，這對移動設備的電池和功耗都是不利的影響。802.11ax規範中加入了TWT也就是目标喚醒時間技術，這個技術允許路由器下發通知告知終端什麼時候可以進入休眠狀态，什麼時候醒來等功能，能夠實現降低能耗、延長電池使用時間的作用。

▲TWT技術能夠自動休眠不需要連接的設備，降低能耗。

說完了一些技術進展，再來看有關802.11ax的具體性能吧。根據目前IEEE公開的技術資料可以看到，802.11ax在物理層相比上一代的802.11ac大約提高了38.5%的性能。如果大家都使用160MHz的頻寬單流傳輸的話，那麼802.11ac的速率大概是866Mbps，而802.11ax可能達到1.2Gbps，考慮到8X8 MIMO的天線，802.11ax更是可達到9.6Gbps的超高網絡速度。

不過，這個速度隻是理論值，實際應用中還受到諸多因素的影響，但是從802.11ax的規範以及特性來看，達到802.11ac 4倍的性能應該是可信的。性能這麼強，那麼802.11ax究竟什麼時候來到用戶身邊呢？這就得看英特爾、高通、博通等廠商的研發進展了。

▲英特爾宣布了自己的802.11ax芯片計劃。

根據業内消息，高通在2017年2月發布自家支持802.11ax的首款芯片IPQ8074以及QCA6290，其中前者是一體式終端方案，集成四個ARM Cortex-A53核心和兩個網絡加速和性，支持最高12通道的2.4GHz 4X MU-MIMO和5GHz 8X MU-MIMO，整體性能非常強悍。後一款則是面向普通設備的芯片，支持2.4GHz 2X MU-MIMO、5GHz 8X MU-MIMO，可以用作路由器中的主芯片。

▲高通的IPQ8074芯片展示。

在一年之後，也就是今年2月，高通還發布了首個面向手機、平闆等移動終端的802.11ax芯片，具體型号為Atheros WCN3998，它采用的是全新的14nm工藝，不過支持通道并沒有固定終端那麼多，考慮到手機上的功耗等問題，這樣設計也是可以理解的。

除了高通，博通也在2017年8月發布了支持802.11ax的兩款芯片，型号為BCM43684和BCM43694，最高可支持4個數據通道，最大速度可達4.8Gbps。另外，英特爾的802.11ax芯片也已經公開，不過具體的信息尚未徹底公開。

▲博通的BCM43684芯片。

目前看來，業内對802.11ax的興趣還是非常大的，畢竟這代表了又一個消費者有動力升級換代的市場。從芯片和上遊廠商的進度來看，可能在今年下半年，支持802.11ax的路由器就有望擺上貨架開始銷售，業内估計在2019年，802.11ax将成為部分用戶的選擇，并在2020年左右逐漸鋪開，成為市場主流。

▲華碩在2017年展示的支持802.11ax的RT-AX88U路由器。

到那個時候，支持802.11ax的手機、路由器、電視盒子、遊戲主機、PC等設備都開始普及，我們才真正開始享受技術帶來的更高速的網絡體驗。

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