5G和IEEE 802.11ax都可实现较高的数据速率(Gb/s)，都将消耗大量功率以获得良好的覆盖范围，同时两者都试图进入对方的领域。近日，在2018中国西部微波射频技术研讨会上， Qorvo无线连接事业部亚太区市场与事业开发经理林健富Jeff Lin带我们详细认识了第七代无线技术802.11ax，以及如何充分利用5G与802.11ax的优势，定义和执行技术的战略。
Qorvo无线连接事业部亚太区市场与事业开发经理林健富Jeff Lin发表演讲
据Jeff提到，5G 并不是 4G 基础上的一次增量式改进，而是移动通信技术的下一次重大演进，其性能相比当今网络将提升几个数量级。5G 并不会取代 4G，它只是促成 4G 所无法完成的各种任务。4G 网络将继续与 5G 网络同步发展，以支持更多的日常任务。第三代合作伙伴计划 (3GPP) 标准机构正在协调这些新创意并使其全球化，成为统一的规范。运营商正采用 LTE Advanced (LTE-A) 朝着 5G 的速度目标大幅迈进。
与此同时，IEEE 802.11 一直都在努力实现更高速版本（.11n 和 .11ac），且正在完成 .11ax。通过增加全球监管当局提供的无线电频谱数量，这些无线电技术的发展就成为了可能，2019 年世界无线电通信大会上，预计会对 WiFi 和 5G 进行全新分配，以支持无线数据通信不断增长的需求。
主要无线技术目前可用的频段和预期分配的频段
主要无线技术的频谱可用性发展（近似频段和日期）
802.11ax技术构成
802.11ax，也称为高效无线网络(High-Efficiency Wireless - HEW)，通过一系列系统特性和多种机制增加系统容量，通过更好的一致覆盖和减少空口介质拥塞来改善Wi-Fi网络的工作方式，使用户获得最佳体验；尤其在密集用户环境中，为更多的用户提供一致和可靠的数据吞吐量，其目标是将用户的平均吞吐量提高至少4倍。也就是说基于802.11ax的Wi-Fi网络意味着前所未有的高容量和高效率。
▲802.11ax技术构成模块示意图
OFDMA（正交频分复用多址接入）
据Jeff介绍，OFDMA是通过将子载波子集分配给不同用户在OFDM系统中添加多址的方法，迄今为止，它已被许多无线技术采用，例如3GPP LTE。 802.11ax是第一个将OFDMA引入WLAN网络的WLAN标准。此外，802.11ax标准也仿效LTE专有名词，将最小的子信道称为“资源单位(RU)”，每个RU当中至少包含26个子载波。
OFDMA允许同时提供具有不同带宽需求的多个用户，从而有效利用可用频谱。子载波被分成若干组，每组表示为具有最小尺寸为26个子载波（2MHz宽）和最大尺寸为996个子载波（77.8MHz宽）的资源单元（RU）。在用于传统WLAN技术的OFDM中，总信道带宽（例如，20MHz，40MHz等......）用于任何一帧传输。但是在用于802.11ax 的OFDMA中，使用的子载波可以分配为小到2 MHz的块或最大带宽的传输。因此，可以针对不同类型的流量（例如微信，QQ与视频流）来扩展资源。 OFDM和OFDMA之间的区别如下图所示。
▲OFDM与OFDMA对比
MU-MIMO（多用户多入多出）
“MU-MIMO相信大家都不陌生，在802.11ac时，引入了DL MU-MIMO，802.11ac标准引入了4x4下行链路MU-MIMO，其中AP同时向多达四个STA发送独立数据流。”Jeff介绍道：“802.11ax将下行链路MU-MIMO支持的最大用户数扩展到8个，还增加了对8x8上行链路MU-MIMO的支持，允许多达8个STA通过相同的频率资源同时传输到单个AP。结果是，与802.11ac相比，下行链路容量增加了2倍，上行链路容量增加了8倍。”
多用户上链作业
在802.11ax中，MU-MIMO和OFDMA技术可以分别使用。在多用户作业模式中，标准会根据情况指定两种方式来为特定区域内更多用户进行多任务操作：即多用户多入多出(MU-MIMO)或正交频分复用多址接入 (OFDMA)。无论为上述何种方式，无线接入点都会充当多用户作业的中央控制器，这点与LTE基站用来控制多用户多任务的方式相似。
▲根据所服务的应用程序类型使用OFDMA和MU-MIMO
“通过了解他们的工作机制可以看到，OFDMA增加了空口效率，这大大减少了应用的延迟，它在可工作的信噪比范围之内对于小数据包的传输效率更高、效果更好，极其适合无线语音或者类似应用的场景。而MU-MIMO提升的是系统容量，在高信噪比条件下传输大数据包时效率更高，适合视频、Web浏览、办公场景和应用。”Jeff解释道。
当然，802.11ax 无线接入点也可将MU-MIMO和OFDMA作业结合在一起。为了协调上行MU-MIMO或上行OFDMA传输，无线接入点将发送触发管理帧给所有使用者。该管理帧会指出每位使用者的空间串流数量和/或OFDMA配置（频率和RU大小）。此外，当中也会包含功率控制信息，好让个别用户可以调高或调低其传输功率，进而平衡无线接入点从所有上行使用者接收到的功率，同时改善较远节点的帧接收情况。无线接入点也会指示所有使用者何时可以开始和结束传输。如下图所示，无线接入点传送多使用者上行触发管理帧，告知所有使用者何时可以一起开始传输，以及所属帧的持续时间，以确保彼此能够同时结束传输。一旦无线接入点收到了所有使用者的帧，就会回传Block ACK以结束作业。
▲ MU传输的基本帧交换序列
在竞争环境中，用户无需互相竞争在上行链路中发送数据，而是由802.11ax无线接入点协同安排，以免彼此冲突。这种管理方法将实现更好的资源利用和效率提高，Jeff利用了在甲骨文球馆看金州勇士的比赛时，现场众多观众手机均能流畅上网说明了多用户上链工作的直观便利。
1024-QAM
QAM编码是用星座图（点阵图）来做数据的调制解调，实际应用中是2的N次方的关系。比如说16-QAM ，16是2的4次方，一次就可以传输4个bit的数据；802.11n是64-QAM ，是2的6次方，因此在64个点阵的一个星座集合里面，用任意一个点可以携带六个bit的数据信息。
到了802.11ac，就变成了256-QAM，是2的8次方，802.11ac相对于802.11n在编码上面的速率提升了33%。802.11ax之后引入了更高阶的编码——2的10次方，1024-QAM，一个符号可以携带10个bit的数据。
▲256-QAM与1024-QAM的对比
我们可以看到一场新的角逐即将开始。IEEE 802.11一直都在努力实现更高速版本（.11n 和 .11ac），且正在完成 .11ax；与此同时，3GPP 开始在 4G/LTE 基础上继续前进，并大力投资 5G 技术。谁将在竞争中取胜？Jeff表示：“5G与WiFi标准目前都还在完善的过程中，但无论是5G还是802.11ax，两者都有各自的特性，运营商应当充分利用这两项技术的优势，并定义和执行同时利用这两项技术的战略，让消费者成为最终的受益者。”
