超能課堂：WiFi 6憑什麼可以如此「六」？

電腦硬體可能一年甚至不到一年就會開始更新換代，但是路由器就不一樣，它們的更新換代往往是以5年甚至是10年為間隔的，就像我們5年前對比的那四款高端802.11ac路由器，放到今天也仍然是主流甚至更高的水準，甚至在入門級市場上，我們也還能看到各種仍在生產銷售中的802.11n路由器，可見路由器市場的更新換代是需要很長時間的。

然而在這個802.11ac路由器仍是主流、802.11n路由器仍未退市的時間點上，全新的WiFi 6路由器跳了出來，並對802.11ac路由器表示「在座的各位都是垃圾」。當然事實上也是如此，從WiFi 6公開的技術規格與性能表現來看，其主流級產品就已經擁有了超越802.11ac時代高端產品的實力，高端產品則是呈完全碾壓的姿態，昨日實力還很強802.11ac在WiFi 6面前已成菜雞形態。

WiFi 6究竟是什麼？

WiFi 6就是第六代WiFi，其背後是802.11ax規範，但為什麼要叫做WiFi 6而不像以往那樣直接用規範編號來命名呢？這裡面其實並不涉及技術問題，單純就是一種推廣手段。以往的路由器和網卡產品都是直接標註自己所用規範的編號來進行等級劃分的，例如大家熟悉的802.11n和802.11ac等，這對於熟悉網路規範的玩家來說當然不是什麼問題，然而並不是每一個消費者都會知道規範的代表著什麼，甚至連這幾數字與字母的組合有什麼意義都不知道，因此新舊規範對應的路由器產品在這些消費者眼裡就好像沒有代差一樣，只要是近期生產上市的，那就都是「新款路由器」，自然都使用了最新的技術了。

就這樣，一些價格便宜但仍在使用舊規範的路由器產品就會因為銷量很好始終無法退出市場，最終入門級和主流級市場上往往會混雜這兩代甚至是三代的路由器，顯然對於新規範產品的推廣是很不友好的。而要解決這個問題的方法其實也很簡單，那就是讓消費者直接看到這是第幾代規範的路由器產品就可以了，因此第六代無線網路規範也就是802.11ax被命名為WiFi 6，而802.11ac和802.11n也因此有了新的名字叫WiFi 5和WiFi 4，這樣三個標準之間的代差就一目了然了。

順帶一提的是，理論上802.11a/b/g也應該順理成章地改名為WiFi 1/2/3，但事實上WiFi聯盟並沒有這麼做，至少沒有這麼公開說過，或許是因為這三個標準真的很老，而且相應的產品已經完全退出市場，沒必要再做區分吧。至於802.11ad，雖然很多人都以為它會是新一代的WiFi標準，但事實上802.11ad的傳輸距離實在太短，很難大規模推廣普及，因此它從誕生之初就註定著只能作為輔助標準而存在，自然也無法沒有正式的WiFi等級了。

WiFi 6的基本規格相比WiFi 5有什麼變化？

當然新的名字並不是WiFi 6可以碾壓802.11ac或者說WiFi 5的原因，事實上WiFi 6雖然是從WiFi 5演變而來，但是其本身有作出了很多技術上的突破，這才是WiFi 6相比前輩更為強大的理由。

我們先來看看WiFi 6和WiFi 5在規格上有什麼不同，從目前公開的信息可以看到，WiFi 6與WiFi 5都支持20/40/80/80 80/160MHz頻帶，不過WiFi 5隻涉及5GHz頻段，而WiFi 6則覆蓋2.4GHz和5GHz頻段，低速設備和高速設備都有所覆蓋，調製模式上WiFi 5是256-QAM，WiFi-6是1024-QAM，前者的數據流最大支持4個，後者則最大支持8個，因此WiFi 5的理論吞吐量可以做到3.5Gbps，而WiFi 6則可以做到驚人的9.6Gbps。WiFi 6的能做到如此強勁，跟以下這5個技術是特色是分不開關係的。

支持上行與下行MU-MIMO

WiFi 5對應的802.11ac分為了Wave 1和Wave 2兩個階段，後者可以視為WiFi 5的完全體，而這兩者之間的一個重要區分就是後者引入了MU-MIMO（多用戶多進多出）而前者是SU-MIMO（單用戶多進多出）。WiFi 6則延續了WiFi 5的MU-MIMO，而且支持的數據鏈路從4條升級到了8條，也就是可以支持8x8 MU-MIMO，這也是WiFi 6的無線帶寬相比WiFi 5會有明顯增長的重要原因。

不過更重要的一點是，WiFi 5的MU-MIMO僅支持下行MU-MIMO，也就是上層網路設備在向下層設備分發數據時可以用到MU-MIMO，但反過來就不行；而WiFi 6則支持上行MU-MIMO與下行MU-MIMO，也就是說上下兩層網路設備相互之間傳送數據時都可以用上MU-MIMO，理論上進一步提高無線帶寬的利用率。

支持1024-QAM，數據容量更高

QAM級別越高，信號中包含的數據就越多。WiFi 5所用的是256-QAM，而WiFi 6使用的是1024-QAM，數據容量上後者比前者要高出25%，這就意味著後者擁有更高的數據傳輸速度。

OFDMA技術讓WiFi 6設備可以共用信道

WiFi 5與WiFi 6之間的性能差距來自於很多方面的因素，其中WiFi 6所用的OFDMA技術就是一個重要原因。OFDMA也就是正交頻分多址技術，它是OFDM的技術演進，是一種利用OFDM對信道進行父載波化後，在部分子載波上載入傳輸數據的技術，在我們目前所用的4G網路上，就應用了OFDMA技術。

WiFi 5使用的是OFDM技術，那麼其相比WiFi 6的OFDMA技術有什麼不足呢？上面這張圖就很形象地進行了解釋，使用OFDM技術的WiFi 5在傳輸用戶數據的時候，是每個用戶都佔用一個信道，不管你的數據有多少，這個信道都要傳輸完一個用戶的數據後，才交給下一個用戶使用，這樣的工作模式其實並不能充分利用帶寬；而使用OFDMA的WiFi 6則允許不同的用戶共用一個信道，這樣不僅無線帶寬可以得到充分利用，網路響應時間也會更短，因此越多的設備接入，WiFi 6相比WiFi 5的優勢就會越明顯。

用BSS Coloring識別同一信道上的不同設備

不過那麼多的設備都同時使用一條信道的話，那麼傳輸數據的時候WiFi 6路由器又如何區分各個數據是對應什麼設備的呢？在WiFi 5設備上，由於傳輸數據要佔用一條信道，因此設備會採用一種名為CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）機制，簡單來說就是傳輸前先查詢一下相應的信道是否有其他設備在使用，如果有那就標註為忙碌，等到信道空閑時才會使用。這種傳輸方式雖然簡單，但是信道利用率並不高，使用同一信道的設備越多，網路堵塞的情況就會越嚴重。

而在WiFi 6上，由於使用了OFDMA技術，多個設備可以共用一個信道同時傳輸數據，為此WiFi 6還引入了BSS Coloring著色機制。簡單來說就是給每一個設備進行獨立標註，然後在數據中也加入相應的標籤，這樣即便同一個信道中有不同的設備存在，傳輸數據時也會有相應的地址，直接發送到位而不會錯誤地發送到其它設備中。再結合OFDMA共用信道的特色，這樣網路的各個信道都可以一直維持最高效率運行，進一步提升網路效率。

TWT機制讓慢速設備不再長時間佔用帶寬

上述四項技術特色為WiFi 6的高性能鋪平了道路，但是這些更多地是為高速設備而服務，而隨著智能家居的逐步推廣，我們的路由器上連接的往往不僅有手機、電腦等對網路需求比較高的終端，也會有各種對帶寬要求不明顯的智能家居設備。這些設備一定程度上也會影響我們的網路狀態，特別是當他們傳輸數據的時候，一定程度上也會拖慢網路的響應速度，為此WiFi 6引入了TWT也就是Target Wake Time機制。

TWT機制是專門針對低速設備實行的，主要是面向對網路帶寬要求不高的智能家居產品，例如只配置有2.4GHz頻段、20MHz頻帶的WiFi設備等。當路由器與這些低速設備交換數據時，會同時生成一個喚醒時間表，只有到了需要喚醒時間，路由器才會喚醒設備進行數據交換。而且路由器也可以提前對不同的低速設備進行喚醒時間排序，避免同時喚醒多個設備引起網路堵塞，這也是一種優化網路帶寬利用率的技術手段。

上述5項就是WiFi 6為什麼可以碾壓WiFi 5的主要原因，它們每一項都有獨當一面之處，在相互結合之後則可以迸發出更高的實力。不過正如開篇所示，路由器的更新換代往往需要比較長的時間，因此即便WiFi 6有如此明顯的優勢，但想要在市場上取代WiFi 5的位置，短期內確實不太可能，而且對於目前的絕大部分用戶來說，WiFi 5也不是不能滿足自己的需求。

不過WiFi 6取代WiFi 5的時間可能會比大家想像的更短，因為現在的WiFi 6跟WiFi 5剛開始推廣時不一樣，現在正處於智能設備蓬勃發展的時期，用戶在手中需要聯網的設備越來越多，而且WiFi 6路由器登場後也不是自己獨自一人奮鬥，相應的WiFi 6設備包括手機、無線網卡等都已經開始在市場上推廣。因此WiFi 6要取代WiFi 5其實比WiFi 5取代WiFi 4更加容易，或許不久的將來我們就會發現，自己身邊的無線網路已經逐步變為WiFi 6了。

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