耿爱雷 李诗龙 王庆权

（通标标准技术服务有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）

0 引言

2018 年10 月Wi-Fi 联盟制定了802.11ax 标准并将其正式推出，将它称为Wi-Fi 6。 Wi-Fi 6 采用多用户多输出传输技术（multi-user multiple input multiple output，MU-MIMO）和正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM），采用OFDM 调制方式，大大提高了网络传输速度和网络容量。同时采用BSS（Basic Service Set）显色技术，减少了同频网络的干扰，该技术可提高多台设备的服务能力；使用TWT（Target Waken-up Timet）目标唤醒技术调整终端与路径的通信时间连接，减少终端使用的消耗，优化了Wi-Fi 应用场景。与前几代通信技术相比，第五代移动通信技术（5G）将为客户提供更多服务。5G 不再只关注网络的最高速度，而是优化关注了8 个技术指标：网络最大速度、用户体验、频谱效率、分发时延、移动性、连接数、网络性能和流量密度[1]。

目前，大量学者对Wi-Fi 6 和5G 新技术进行对比分析，但是仅从理论或者应用对两者进行讨论，比较片面，甚至会影响网络建设。对此，需要对两者的关键技术、网络结构进行详细比较，以便能够综合考虑这2 个技术的应用走向。

1 Wi-Fi 6与5G 关键技术对比

1.1 Wi-Fi 6技术特点

1.1.1 正交频分多址接入技术

Wi-Fi 6 采用正交频分多址（OFDM）技术，将无线信道拆分成更多的子信道，每个子信道产生的数据连接到不同入口的设备，有效提高数据速率。当设备连接并单独使用时，Wi-Fi 6 理论上传输速率高达9.6 Gbit/s，比Wi-Fi 5 高40%（Wi-Fi 5 理论最高水平为6.9 Gbit/s）。Wi-Fi 6 技术的主要优点是利用OFDM 技术将功率根据子信道划分分布到网络上的每个终端设备中，提高每个设备的数据速率。

1.1.2 MU-MIMO 技术

Wi-Fi 6 同时使用多用户多输入多输出MIMO 技术，该技术允许多个终端同时接入多个接入点（access points，APs），因此APs 可以同时与多个用户终端相连接进行通信。在Wi-Fi 5 技术中，虽然APs 也可以与多个终端进行连接，但终端设备无法同时进行响应，这是Wi-Fi 6 技术的一大进步。

1.1.3 目标唤醒时间技术

Wi-Fi 6 技术中使用的调度方法是TWT 唤醒时间技术，该技术允许设备在唤醒呼叫的时间和持续时间内进行通信，以发送或接收数据。无线接入点可以在不同时间将客户端设备分组到 TWT 周期中，减少唤醒后的竞争。TWT 技术使终端的休眠时间得到延长，这有助于提高电池使用时间，同时减少设备消耗。根据统计，TWT 技术能够减少终端30%的消耗，这有助于在未来物联网中使用Wi-Fi 6 技术能够满足网络低功耗的要求。

1.1.4 基本服务集着色机制

Wi-Fi 6 为了提高系统在分布式部署中的整体性能，更好地利用了有限的频谱资源，解决了同频频繁干扰的问题，反过来又在上一代技术的基础上，增加了新的同频传输机制，即基本服务集着色（BSS 集着色）机制[2]。该技术通过在消息头中添加BSS 字段，分配“颜色”，为每个通道分配不同“颜色”字段的数据，接收者可以开始看到消息头中的BSS Coloring 帧字段。如果收到相同的颜色，就停止接收，这样就不会在发送和接收上浪费时间。在该着色机制下，如果同一个消息头颜色相同，则认为同一个BSS 中存在干扰，传输会延迟；反之没有相同消息头颜色视为没有干扰，数据可以在同一信道同一频率上进行传输。

1.2 5G 关键技术分析

1.2.1 大规模天线

随着对LTE 系统物理层技术的深入研究，网络容量接近香农定理的最大值，如果提升5G 网络容量就需要考虑别的方法。MIMO 概念最早由贝尔实验室 Marzetta 于2010 年提出[3]。该理论假设基站使用了大规模天线，当天线数远大于用户终端数时，使用Beam forming 波束合成技术可以使天线功率向一个方向传播，多用户传输信道正交，在空域环境中利用频谱复用可以极大增加蜂窝容量和频谱效率。5G 技术中使用大规模天线的优势很多，例如能够极大地提升网络容量、增加用户体验水平、增大网络覆盖范围以及做到无缝连接等，因此大规模天线成为5G 中最具潜力的技术之一。

1.2.2 新型无线网络架构

新的5G 无线网络架构重新分配BBU 和RRU 功能，通过这种重新设置能够集中处理频谱资源，并且能够灵活搭建5G 网络架构，对提高频谱利用率、降低设备消耗以及减少运营成本等方面都有好处。新的5G 无线网络架构由分布式单元（DU）、中央单元（CU）和连接两者的新一代前传接口组成。DU 包括部分原RRU 射频部分和部分原BBU基带处理功能； CU 包括基带处理功能的其余部分，以实现部分或全部基带处理功能。一方面，这种新的架构减少了原有架构对接口带宽和时延的要求；另一方面，利用中心频段资源集中进行资源分配，并将小区划分为更加灵活的微小区，有利于网络覆盖的无缝连接，也便于终端用户接入网络，提高了网络资源的利用效率。

1.2.3 超密集组网

5G 无线网络主要在宽带宽、高吞吐量通信和网络拥挤3 个方面实现高数据速率。缩短了超密集网络（ultra dense network，UDN）站与站之间的距离，最低可达10 m，站点之间的密度增加很多，从而提高了频谱复用率、单位面积内网络容量以及缩短了切换的短时延，进而提升用户体验水平。

1.2.4 边缘计算

ETSI 首先研究了移动边缘计算 （mobile edge computing，MEC），此后 3GPP 将这项技术的范围扩大，不仅局限于手持终端设备。边缘计算机技术将政府公共服务器置于网络边缘，为用户终端提供云计算服务，其目的是减少服务时延、降低网络带宽以及提高服务交付性能，从而为用户提供高质量的服务体验。

1.3 Wi-Fi 6与5G 的对比分析

Wi-Fi 6 使用与 5G 相同的技术来提高网络速度和功率。但是，基于用户的无线系统和未授权的无线系统之间仍然存在显性差异。这些变化反映在成本、基础设施调整以及提供给网络运营商的控制和控制水平上。因此，Wi-Fi 6 不会取代 5G 技术。如果有数百个物联网设备需要无线通信，则在室内环境中 Wi-Fi 将是与物联网设备通信所需要的无线技术。而在室外环境，5G 无线模式是通过可靠连接获得速度的首选。因此，作为局域网中的领先技术，Wi-Fi 6 技术与5G 技术互为补充，Wi-Fi 6 技术也是支持室内场景的重要技术。

5G 是一种数字移动通信技术，可用于高速移动通信和无线上网。具有吞吐量高、时延低以及并发能力强等优点，但系统复杂、成本高。Wi-Fi 6 是一种无线接入技术，主要用于互联网上的内部无线终端。它具有传输速度快、系统简单以及成本低等优点，但不适用于快速移动通信。

5G 上行峰值传输速率达到10 Gbit/s，下行连接峰值传输速率达到20 Gbit/s。在Wi-Fi 6 带宽为80 MHz 的情况下，单个空间流的峰值速度为600 Mbit/s，而在160 MHz 带宽、8 个带宽的情况下，峰值速度可达9.6 Gbit/s

eMBB 场景下5G 时延小于4 ms，uRLLC 时延小于1 ms。Wi-Fi 6 的延迟为20 ms，远大于5G 的延迟。因此，5G 在延迟方面优于Wi-Fi 6。

5G 具有强大且快速的本地间通信速度，可跨区切换用户体验无缝连接。但是 Wi-Fi 6 跨区切换时连接慢。

5G 系统复杂且昂贵，而Wi-Fi 6 系统简单且成本低。因此，Wi-Fi 6 在系统建设投资方面优于5G。

2 Wi-Fi 6与5G 网络技术分析

2.1 Wi-Fi 6网络技术

Wi-Fi 网络一般有集中式和分布式网络2 种模式。集中式组网是指通过中继网络将无线局域网接入流量与一个或多个无线网关相结合。当用户规模不太大时，应使用集中式中心网络，所有数据流量都应连接到无线网关。集中式组网必须接受PPPoE 批准或DHCP+Web 批准。分布式网络：分布式网络是指利用二层以太网路由器收集来自多个AP 的流量，并将它们与安装在每个服务区域（用户位置）的无线网关相连接。分布式网络必须在有大量用户的公共场所获得批准，多个工作区域需要多个工作端口通畅无阻。分布式网络必须接受PPPoE 认可或DHCP+Web认证。

在传输网络中，一般的结构分为接入层、汇聚层和核心层。在Wi-Fi 网络中，设备无线侧的内容是AP 的无线接入点以及如何通过AP 有效接入用户终端。无线接入点AP 与无线交换机作用相同，具备提供信号传输和无线接收等功能，位于传输网络的接入层。另外，AP 是Wi-Fi的无线接入点，是实现IEEE802.11a、IEEE802.11b/g 或IEEE802.11n 等无线接入功能的小型无线基站，还是连接有线网络和无线网络的桥接器。带有无线网卡的计算机设备可以通过无线接入点连接到无线网络、访问网络资源以及与高速网络通信，并具有一定的漫游性，满足企业、移动和用户群体的需求。

2.2 5G 网络技术

在4G 中无接入技术使用的还是传统的蜂窝式技术。不采用先进的接入技术，无论走到哪里，都不会增加用户和网络的需求。网络访问对用户体验产生了不利影响。这迫使通信运营商寻找可以增加流程规模、降低网络复杂性和网络连接成本的传输网络。在5G 移动通信中将云计算与集中化、基于云的无线接入网络（C-RAN）架构相结合，可以有效解决上述问题。如图 1 所示，C-RAN 的设计通常由3 个部分组成：由远端无线射频单元（RRH）和天线组成的分布式无线网络；由高带宽低延迟的光传输网络连接远端无线射频单元；由高性能处理器和实时虚拟技术组成的集中式基带处理池（BBU pool）。远程无线电单元提供大容量和宽带宽。低带宽、低延迟传输网络必须连接所有基于频率的连续性单元和远程无线电单元。许多基础设施项目由高性能系统组成，连接到实时技术，并具有可以满足每个基站需求的强大处理能力。

图1 C-RAN 架构

BBU 池集中化可以充分利用BBU，从而减少损耗。以下是 C-RAN 的主要优势： 1） C-RAN 兼容非均匀流量。通常，每天的高峰业务规模负载是淡季高峰期的10 倍。由于C-RAN 架构下大部分基站的冲击过程都在一个BBU 核心组中进行，可以提高整体的利用率。基站处理能力池必须小于单个基站的产品容量。分析表明，作为基站设计的一项基本功能，按照传统的RAN 架构，C-RAN 架构下的BBU 数量可以大大减少。2） 节约能源和成本。使用 C-RAN 可降低能源成本。例如与传统的无线接入网络相比，减少了C-RAN BBU 的数量。在低流量（夜间）时，可以在不影响整个网络的情况下关闭一些BBU 或者将RRH 挂在建筑物的设备或墙壁上，可以自然冷却，从而减少能量耗散。3） 增加网络吞吐量并减少延迟。增加网络收益，减少延迟。BBU 池的设计侧重于集中频谱资源，可以利用网络来对这些资源进行调整。同时，它可以简化大范围无线设备的规划和集成干预，从而提高频谱的可用性和网络容量。 4） 推动网络更新和维护。BBU 组可以发布并自动调整 C-RAN 故障，从而减少干预的需要。每当需要恢复设备故障时，仅需要在 BBU 池上进行手动干预，BBU 池与家庭无线接入网络是分开的。由于硬件需要放在几个集中的地点，因此C-RAN 和虚拟BBU 池能够使新的标准方式平稳地引入。

3 未来应用方向

3.1 Wi-Fi 6应用方向

Wi-Fi 6 技术的产业链是一项涵盖技术、生产、投资、用户和使用等各种问题的业务。每个环节都很重要，要减少各环节的障碍。综合来看，Wi-Fi 6 业务链路主要表现在4 个方面：1） 芯片。全球有很多研发Wi-Fi 芯片的厂商，例如Intel 和高通。这些芯片制造商拥有最先进的技术，也有研发维护和后期扩展支持。同时，早期的领先厂商声称他们已经在Wi-Fi 6 芯片解决方案方面取得了很大突破。2） 模组。模组有灵活的访问限制，大多数公司都有相关权力。本土企业可以通过自主打标、定点生产（OEM）等方式生产模块化产品。3） 网络设备。网络设备类型、业务接入点、家庭网关设备以及无线家庭路由器等。现在，华为、小米和TP-LINK等相关厂商都将相关设备投入市场。例如2020 年初，小米发布了第一款支持网络Wi-Fi 6 技术的路由器。这款路由器采用了高通的六核处理器和1 个带功放的6 通道外置功放。它有1 个单独的天线，并为 11ax 技术提供 2.4 GHz 支持。2个 5 GHz 频段，重复速度高达 2 976 Mbps[4]。 4） 终端。智能手机、IPAD 和笔记本电脑等。预计不同的5G 终端将全面支持Wi-Fi 6 功能。

3.2 5G 应用场景

5G 技术的快速发展也带动了其他的高新技术，结合物联网、人工智能、云计算以及大数据等信息技术，为互联网媒体、电子商务、交通科技、社保、教育和医疗等领域提供信息技术升级，预计会产生颠覆性影响并重建商业模式[5]。智能通信时代，5G 行业应用的增长是电信行业的若干倍，同时也带来了挑战性问题。这就要求通信运营商具备资源整合能力，可以将大量数据与领先的云计算技术进行整合，构建智能业务平台。 5G 业务是电信业的重要产业，也是未来的职业指南。

工业互联网被视为未来实现经济高速发展的关键因素，准确理解工业互联网对可持续发展至关重要。5G 是工业互联网的重要数字平台，5G 应用场景可以解决互联网业务的数字化痛点，例如智能工厂、智能产品线、业务管理与跟踪、物联网业务、智能家居发展、资金管理与安全、智能产品创新以及推动智能业务创新发展等[6]。

4 结语

从各项技术性能指标来看，Wi-Fi 6 和5G 各有优缺点，但Wi-Fi 6 在室内环境中可以实现更高的吞吐量、容量接入服务，可以有效满足M2M 接入和大规模网络的需求，而且成本建设低；在室外公共环境中，使用5G 技术可以增大网络覆盖范围，减少切换乒乓效应，提升用户体验水平等。Wi-Fi 6 和 5G 需要结合不同的应用场景，针对性地为用户提供高质量网络服务。未来，Wi-Fi 6 和5G 仍将在不同场景下协同合作，发挥各自的优势，满足终端用户的需求。对Wi-Fi 和5G 厂商来说，都需要不断提升产品的生产力、以及增强M2M 接入能力，解决现实场景中遇到的各种问题，最终为用户提供最高质量的互联网接入。