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技術丨Wi-Fi 6E 那些事

Saturday, September 11, 2021 Cisco 0条评论 0个引用

 原創 思科聯天下 思科聯天下 3天前

作者:Joseph Vasanth Louis,思科基於意圖的網絡工程部技術領導
 
 
2020 年 4 月,聯邦通信委員會 (FCC) 通過關於 6 GHz 頻段無線操作的新規定,為非授權設備開放 1200 MHz 頻譜的使用。這是自 1989 年以來批准的最大一次 Wi-Fi 頻譜擴充。 6 GHz 頻段的開放使 Wi-Fi 可用頻譜增加了一倍多,可減少無線電波擁塞、增加信道寬度、提高連接速度,使各行業的一系列創新成為可能。自 FCC 決定開放 6 GHz 頻段以來,有 70 個國家/地區(覆蓋 34 億人口)已經批准或正在考慮制定關於 6 GHz 的法規(來源:Wi-Fi-Alliance)
 

 

目前,儘管視頻佔用大量帶寬,但在各企業中的使用日趨增多,面對連接到網絡的客戶端和物聯網設備日益增加,企業必須應對這樣的挑戰,並不斷加快網絡邊緣的速度。結果可想而知,導致無線網絡過度訂閱,限制了應用的性能。用戶體驗變差,降低了工作效率,所有網絡用戶對此感到非常沮喪。

在這篇文章中,我將詳細闡述 6 GHz 頻段中 Wi-Fi 6E 的基本知識和運作規則。

Wi-Fi 6E 中的 “E” 代表什麼?

802.11ax 標準 (Wi-Fi 6) 同時用於 2.4 GHz 頻段和 5 GHz 頻段。因此,6 GHz 頻段中的 Wi-Fi 被命名為 Wi-Fi 6E。 Wi-Fi Alliance 選擇了這個名字,避免在同樣支持 6 GHz 的 802.11ax 設備中混淆。 “6” 代表第六代 Wi-Fi,“E”代表擴展。

Wi-Fi 6E:增加信道數

6 GHz 頻段代表了可從 5.925 GHz 到 7.125 GHz 的 1200 MHz 頻譜。我們知道 2.4 GHz 頻段只有11 個信道。在這個新的頻譜中,Wi-Fi 可以使用 59 個 20 MHz 的信道,29 個 40 MHz 的信道,14 個 80 MHz 的信道,以及 7 個 160 MHz 的信道。除了 2.4 GHz 和 5 GHz 之外,這不僅代表了大量的信道,還代表了大量的寬頻信道,可以高速運行。

大頻譜的優點

Wi-Fi 的頻譜量一直都非常少。通常,Wi-Fi 在 2.4 GHz 頻段只有 80 MHz 的頻譜,在 5 GHz 頻段只有 500 MHz 的頻譜。 DFS 信道佔用了 5 GHz 頻段上 500 MHz 頻譜的一部分。

這使得連續頻譜非常有限。同樣使得難以找到或啟用 80 MHz 或 160 MHz 的信道寬度,但只有在這些信道寬度下才能實現最高的 Wi-Fi 數據速度。

有 59 個 20 MHz 的信道時,Wi-Fi 6E 可有效地消除擁塞問題。至少在可預見的未來,始終會有至少一個 20 MHz 的信道可用,而不會出現擁塞。由於連續頻譜和 14 個 80 MHz 信道或 7 個 160 MHz 信道可供選擇,無線電能夠找到可用的信道,而不用擔心擁塞問題。依託於這些優勢,該技術能夠提供最高的速度。

Wi-Fi 標準的背景信息

兩個主要組織負責 Wi-Fi 的發展之路。它們是 Wi-Fi Alliance 和 IEEE。 IEEE 802.11 定義了無線局域網標準的技術規範。 Wi-Fi Alliance 負責 Wi-Fi 設備的合規性和互操作性的認證,以及 Wi-Fi 技術的營銷。

隨著時間的推移,Wi-Fi Alliance 為不同類別的 Wi-Fi 網絡制定了不同的命名約定。與其說是 “802.11b”,不如說是 “Wi-Fi 1”。就像移動電話公司將 3G 和 5G 稱為不同的網絡速度一樣,儘管這個詞通常只是一種營銷工具。這種分類應該有助於讓消費者更容易理解,這樣用戶就不必理解各種縮寫詞,只需根據需要查找 “Wi-Fi 4” 或 “Wi-Fi 6”。

 

 

▲  IEEE802.11ax 高效(或 HE)標準涵蓋 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz 頻段的 MAC 和 PHY 層操作。

IEEE 的 Wi-Fi 6E 規則

HE(高效)僅在 6 G 中操作

IEEE 802.11ax 小組做出的一個最重要決定是,不允許在 6 GHz 頻段使用老一代 Wi-Fi 設備。這一點非常重要,因為這意味著只有高效 802.11ax 設備才能在這個頻段上運作。

 

一般來說,即將出台的 Wi-Fi 標準總是提供與以前標準的向後兼容性。這對客戶以及供應商來說是一個福音,因為不需要在每個新標准出台後對網絡設備進行徹底改造。另一方面,這也成為協議擁塞的一個成因,因為舊設備還與新設備共享可用頻譜。但是,在 6 GHz 頻段,只允許使用新的高效設備。

 

如果用道路交通的比喻來描述 Wi-Fi,那麼 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段可以比作擁塞的道路,快車和慢車都可以行駛,而 6 GHz 頻段相當於一條新的大型高速公路,只允許最快的車輛通行。

 

快速被动扫描

 

 

 

 

 

 

 

有 1200 MHz 的頻譜和 59 個新的 20 MHz 信道時,每個信道停留時間為 100 毫秒的站點需要近 6 秒鐘才能完成對整個頻段的被動掃描。該標準為客戶端發現附近的無線接入點 (AP) 實施了新的高效過程。在 Wi-Fi 6E 中,一個被稱為快速被動掃描的過程被用來關註一組減少的被稱為首選掃描信道 (PSC) 的信道。對於僅支持 6 GHz 的操作,一個特定的信道子集將被確定為首選掃描信道 (PSC),寬信道 BSS 的主信道應在這個信道子集中,從而限制客戶端為了發現僅支持 6 GHz 的 AP 而需要掃描的信道。 PSC 之間的間隔為 80 MHz,因此客戶端只需要掃描  15 個信道。

頻段外發現

在 6 GHz 頻段和較低頻段 (2.4 GHz 或 5 GHz) 運作的雙頻或三頻 AP,可以通過掃描較低頻段來發現。在低頻段,AP 將在信標和探測響應幀中簡化的鄰居報告中包括有關 6 GHz BSS 的信息。客戶端將先進入低頻段,發現那裡的 AP,然後再移動到 6 GHz 頻段。這可減少站點發送的只是為了查找 AP 的探測請求,因為除非它是 PSC 信道,否則將不被允許。

Wi-Fi 6E 信道化

 

 

802.11ax 標准定義 6 GHz 頻段的信道分配。該分配確定了整個 6 GHz 頻段上 20 MHz、40 MHz、80 MHz 和 160 MHz 信道的中心頻率。然而,管制區域的規範優先於 IEEE 規範,並且不能使用在管制區域不支持的頻率或重疊的頻率上的信道。

AFC 和避免干擾現有用戶

FCC 定義了兩種類型的設備分類,它們具有完全不同的發送功率規則。這樣做的目的是避免對現有的 6 GHz 用戶造成潛在干擾。目前正在定義幾類 AP,以適應 U-NII 頻段和運作它們的條件,它們是標準功率 (SP) AP 和低功率室內 (LPI) AP 和極低功率 (VLP) AP。低功率室內 AP,顧名思義,由於只在室內使用,因此功率水平降低。

室外或標準功率 AP,有可能嚴重干擾該地理區域內的現有 6 GHz 用戶。廣播和有線電視行業使用的固定衛星服務 (FSS) 可能已經獲得所用信道的許可證。因此,任何新的未經許可用戶 (Wi-Fi) 必須確保他們不影響現有服務。解決這個問題的辦法是製定一種協調頻譜使用的方法,以避免干擾問題。基本概念是新的無線設備(無線接入點)將查詢註冊數據庫,來確認其運作不會影響註冊用戶。對於 6 GHz 操作,這被稱為自動頻率協調 (AFC) 提供者。

標準功率 AP 必須使用 AFC 服務,以保護現有的 6 GHz 操作免受射頻干擾。

結論

隨著用戶連接的設備日益增多,目前的無線空域將變得高度擁塞,造成資源爭用和性能下降。遷移到 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 對於基礎設施滿足用戶和設備對您的無線網絡提出的日益增長的需求至關重要。 6 GHz 頻段中的 WLAN 與其他頻段有些不同,IEEE 試圖利用該頻段沒有舊設備的特點。

希望這些信息對您有所幫助,並能激發您的興趣。

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