一、兩種無線通信

1、移動通信

移動通信從90年代GSM開始，到2G、3G、4G以及5G，是三大運營商在城市中布了一個大家都可以共享的無線網絡。

到2018年，移動通信網已經有80億以上用戶，而每年新增的終端數量高達15億，到5G時代用戶數和新增終端數將更多。

2、WiFi通信

無線局域網最成功的技術就是WiFi，第一代的WiFi（11b）在1997年誕生，經歷11b、11a、11g、11ac以及11ax。

2018年，WiFi聯盟統一用數字代號對WiFi命名，也就是WiFi1直到WiFi6，其中WiFi6在2018年正式商用。

截至到2018年，WiFi類的終端存量有130億以上，包括大家使用的手機、平板電腦和PC，以及其他的智能設備。每年新增的WiFi終端的數量超過40億，是地球人數總數的2/3。

二、技術對比

1、5G技術特點

5G新空口將面向超大帶寬、超低時延、大規模物聯網連接，三大應用場景。

1.1）中高頻段通信

3GPP規定，5G新空口包括兩大頻譜范圍分別是FR1和FR2

FR1最大信道帶寬定義為100MHz，FR2最大信道帶寬定義為400MHz

頻段定義	頻率范圍	最大工作帶寬
FR1	410~7125MHz	100MHz
FR2	24250~52600MHz	400MHz

1.2）載波技術

OFDM是目前主流通信標準都在使用的波形，包括3GPP LTE和IEEE 802.11系列都在使用。

F-OFDM采用可配置的靈活的子載波帶寬、符號長度以及循環前綴長度，以滿足超大帶寬、超低時延和超大規模連接三大應用場景的需求。

OFDM（LTE）	固定的子載波帶寬（15KHz）
F-OFDM（5G NR）	可調整的子載波帶寬（15、30、60、120、240、480KHz）

1.3）多址技術

4G的多址方式為OFDMA，5G的eMBB場景的多址接入方式仍然基于OFDMA

eMBB	基于正交的多址方式（OFDMA）
mMTC	基于非正交的多址方式（NOMA）

?

1.4）多天線技術

4G	2天線、4天線或者8天線	2D MIMO，僅能在水平維度區分用戶
5G	大規模MIMO天線，天線數量達到64甚至更高	3D MIMO，可細分水平維度和垂直維度

1.5）新型編碼技術

a）LDPC碼作為eMBB數據信道的編碼方案

b）Polar碼作為eMBB控制信道的編碼方案

?	Turbo	LDPC
解碼能力	30%	90%
解碼延遲	1X	1/3
芯片尺寸	1X	1/3
功耗	1X	1/3

Polar碼比Turbo碼更加接近香農極限曲線。

2、WiFi6技術特點

2.1）OFDMA

OFDMA（正交頻分多址），這是從4G引入WiFi的一個技術，解決了多用戶傳輸的均衡性問題，使得多用戶通信更有序，從而提升WiFi的體驗和效率。

FDMA	單一信道在同一符合時間內只能由唯一的用戶使用
OFDMA	單一信道在同一符合時間內多個RU分別由不同用戶使用

2.2）1024QAM

更高速率的調制的優點是進一步提升極限速率

2.3）MU-MIMO

8*8的天線UL / DL MU-MIMO（多用戶多進多出），使AP同時可以與更多的終端用戶進行通信，極大地提升并發帶寬和系統容量

a）波束成形技術促成了下行MU-MIMO

b）利用不同位置的正交性，由AP的HE LTF的正交矩陣實現上行MU-MIMO

2.4）BSS-Color（空間復用技術）

首先通過著色機制將區域內不同的AP-STA組合標記為BSSA、BSSB、BSSC等不同的網絡，使設備能夠區分自己網絡中的傳輸與鄰近網絡中的傳輸，然后自適應功率和靈敏度閾值允許動態調度發射功率和信號檢測閾值，使多個BSS網絡能夠同時傳輸而不相互影響，增加空間重用效率。

a）傳統網絡，固定區域中只能由一個BSS網絡傳輸

b）WiFi6網絡，動態CCA使固定區域中多個不同顏色BSS網絡同時傳輸

2.5）智能節點方案TWT

目標喚醒時間TWT（Target Wakeup Time）是11ax支持的一個重要的資源調度功能。它允許設備協商什么時候喚醒發送或接收數據，其他時間休眠。

無線接入點可以將客戶端設備分組到不同的TWT周期，從而減少喚醒后同時競爭無線介質的設備數量。TWT增加了設備睡眠時間，大大減少了功耗。

3、5G與WiFi6對比

3.1）eMBB場景

3.1.1）理想速率

5G的eMBB場景，由于物理層采用256QAM調制方式，FR1頻段帶寬100MHz，FR2頻段帶寬400MHz，天線數量多達64TR，理想下行速率可達20Gbps，上行速率達到10Gbps。

WiFi6采用1024QAM，帶寬最高160MHz，天線數量最多8TR，理想上下行速率為9.6Gbps

3.1.2）單設備覆蓋范圍

3.1.3）室內單用戶體驗

典型的室內小基站天線一般是4TR，實際速率1.5Gbps~2Gbps。WiFi6 AP最高可以是8TR，實際速率至少為3~4Gbps。

3.2、mMTC場景

3.2.1）理想速率

5G的mMTC場景，預期將使用NB-IOT和eMTC作為大連接的物理層空口技術，NB-IOT總共消耗帶寬180KHz，調制方式為BPSK、QPSK及GMSK，采用劃分給GSM或TLE網絡的頻段部署，理想上下行速率為250kbps

eMTC載波帶寬為1.4MHz，物理層技術與LTE網絡一致，部署于LTE網絡的頻段，理想上下行速率1Mbps

WiFi6使用OFDMA和TWT技術，同樣具備物聯網場景的功能。在160MHz帶寬條件下，理論上允許74個設備接入，而160M帶寬的速率為1200Mbps，平均分配到每個設備的上下行速率可達16.2Mbps

3.2.2）覆蓋范圍

NB-IOT的設計目標是在GSM基礎上覆蓋增強20dB，下行依靠增加重傳次數獲得覆蓋增加，上行通過增加功率譜密度和最大重傳次數來增加覆蓋。

eMTC的設計目標是在LTE基礎上覆蓋增強15dB，使用的覆蓋增強技術和NB-IOT相同；所以NB-IOT和eMTC的覆蓋范圍都是強于現有的LTE網絡基站。

WiFi6參照NB-IOT，將其能量集中在信道中更窄的2MHz子信道RU中，通過提升上行功率頻譜密度來提升上行覆蓋，未來也利于從室內走向室外，這是為未來部署智慧園區等鋪路。

3.2.3）連接數量

NB-IOT和eMTC下行使用OFDMA多址技術，上行目前采用SC-FDMA，未來在R16版本中擬規定非正交多址的上行多址方式

NB-IOT的連接數量是每站點10萬個，eMTC也能達到每站點5萬個連接數

WiFi6的OFDMA技術允許在頻域將載波劃分為多個RU單元，并規定至少26個子載波為一個RU。理論上160MHz帶寬下可劃分74個RU，可實現74個用戶終端在同一個符合時間內接入WiFi6 AP站點，在單站連接數量上WiFi6補入5G mMTC技術。

3.2.4）功耗

在低功耗上，NB-IOT和eMTC采用相同的技術，包括：PSM（power saving mode，省點模式）、eDRX（Discontinuous Reception，擴展的不連續接收）和延長周期定時器，其使用電池供電可實現續航5~10年

WiFi6主要通過TWT技術設備終端休眠，它可以準確地告訴設備何時將其WiFi無線電設備置于睡眠狀態以及何時將其喚醒以接收下一次傳輸，減少終端功耗。與5G的低功耗技術相比還是相距甚遠。

3.3、uRLLC場景

5G引入了靈活的幀結構設計，幀結構可以采用多址參數（上下行配比、子載波帶寬、系統帶寬等），靈活配置不同需求。4G采用的靜態幀結構，5G采用的是可配置的靜態或半靜態幀結構，實現上下行靈活子幀的配置，可提高頻譜效率、降低時延。

相比4G，5G引入了更短的子幀長度，最短可縮減至4G子幀長度的1/7，結合邊緣技術和新型網絡架構，可有效滿足國際電信聯盟1ms的用戶名時延需求。

WiFi6目前還沒有針對降低時延引入改進的技術。

3.4、調度協調

從接入網對接入終端的調度協調方式看，5G采用的是基站來總負責協調，劃分了專門的控制面功能，用核心網絡的控制面功能指揮協調大量終端。

而WiFi6則采用了“協調+競爭”的方式，WiFi5以前完全是競爭，即CSMA/CA（多路訪問/沖突避免），終端數量較多時，多個終端會競爭與AP通信。

因為WiFi5是完全競爭機制，大量的設備競爭沖突是使得傳輸效率急速降低。WiFi6則引入了OFDMA和TWT機制，無線AP可以協調終端的收發行為，讓整網的傳輸更有序，最大可能地減少沖突。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G与WiFi6空口技术对比的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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