現在該購買Wi-Fi 6 路由器嗎?Wi-Fi 6 / 802.11ax完全解析,3款熱門Wi-Fi 6 路由器推薦

今年有越來越多Wi-Fi 6的產品推出,加上現在家人同時使用網路服務的也越來越多,甚至連電視也是直接收看串留影音,很多朋友可能也開始覺得家中的網路似乎有點不夠力,考慮是否要升級到最新的規格?不過,Wi-Fi 6/ 802.11ax到底跟先前的網路有何不同,真的能解決你的問題嗎?這一篇我們將為您分析相關的規格,並且列出ASUS AiMesh AX6100、Netgear Nighthawk RAX120、TP-Link Archer AX6000這三款熱門的Wi-Fi 6 路由器進行介紹。

雖然說無線網路標準802.11系列,大致上能夠以英文的前後順序推導出技術新舊,如n在b的排序後方,因此802.11n 相較802.11g 更新也更快,但802.11內部並不只有你我孰悉的802.11a/b/g/n/ac,尚有802.11k 無線頻譜管理、802.11r 快速漫遊等技術,致使802.11a/b/g/n/ac 英文後綴不連續。

負責宣傳無線網路與產品認證的 Wi-Fi 聯盟,在2018年10月正式宣布新的命名規範,802.11n對應 Wi-Fi4、802.11ac對應 Wi-Fi5,本文要談的802.11ax 則是第六世代,稱之為 Wi-Fi6。其目的是透過數字世代更容易讓非專業人員理解無線網路規格對應關係。但是這並不代表 IEEE 制定標準程序有所改變,依舊會以802.11加上英文作為無線網路規範的名稱,只是在 Wi-Fi 聯盟的市場宣傳有所變化。

2.4GHz和5GHz同步支援

與802.11ac 聚焦於5GHz 不同,802.11ax 制定時就納入2.4GHz 和5GHz 的 ISM 頻段,讓2.4GHz 頻段802.11n40MHz、單空間流150Mbps 速度往上提升;但2.4GHz 的頻譜資源並不如5GHz 豐富,限制最多僅能使用40MHz,此時802.11ax 單空間流僅有287Mbps 傳輸速度,最小20MHz 則為143Mbps(均為實體層連接速度),與802.11n 相比則是接近1倍增長幅度。 

近期推出的802.11ax產品可能還無法見到Wi-Fi6標誌,但未來會逐漸取代現有設計。

相容舊有標準

雖然2.4GHz 頻譜資源不足,卻擁有傳輸距離較長的優勢;一般來說,5GHz 的傳輸距離約為2.4GHz 一半多一些。如果未來1~6GHz 的頻段開放使用(依各地區和國家而定),802.11ax 也能夠使用該頻段。此外,舊有802.11無線網路標準產品也可以解讀802.11ax 的訊框表頭,以便和舊有標準相容不會相互打架畢竟無線網路採用的是 CSMA/CA 協定,在傳輸前需探測空中介面是否有其它裝置正在使用中。

轉進6GHz頻段之後,802.11ax可以獲得更多的頻譜資源,但6GHz並非ISM頻段,美國以外地區是否能夠受惠尚屬未知數。

準備搶進6GHz頻段

近期越來越多802.11ac 設備於5GHz 導入使用 DFS 頻段,足以達成80MHz+80MHz 或是連續160MHz,提供更高的頻寬或是服務更多的設備,但802.11ax 已經虎視眈眈,上下打量著6GHz頻段。去年年底美國 FCC 已開放5.925GHz ~7.125GHz 頻段供免許執照設備使用,頻寬約有1.2GHz。不過要運作在這個頻段還有些技術問題需要考量,譬如無線裝置想要連接 AP 時,1.2GHz的掃瞄範圍實在是過於廣泛,花時間同時浪費電,目前提出的可行方案在2.4GHz 或是5GHz 埋入信標(beacon)或是探針(probe),802.11ax 之後也會為6GHz 修改相關規範,預計使用5.935GHz ~7.125GHz 。

802.11ax需要每個連線裝置回報矩陣給AP,AP 再告知每個連線裝置該使用多少的上傳鏈路資源,再以觸發訊框告知各裝置同步上傳。

Wi-Fi 6 / 802.11ax規格完全解析- 不只高速傳輸,更注重有效率使用

傳輸技術方面的改進

空間流數量部分802.11ax 並未變動,與802.11ac相同最大為8組,但是802.11ax 的2個裝置之間即可使用8個空間流(802.11ac則是限制為4個空間流),80+80MHz/160MHz 最高速率為9.6Gbps,同時也支援 MU-MIMO 功能。而802.11ac的 MU-MIMO 僅存在 Wave2功能產品之中,且僅支援下行∕下載方向(AP往終端裝置送資料這一段),802.11ax 則包含了上行∕上傳方向(終端裝置往AP送資料)。MU-MIMO 同時服務終端裝置數量也從802.11ac 的4個,提升至802.11ax 的8個。

1024QAM 提升傳輸速度的同時,也對訊號品質有更高的要求,SNR 約需提升6dB。 

1024QAM調變及OFDMA

802.11ax 導入1024QAM 調變,這部分已經有部分的廠商先行在802.11ac晶片當中加入,譬如 Broadcom 支援 NitroQAM 的 BCM4366。802.11ax MCS 部分則是導入10與11,各自分別代表1024QAM 調變、編碼速率3/4,以及1024QAM 調變、編碼速率5/6。OFDMA(正交分頻多工存取)技術與先前802.11a導入的 OFDM(正交分頻多工)背後採行原理相同,均是利用多個子載波相互正交,減少傳輸時的干擾。OFDMA 多出來的A為 Access,讓這些子載波可以分為多組,各組服務1個終端裝置,也就是將傳輸時占用的20/40/80/80+80/160MHz,再往下拆分數個MHz頻段同時分別服務不同的終端裝置,此技術已應用於目前的 LTE 行動網路之中。

Cisco IEEE 802.11ax: The Sixth Generation of Wi-Fi技術白皮書裡嘗試使用Ekahau軟體,推算1024QAM(MCS 10~11)與256QAM(MCS 8~9)的使用距離,圖中橘色小圓圈即為AP存取點。

降低傳輸延遲

與傳統分時多工相比,分頻多工也有降低傳輸延遲的效果。配合上傳 MU-MIMO 一同使用時,AP 可發出1個觸發框架,標示空間流數量、RU大小、功率控制、傳輸起始與結束等資訊,接著讓各個終端裝置同時進行上傳作業。至於終端連線裝置需要多少的RU資源,可以透過 Operating Mode Indication,向 AP 告知下載與上傳欲使用的空間流數量或是頻寬,多空間流與寬頻可以獲得更高的傳輸速率,減少空間流窄頻則能夠減少運作時所消耗的能量,進而提升終端裝置電池續航力。

OFDMA相較OFDM新增分頻多工(不同顏色表示不同STA終端裝置的傳輸數據)。 

有效運用頻寬並避免干擾

為了因應戶外距離拉長,增加各方傳輸訊號延遲,造成隱藏節點空中交通打結的現象,802.11ac 將保護區間拉長為2倍,還額外提供4倍3200ns 專攻戶外或是大範圍密集佈建區域。不過若是單單拉長保護區間,那麼單位時間內可供傳輸的符元持續時間相對比例就會下降,因此802.11ax 的符元持續時間除了過去3200ns,新增6400ns、12800ns兩種。用來抵禦通道間干擾的循環式前綴同樣提高了4倍。

 802.11ax的子載波間距縮小4倍,因而在使用同樣的頻寬之下,子載波數量提升4倍。

動態分段與色碼機制

因應網路封包結構,都會預先將資料固定切成一樣的大小往外傳輸(除了資料不足以填滿分段長度的最後1段)。導入OFDMA之後,因為無法預期會分到幾個子載波數量/RU,固定的分段長度容易造成問題,太長傳輸不完、太短則會造成諸如錯誤檢查碼等負擔太高,淨傳輸資料量下降。在此導入動態分段功能,可以依照分配到的子載波數量/RU自行調整分段長度,以求盡量剛剛好填入子載波數量/RU。802.11ax 亦導入色碼機制,一群相互關聯的 AP 和裝置們使用相同的色碼,若此時監聽到使用其它色碼的傳輸作業,則無視;以白話文簡單描述,就是 CSMA/CA 機制僅作用於同一BSS內部。聰明的你應該也想到,如此將造成傳輸環境更為惡化,可能影響鄰近其它組BSS的運作,因此此一技術也納入功率控制,避免各組 BSS 之間,以及對舊式802.11規格產品的影響。

導入BSS色碼之後,即使紅色149存取點監聽到來自黃、綠、紫存取點的訊號,則因為色碼比對後不相同,因此視149頻道無人使用進而傳輸資料。

省電TWT

為避免無線網路傳輸時的通道監聽與競爭,802.11ax 加入 Target Wake Time 機制,讓通道資源在一定時間之內專屬於1個或是1組上網裝置,其餘上網裝置則進入睡眠狀態省電,等到屬於自己的傳輸時段到來,無線網路才醒來並傳輸資料。除了讓各個上網裝置依據自身需求,向提供服務的 AP 協調 TWT 時間之外,AP 自身也可以預先定義 TWT 時間,再將相關資訊廣播給上網裝置,達到頻寬管理的附加目的。

為抵禦訊號傳輸時的多重路徑導致符元間干擾,因而導入保護區間,而又為了避免空白保護區間破壞正交性導致通道間干擾,於保護區間填入符元尾段資料。

高速更注重頻譜效率

回到開文敘述「高效率無線」網路,讀者可以反思上述802.11ax 標準相較802.11ac 以及前輩們,有多少規格演進著重在傳輸速率的提升?又有多少著墨在提升通道媒體使用效率?就不難發現802.11ax 雖然走在更快速的道路上,但這條高速公路更注重彈性高效率的使用。譬如 Multi-TID AMPDU 讓多個不同流量辨識碼或是QoS的資料,能夠合併在單一傳輸作業當中完成,802.11ac 與之前的無線網路標準均不支援此種作法。

各個上網裝置可以和AP協調TWT時間,無線網路卡唯有在自己的TWT時間才醒來並傳輸資料,其餘時間就休息省電。

適合的採購時機

第一代802.11ax 無線網路產品可以購買嗎?筆者認為需要分成幾點考量:首先就是802.11ax 同時應用在2.4GHz 和5GHz 等各國免費 ISM 頻段,特別是2.4GHz 前次標準802.11n最高速僅有600Mbps(150Mbps x4空間流),轉換成802.11ax 最高8空間流接近2.3Gbps,行動產品經常使用的雙天線∕雙空間流則從802.11n 300Mbps 提升至802.11ax 574Mbps,若是環境關係導致5GHz 訊號貧弱,而大幅仰賴2.4GHz 無線網路,802.11ax 可以帶來不錯的效能增長。

802.11ax的傳輸速度提升僅佔很小的一環,更重要的是解決了過去無線網路傳輸的根本問題。

有線網路頻寬限制

純粹追求速度的使用者可能要小小失望,因為依照目前眾廠商推出的首波802.11ax 產品規格,不少產品還停留在1Gbps,除非使用者都是利用空中介面無線網路相互傳輸資料,否則1Gbps 有線網路並無法餵飽802.11ax 無線網路;802.3ad Link Aggregation 或許能夠幫點小忙,但主要瓶頸在於交換器晶片和無線網路晶片之間的頻寬,此外支援 Link Aggregation 交換器不普及也是個問題。若是家中有許多裝置需要同時上網,爸爸看 Netflix、媽媽看愛奇藝、哥哥玩遊戲、妹妹直播當網紅,802.11ax 導入的上傳 MU-MIMO、OFDMA 等機制,能夠更好的解決多個使用者同時傳輸的情況,當然值得玩家加入802.11ax 的行列,但也要無線路由器、無線存取點與連網裝置均支援802.11ax 才行。或許等到家中筆電、手機規格均升級成802.11ax 之時,再順便升級家中無線路由器會更為划算。

Wi-Fi 6 / 802.11ax規格完全解析- 不只高速傳輸,更注重有效率使用

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