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difference between 11ac wave1 and wave2 | 11ac-wave1 vs 11ac-wave2

什么是802.11ac和802.11ac Wave2 - 华为

Notes｜802.11ac Wave1与Wave2 - 知乎 

802.11ac-wave1

2013年，IEEE发布了802.11ac标准，在Wave2出来之后，这一版也被称为802.11ac Wave1。对比802.11n最主要的变化为：

频段：802.11ac仅工作在5GHz。2.4GHz频段继续沿用802.11n标准。

信道：加入了对80MHz信道宽度的支持。也就是可以工作在20MHz、40MHz和80MHz三个信道宽度下。

OFDM：802.11ac Wave1的调制方式依旧为MIMO-OFDM，最高调制变为256-QAM，从802.11n的64-QAM升高到了256-QAM。

速率： 由于256-QAM是8bit，而64-QAM是6bit，调制效率提升了33%。

• 在20MHz和3/4编码率下，单条数据流的最高速率为86.7Mbit/s。（在256QAM下，20MHz不支持5/6编码率。）
• 在40MHz和5/6编码率下，单条数据流的最高速率为200Mbit/s。（从802.11n的150Mbps提升至200Mbps（4/3倍），提升了33%。）
• 在80MHz和5/6编码率下，单条数据流的最高速率为433.3Mbit/s。
• 802.11ac Wave1标准下，MIMO理论上最高支持八条数据流，也就是8x8 MIMO。在8x8 MIMO和80MHz下，最高速率为3.47Gbit/s。也就是说，802.11ac Wave1标准理论下的最高速率为3.47Gbit/s。
• 但是实际上，由于芯片技术的限制，Wave1的芯片只开发到了支持3x3 MIMO。也就是说，装备了3x3 MIMO和支持802.11ac Wave1标准的设备，最高速率为1.3Gbit/s。

802.11ac-wave2

2016年，IEEE发布了802.11ac Wave2。对比802.11ac Wave1最主要的变化为：

信道：加入了对160MHz（80MHz+80MHz）信道宽度的支持。可以是连续的160MHz，或者两个非连续的80MHz。也就是可以工作在20MHz、40MHz、80MHz、160MHz、80MHz+80MHz五种信道宽度下。

MU-MIMO：802.11ac Wave2第一次引入了MU-MIMO技术。同时引入了Beamforming技术。

速率：

• 20MHz、40MHz和80MHz下的速率和802.11ac Wave1一致。
• 在160MHz（80MHz+80MHz）和5/6编码率下，单条数据流的最高速率为866.7Mbit/s。
• 802.11ac Wave2标准下，MIMO理论上同样最高支持八条数据流，也就是8x8 MIMO。在8x8 MIMO和160MHz下，最高速率为6.9Gbit/s。也就是说，802.11ac Wave2标准理论下的最高速率为6.9Gbit/s。
• 但是实际上，由于芯片技术的限制，Wave2的芯片只开发到了支持4x4 MIMO，也就是说，装备了4x4 MIMO和支持802.11ac Wave2标准的设备，最高速率为3.47Gbit/s。

802.11ac Wave2 VS 802.11ac Wave1 VS 802.11ac

Feature	802.11ac Wave1(WFA)	802.11ac Wave2(WFA)	802.11ac(IEEE)
Band	5GHz	5GHz	5GHz
MIMO	Single User(SU)	Multi User(MU)	Multi User(MU)
Channel Width	20、40、80MHz	20、40、80、80+80、160MHz	20、40、80、80+80、160MHz
Modulation	256QAM	256QAM	256QAM
Spatial Streams	3	4	8
PHY Rate	1.3Gbps	3.47Gbps	6.9Gbps
MAC Throughput 说明： 假设MAC效率为65%。	845Mbps	2.26Gbps	4.49Gbps

从上表可以发现，与802.11ac Wave1相比，802.11ac Wave2的变化主要体现在支持多用户MIMO、支持更大的信道带宽、支持更多的MIMO流。802.11ac Wave2的这种变化，带来了更多的用户接入能力、更灵活的带宽组合和更大的吞吐率能力。

• 支持多用户MIMO（MU-MIMO）

  802.11ac Wave1只支持单用户MIMO，AP一次同时只能与一个用户通信。而802.11ac Wave2可以支持多用户MIMO，一次同时可以与几个用户通信。多用户MIMO可以增加终端接入数，在“全无线”、“物联网”和“单用户多终端”时代可以更好的应对大量终端接入带来的挑战。

• 最大可支持160MHz（连续160MHz或者2个不连续80MHz组合）

  802.11ac Wave1最大可以支持80MHz信道带宽，而802.11ac Wave2最大可以支持到160MHz信道带宽，并且160MHz可以是连续的信道带宽，也可以是不连续的2个不连续的80MHz信道的。这种变化带来了更大的峰值吞吐率，同时也带来了信道组合的灵活性。在大信道带宽场景下，也可以提高5G频段信道的利用率。

• 最多可支持4条的MIMO流。

  802.11ac Wave1最大可以支持3条MIMO流，而802.11ac Wave2最大可以支持4条MIMO流。MIMO流数的增加可以增加用户的峰值吞吐率，或者提升覆盖范围。

信道带宽和MIMO流的增加，提升了802.11ac Wave2的吞吐率。峰值吞吐率从802.11ac Wave1时代的1.3Gbps（3条流），增加到802.11ac Wave2时代最大可支持3.47Gbps（4条流）。

从上面的表中我们还可以发现，WFA认证的802.11ac Wave2产品与IEEE制定的802.11ac标准仍然存在少许差距（主要是MIMO流数），这是由于将标准落入产品需要考虑实现的成本（复杂度）。

802.11ac Wave2的关键技术

在802.11ac Wave2中，最主要的两个变化是引入了MU-MIMO以及支持可绑定的更大信道带宽。

支持可绑定的更大信道带宽

在IEEE的802.11n协议中，可以支持20MHz和40MHz两种带宽。其中20MHz信道带宽是必选的，40MHz信道是可选的。在IEEE的11ac协议中，可以支持20MHz、40MHz、80MHz、80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz，其中20MHz、40MHz、80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的。在WFA的802.11ac Wave1阶段，支持20MHz、40MHz、80MHz；在WFA的802.11ac Wave2阶段，增加支持160MHz，并且160MHz可以是连续的，也可以通过不连续的非重叠带宽绑定实现。下图为北美频谱为例，给出了802.11ac Wave1、802.11ac Wave2、802.11n以及802.11a的对比。

图1-12 802.11ac Wave2信道带宽

在上图中可以发现：如果是20MHz，有25个信道；如果是40MHz，有12个信道；如果是80MHz，有6个信道；如果是160MHz，有2个连续信道。160MHz的信道也可以通过非重叠的2个80MHz信道绑定而成。这种绑定非常灵活，比如在上图中，如果想避开雷达信道，可以使用非雷达信道的2个80MHz的信道绑定成一个160MHz的信道使用。在80MHz+80MHz绑定模式下，最多可以支持如图1-13所示的13种绑定方式。

图1-13 802.11ac Wave2 80MHz+80MHz信道组合

更大的带宽意味着可以提供更大的信道带宽，同时提供的信道绑定特性也可以将不同的信道绑定在一起。信道绑定的特性可以灵活有效的规避一些干扰，同时也可以提高零散信道的利用率。

与HT20、HT40和HT80信道一样，每一个HT160也是由一个主信道（Primary 80MHz channel）和一个辅信道（Secondary 80MHz channel）两部分组成。如图1-14所示，在80MHz的内也分为主40MHz和辅40MHz；在40MHz信道内也分为主20MHz和辅20MHz。

图1-14 802.11ac Wave2 HT160信道组成

支持MU-MIMO

单用户MIMO可以大大增加单用户的吞吐率，但现网中大量终端（尤其是移动智能终端）仍然单流。单流的终端相对于多流的终端传输相同的大小的数据需要占用更多的空口时间，因此单流终端也成了提升接入用户数的一个瓶颈。多用户MIMO是解决这问题的一个好办法。在不改变用户带宽和频率的情况下，在同一时刻，一个AP可以同时给多个用户（最多支持4个用户）发送不同的数据。比如在下图中，给出了一个支持4*4 MIMO的AP和一个只支持1*1 MIMO的终端通信时的对比。在单用户MIMO场景下，在AP的每根天线上都是发送的相同一份数据。虽然说不同天线发送相同的数据会带来分集增益，但收益是有限的。而在多用户MIMO场景下，在AP的每根天线上发送不同的数据（不同的天线对应不同的用户），就单个AP来说，可以发送4份不同的数据，效率比单用户MIMO提升了4倍。

图1-15 单用户MIMO与多用户MIMO对比

多用户MIMO同样也可以在支持多流终端和单流终端混合场景下的多用户MIMO。比如在下图中，给出了1个双流终端与2个单流终端混合的场景，以及2个双流终端混合的场景。

图1-16 不同MIMO能力终端混存示意

MU-MIMO是Wave2阶段的一种非常显著的特征，其实现需要依赖于Explicit TXBF（显示波束成形，需要终端支持）功能。这是由于当AP在相同的频率同时给多个用户发送数据时，每个用户流收到的发给其他用户的流的信号对其来说就是一种干扰。因此，多用户MIMO需要TXBF的协助其完成信道探测，根据反馈的矩阵在发送端使用预编码技术消除这种干扰。

图1-17 3*3 MIMOAP与3个1*1 MIMO终端MU-MIMO通信示意

上图给出了1个3*3 MIMO的AP与3个1*1 MIMO形成多用户MIMO的示意。AP为了获得每个终端的信道信息，会为每个终端发送一个Sounding帧，终端将收集到的信道信息反馈给AP。这样AP就获取到了3个终端对应的信道信息，在发送时通过预编码的技术形成波束成形，在用户所在方向形成最强信号，而在其他方向（包括其他用户所在方向）形成弱信号。这样既达到了覆盖效果，也抑制对其他用户干扰。

多用户MIMO只支持下行，且最多只能同时给4个用户传输数据。而对于用户的上行数据仍然采用一个一个发送的方式，不能并发，即，不支持上行多用户MIMO。当需要同时传输的用户数据不一样大时，需要通过Frame Padding对并发数据补齐。同时Scheduled BA机制，对每个用户回复的ACK进行调度，使得ACK一个一个的发送。

MU-MIMO提升了多用户并发能力，增加了单个AP并发的用户数。尤其在单流终端的应用场景中，可以增加并发用户数，明显增加AP的下行吞吐量。当多用户传输时，流之间存在的干扰会影响高阶调制方式的使用，例如在多用户传输时很难使用256QAM这种高阶的调试方式。