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這一項未來黑科技,華為用上了蘋果卻沒趕上

根據來自GSMA的資料顯示, 在一個典型的四口之家使用環境中, 2012年平均的Wi-Fi終端數量只有8個, 在2017年時則達到24個, 而到2020年時, 此類家庭使用環境中的Wi-Fi數量至少可以達到50個。 應用場景包括:高清電視、智慧媒體機、遊戲機, 以及物聯網智慧家居應用, 例如溫控器、音響、門鎖, 甚至煙霧報警器等類似設備, 都可以直接連接到Wi-Fi網路和雲端服務。

然而技術的應用和服務的類型是非常多元化的, 既包括對高頻寬、低時延要求比較苛刻的應用, 比如4K視頻;也包括對頻寬要求並不高, 但需要連接比較可靠穩定的應用, 比如物聯網應用;還包括一些其他類型的應用。 在高密度使用場景下, 現有Wi-Fi網路就會出現共用通道使用干擾問題, 其有限的輸送量也會給城市熱點或園區覆蓋帶來盲點。

Wi-Fi迎來前所未有的技術變革

Qualcomm Technologies產品管理總監Jason Tao認為, 作為Wi-Fi網路今後的演進, 最關鍵的一點是整個網路的容量是否能夠滿足應用的需要,

而並非在Wi-Fi網路裡某一個節點連到AP, 能發送最快的速率是多少。 換言之, 絕對的高速率並不是最關鍵的點, 關鍵點在於如何為所有的使用者提供所有的資料, 且品質都能滿足他們對於服務的需求, 所以這是關於總體網路容量的問題。 因此, 下一代Wi-Fi網路, 無論是網路建設、終端設備、晶片研發, 都應該圍繞著網路容量的擴展和網路效率的角度來開展部署。

在這樣的背景下, Qualcomm認為802.11ax技術能夠很好的解決上述問題。 它在網路容量上, 相比以前最高層級的802.11ac技術還能再提高4倍;使用效率也能得到提高(包括多用戶使用效率和頻寬使用效率);另外, 802.11ax技術也可以改善Wi-Fi網路覆蓋和性能,

不管對於AP近距離、中距離還是遠距離, 都可以有效提高Wi-Fi網路覆蓋。

為高密度連接而設計的11ax

802.11ax技術是如何實現這些呢?Jason Tao認為可以從四個方面來理解:

802.11ax技術能使每個AP同時接入服務的終端數量有所提高。 通常大家通過零售管道/家用的主流路由器, 同時接入十幾個終端時,

可能就對Wi-Fi產生一些挑戰, 使用效果與體驗就會逐漸變差。 而802.11ax技術專門引入了一些新的特性, 令同一個伺服器可以同時服務多個終端, 這方面相較前代有所提高。

在高密度使用場景下, 如果有多個AP, 802.11ax在密集型環境裡能幫助多個AP之間互相協調, 使得共用通道上的AP也能更合理地利用通道頻寬。

上行鏈路的管理。 在802.11ax技術之前, 如802.11n和802.11ac, 對於上行鏈路資源的調度都是依靠隨機競爭頻寬的。 而802.11ax技術中的新協議增加了一些能夠對終端之間進行協調, 以及上行鏈路資源管理調度方面的功能。

對於多種資料流程的不同類型, 如何能同時兼顧高資料量的需求, 又能穿插顧及到物聯網設備即時性要求高、但資料流程量不是很大的需求。

如何混合進行業務操作, 802.11ax技術對於這方面也進行了加強。

802.11ax成功的關鍵

8×8 MU-MIMO(多用戶多輸入多輸出)和OFDMA(正交頻分多址)的引入, 是802.11ax成功的關鍵。

此前, 802.11ac Wave 2的一個主要特性就是MU-MIMO, 當時在11ac裡面, 網路通訊協定能實現的功能就是11ac Wave 2的AP可以同時向多個支援MU-MIMO的用戶端發送資料包, 11ac當時支援的最大規格是4×4 MU-MIMO, 同時可以向4個終端共用下行的MU-MIMO資料包。 另外當時在11ac的規範裡只有下行的MU-MIMO功能。

現在的11ax有兩個方面的提高:第一是上行和下行都可以支援MU-MIMO, 不僅是從AP向終端發送資料包的時候可以一個資料包同時面向多個終端節點發送, 同時這幾個終端節點也能夠協調, 同時向AP端、網路上行發送資料包。 資料包同時到達AP, AP也能夠解碼、同時接收所有的資料包, 因此效率就有所提高。以前最大的規格只支援到4×4 MU-MIMO,現在是8×8 MU-MIMO。以前每個資料包每次只能把4個終端組合在一起,現在可以把8個組合在一起。當然這並不是說MU-MIMO網路裡只有4個或者8個終端,而是每一個幀(Frame)裡面最多可以有4到8個終端,整個網路的容量達到上百個是沒有問題的,這就明顯提高了效率。

而在調製方式方面,11ac甚至之前的Wi-Fi採用的都是OFDM的調製方式,新增加的OFDMA調製方式能同時支援上行和下行。以前相當於在同一個幀裡只有一個標準的資料包,傳給用戶端的時候不管幀的大小,從網路通訊協定的角度來看,在通道發送方面額外的系統開銷(overhead)都是一樣的。而OFDMA是在蜂窩應用中已經普遍應用的技術,它主要的優勢功能是把各種大小的資料包從調製的角度組合在一起,系統開銷可以通過共用而降低,因而效率得到提高,這是一個很重要的演進。

另一方面,OFDMA的符號的長度也變長了,每一個調製信號的符號長度變成以前11ac的4倍。調製的長度越長,在多路徑(Multipath)的情況下,AP端、用戶端就能有更多的機會可以充分利用多路徑,通過更寬的視窗把不同角度反射過來的信號組合在一起。這就使得在實際應用場景中,特別是遠距離傳輸的時候,在多路徑比較強的情況下,解碼能力增強,接受的穩定性也更大了。另外,現在的調製可以支援1024QAM,之前最高只支援到256QAM,調製碼的密度越大,承載的資料量也就越大,這比以前提高了2到3倍。

性能的提升使得11ax成為城市密集使用場景(例如出租公寓樓、公寓社區和多棟式住宅)和企業級應用的不二之選,並且對運營商網路分流起到了重要的輔助作用。眾所周知,LTE網路對移動終端的上網和資料流程量方面確實起到了很大的改善作用,但LTE的網路對運營商來說不管是頻寬還是網路的部署都比較昂貴,所以很多情況下運營商都願意把其中一部分業務分流到Wi-Fi網路上,因為Wi-Fi網路相對更加經濟實惠。但之前的Wi-Fi網路存在穩定性或者頻寬上的挑戰,隨著11ax技術的演進,從LTE網路分流過來的應用場景的用戶體驗會比以前更好。

高通端到端802.11ax Wi-Fi組合

今年2月,作為業界首家提供AP端和終端晶片的端到端802.11ax Wi-Fi組合方案的廠商,高通發佈了IPQ807x和QCA6290兩款晶片,前者面向AP端,後者面向用戶端。9月初,華為在全連接大會期間發佈了X-Gen Wi-Fi產品,率先支援11ax標準,採用的就是Qualcomm晶片。

高通端到端802.11ax Wi-Fi組合

IPQ807x的主要特性是容量的提升達到了4倍,因為晶片可以支援8×8 MIMO,這對現有的、甚至是仍在演進過程中,還沒有轉換到11ac的終端使用者體驗有所提高,可以讓這些傳統終端使用者的速度得到提升、覆蓋面也有所改善。IPQ807x是一個高度集成的方案,裡面既包括了Wi-Fi的射頻、基帶的部分,也包含了功能非常強大的CPU平臺,通過一個主晶片的解決方案就可以進行網路優化和管理,完成智慧型網路管理。這不但降低了系統功耗,還使得OEM廠商在做新的設計方案時,在產品外形和應用場景的設計上具備更多的靈活性。

QCA6290的規格是2×2(2.4GHz)+ 2×2(5GHz),可實現雙頻併發,最大輸送量可達1.8Gbps。單顆用戶端晶片輸送量達到千兆級,這在11ac時代是不可想像的。此外,相比802.11ac wave-2,QCA6290的功耗降低約2/3。

因此效率就有所提高。以前最大的規格只支援到4×4 MU-MIMO,現在是8×8 MU-MIMO。以前每個資料包每次只能把4個終端組合在一起,現在可以把8個組合在一起。當然這並不是說MU-MIMO網路裡只有4個或者8個終端,而是每一個幀(Frame)裡面最多可以有4到8個終端,整個網路的容量達到上百個是沒有問題的,這就明顯提高了效率。

而在調製方式方面,11ac甚至之前的Wi-Fi採用的都是OFDM的調製方式,新增加的OFDMA調製方式能同時支援上行和下行。以前相當於在同一個幀裡只有一個標準的資料包,傳給用戶端的時候不管幀的大小,從網路通訊協定的角度來看,在通道發送方面額外的系統開銷(overhead)都是一樣的。而OFDMA是在蜂窩應用中已經普遍應用的技術,它主要的優勢功能是把各種大小的資料包從調製的角度組合在一起,系統開銷可以通過共用而降低,因而效率得到提高,這是一個很重要的演進。

另一方面,OFDMA的符號的長度也變長了,每一個調製信號的符號長度變成以前11ac的4倍。調製的長度越長,在多路徑(Multipath)的情況下,AP端、用戶端就能有更多的機會可以充分利用多路徑,通過更寬的視窗把不同角度反射過來的信號組合在一起。這就使得在實際應用場景中,特別是遠距離傳輸的時候,在多路徑比較強的情況下,解碼能力增強,接受的穩定性也更大了。另外,現在的調製可以支援1024QAM,之前最高只支援到256QAM,調製碼的密度越大,承載的資料量也就越大,這比以前提高了2到3倍。

性能的提升使得11ax成為城市密集使用場景(例如出租公寓樓、公寓社區和多棟式住宅)和企業級應用的不二之選,並且對運營商網路分流起到了重要的輔助作用。眾所周知,LTE網路對移動終端的上網和資料流程量方面確實起到了很大的改善作用,但LTE的網路對運營商來說不管是頻寬還是網路的部署都比較昂貴,所以很多情況下運營商都願意把其中一部分業務分流到Wi-Fi網路上,因為Wi-Fi網路相對更加經濟實惠。但之前的Wi-Fi網路存在穩定性或者頻寬上的挑戰,隨著11ax技術的演進,從LTE網路分流過來的應用場景的用戶體驗會比以前更好。

高通端到端802.11ax Wi-Fi組合

今年2月,作為業界首家提供AP端和終端晶片的端到端802.11ax Wi-Fi組合方案的廠商,高通發佈了IPQ807x和QCA6290兩款晶片,前者面向AP端,後者面向用戶端。9月初,華為在全連接大會期間發佈了X-Gen Wi-Fi產品,率先支援11ax標準,採用的就是Qualcomm晶片。

高通端到端802.11ax Wi-Fi組合

IPQ807x的主要特性是容量的提升達到了4倍,因為晶片可以支援8×8 MIMO,這對現有的、甚至是仍在演進過程中,還沒有轉換到11ac的終端使用者體驗有所提高,可以讓這些傳統終端使用者的速度得到提升、覆蓋面也有所改善。IPQ807x是一個高度集成的方案,裡面既包括了Wi-Fi的射頻、基帶的部分,也包含了功能非常強大的CPU平臺,通過一個主晶片的解決方案就可以進行網路優化和管理,完成智慧型網路管理。這不但降低了系統功耗,還使得OEM廠商在做新的設計方案時,在產品外形和應用場景的設計上具備更多的靈活性。

QCA6290的規格是2×2(2.4GHz)+ 2×2(5GHz),可實現雙頻併發,最大輸送量可達1.8Gbps。單顆用戶端晶片輸送量達到千兆級,這在11ac時代是不可想像的。此外,相比802.11ac wave-2,QCA6290的功耗降低約2/3。

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