WiFi容量扩增4倍 高通802.11ax深度解读

2017年09月11日 07:19 中关村在线

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  伴随着含苞待放的千兆级LTE网络和已见雏形的5G,高速便捷的蜂窝网络已经大跨步的成为手机亲密无间的伙伴,很少有人出门就迫不及待的寻找Wi-Fi网络。蜂窝网络在实际体验中已经追上Wi-Fi,但这并不意味着Wi-Fi技术没有发展。目前我们普遍使用的还是802.11ac技术,它在近几年成为市场主流。今年2月,高通发布了最新的802.11ax产品解决方案,它在5GHz频段上可以带来高达10.53Gbps的Wi-Fi连接速度。近日高通向我们分享了它们全新的进展。

Qualcomm Technologies产品管理总监Jason TaoQualcomm Technologies产品管理总监Jason Tao

  技术的推陈出新,一定会要契合市场发展的趋势,之前我们一直在追求Wi-Fi网络峰值速度的提升。不过单位家庭接入Wi-Fi网络设备的数量发生了有趣的变化,一个四口之家在2012年还只有8个Wi-Fi终端,到了2017年已经攀升至24个,三年之后至少要达到50个。除了手机和笔记本,电视机、游戏机和各种智能家居设备将以指数级出现在你的客厅里。

  自己观察你会发现,家庭设备对网络的需求呈现两极分化。一方面,4K视频对Wi-Fi有着高带宽、低延时的严苛要求;另一方面,大部分新生网络设备对网速要求并不高,但需要持续稳定的接入,比如物联网设备。

  如果放眼到家庭环境以外,我们的办公楼、教室等对网络也有了新变化。比如在办公楼除了办公电脑,还有一大堆的手机、平板还在使用Wi-Fi,这就会出现多个AP节点之间的干扰,网络非常密集时,就会出现网络被挤掉,看视频卡顿的现象。另外随着智慧城市的建设,园区范围的Wi-Fi建设也面临着瞬时高密度网络的需求挑战,比如节假日风景区Wi-Fi基本瘫痪。

  这就要求Wi-Fi技术根据需求的变化进行升级优化。

  对于这些问题,高通认为,作为Wi-Fi网络今后的演进,最关键的一点是整个网络的容量是否能够满足应用的需要,而并非在Wi-Fi网络里某一个节点连到AP,能发送最快的速率是多少。换言之,绝对最高的速率并不是最关键的点,关键点在于如何为所有的用户提供所有的数据,且质量都能满足他们对于服务的需求,所以这是关于总体网络容量的问题。

  下一代Wi-Fi网络,无论是网络建设、终端设备,还是芯片研发的今后发展目标,都应该围绕着网络容量的扩展和网络效率的角度来开展部署。这就是高通对802.11ax标准的一些思考。

  因此高通推出的802.11ax的产品解决方案,主要从以下四个方面解决问题:

  1、 802.11ax技术能使每个AP同时接入服务的终端数量有所提高。通常大家通过零售渠道/家用的主流路由器,同时接入十几个终端时,可能就对Wi-Fi产生一些挑战,使用效果与体验就会逐渐变差。而802.11ax技术专门引入了一些新的特性,令同一个服务器可以同时服务多个终端,这方面相较前代有所提高。

  2、在高密度使用场景下,如果有多个AP,802.11ax在密集型环境里能帮助多个AP之间互相协调,使得共享信道上的AP也能更合理地利用信道带宽。

密集型环境里能帮助多个AP之间互相协调密集型环境里能帮助多个AP之间互相协调

  3、上行链路的管理。在802.11ax技术之前,如802.11n和802.11ac,对于上行链路资源的调度都是依靠随机竞争带宽的。而802.11ax技术中的新协议增加了一些能够对终端之间进行协调,以及上行链路资源管理调度方面的功能。

  4、   对于多种数据流的不同类型,如何能同时兼顾高数据量的需求,又能穿插顾及到物联网设备即时性要求高、但数据流量不是很大的需求。如何混合进行业务操作,802.11ax技术对于这方面也进行了加强。

  我们可以看到802.11ax技术对整体网络的效率和容量都能有提高,那它又是如何实现的呢?高通也向我们分享了一些细节。

  一个是8×8 MU-MIMO(多用户多输入多输出), 11ac当时支持的最大规格是4×4 MU-MIMO,同时可以向4个终端共享下行的MU-MIMO数据包。另外当时在11ac的规范里只有下行的MU-MIMO功能。现在的11ax有两个方面的提高:第一是上行和下行都可以支持MU-MIMO,不仅是从AP向终端发送数据包的时候可以一个数据包同时面向多个终端节点发送,同时这几个终端节点也能够协调,同时向AP端、网络上行发送数据包。

技术关键点技术关键点

  另外一个重要的演进是OFDMA的加入。之前的11ac甚至之前的Wi-Fi采用的都是OFDM的调制方式,现在多了一个新的调制方式叫OFDMA,并能同时支持上行和下行。以前相当于在同一个帧(Frame)里只有一个标准的数据包,传给客户端的时候不管帧(Frame)的大小,从网络协议的角度来看,在信道发送方面额外的系统开销(overhead)都是一样的。

  而OFDMA是在蜂窝应用中已经普遍应用的技术,它主要的优势功能是把各种大小的数据包从调制的角度组合在一起,系统开销(overhead)可以通过共享而降低,因而效率得到提高,这是一个很重要的演进。

  另一方面,OFDMA的符号的长度也变长了,每一个调制信号的符号长度变成以前11ac的4倍。调制的长度越长,在多路径(Multipath)的情况下,AP端、客户端就能有更多的机会可以充分利用多路径,通过更宽的窗口把不同角度反射过来的信号组合在一起。这就让实际应用场景中,特别是远距离传输的时候,在多路径比较强的情况下,解码能力增强,接受的稳定性也更大了。

  另外,现在的调制可以支持1024-QAM,之前最高只支持到256-QAM,调制码的密度越大,承载的数据量也就越大,这比以前提高了2到3倍。

  产品方面,高通表示正在向市场推广的8×8 MI-MUMO 11ax的芯片与现在Qualcomm主流的11ax Wave2 4x4 MU-MIMO产品相比,覆盖和吞吐量的效率整体提高4倍以上。

8×8 MI-MUMO 11ax的芯片8×8 MI-MUMO 11ax的芯片

  在今年2月份高通面向业界发布了IPQ807x和QCA6290这两款芯片。在AP端高通推出了IPQ807x系列,根据不同的应用场景和规格包括IPQ8074等不同规格产品。在终端侧面向笔记本电脑、手机、车载应用等等,在终端侧的解决方案是QCA6290,配合AP端高通提供了一个完整的11ax解决方案。

  尽管802.11ac还在普及的道路上,不过802.11ax的前景随着物联网和智慧城市的大举推进,很快将会显示出它的用武之地,我们期待这一天快点到来。    

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