高通:為什麼說 802.11ax 會成為下一代 Wi-Fi 技術標準

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 20 日 11:30 | 分類 物聯網 , 網路 , 網通設備 follow us in feedly

研發 Wi-Fi 連接技術、試圖佔領上游市場並逐步控制物聯網時代話語權,是高通一直以來的布局。



2017 年 2 月,高通宣布推出兩款支援下一代標準──802.11ax 的 Wi-Fi 解決方案,其中包括面向網路基礎設施的 IPQ8074 系統級晶片(SoC)和面向客戶裝置的 QCA6290,藉此,高通成為首家發表支援 802.11ax 的端到端商用解決方案公司。

7 個月後,Qualcomm Technologies 產品管理總監 Jason Tao 表示,經過這段時間的布局,11ax 最終在消費類、企業級和營運商的應用正在逐步落地。

實際上,早在 2016 年 5 月,高通便推出面向家庭用戶的 802.11ac 三頻平台,整合兩個 5GHz 頻段與一個 2.4GHz 頻段,該方案可以在使用多種 Wi-Fi 技術的家庭場景中,智慧分配裝置的頻段,優先為支援 802.11ac 的裝置提供更穩定的頻寬,額外多出來的頻段則可以用來拓展網路節點。

Jason Tao 表示,目前來講,用戶使用比較普遍的已經是 802.11ax 技術了,但從整個 Wi-Fi 技術發展的角度來看,802.11ax 技術的關鍵點在於其能夠提高網路的容量及效率。

為什麼 802.11ax 會成為下一代?

Jason Tao 表示,Wi-Fi 網路今後的演進過程中,最關鍵的一點是整個網絡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,絕對最高的速率並不是最關鍵的點,關鍵點在於如何為所有的用戶提供所有的數據,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。

802.11ax 技術如何擴充網路容量?

802.11ax 技術能使每個 AP 同時接入服務的裝置數量有所提高。通常大家透過零售通路 / 家用的主流路由器,同時接入十幾個裝置時,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,讓同一個伺服器可以同時服務多個裝置,這方面相較前代有所提高。

  1. 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,使得共享信道上的 AP 也能更合理地利用信道帶寬。
  2. 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裝置之間進行協調,以及上行鏈路資源管理調度方面的功能。
  3. 對於多種數據流的不同類型,如何能同時兼顧高數據量的需求,又能穿插顧及到物聯網裝置即時性要求高、但數據流量不是很大的需求。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。

所以,能解決單 AP 的接入數量,同時多 AP 相互協調;上行時各個接入點之間在頻寬鏈路進行資源調度,對承載的業務進行合理的流量分配管理,我們就可以看到 802.11ax 技術對整體網路的效率和容量都能有提高。

與 11ac 相比,11ax 具備的新的關鍵技術特徵?

一個是 8×8 MU-MIMO(多用戶多輸入多輸出)。之前 802.11ac Wave 2 的一個主要特性就是 MU-MIMO,當時在 11ac 裡面,網路協議能實現的功能就是 11ac Wave 2 的 AP 可以同時向多個支援 MU-MIMO 的客戶端發送數據包,11ac 當時支援的最大規格是 4×4 MU-MIMO,同時可以向 4 個裝置共享下行的 MU-MIMO 數據包。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 向終端發送數據包的時候可以一個數據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、網路上行發送數據包。數據包同時到達 AP,AP 也能夠解碼、同時接收所有的數據包,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。以前每個數據包每次只能把 4 個裝置組合在一起,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 8 個終端,而是每一個幀(Frame)裡面最多可以有 4 到 8 個裝置,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。

另外一個重要的演進是 OFDMA 的加入。之前的 11ac 甚至之前的 Wi-Fi 採用的都是 OFDM 的調製方式,現在多了一個新的調製方式叫 OFDMA,並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數據包,傳給客戶端的時候不管幀的大小,從網路協議的角度來看,在信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數據包從調製的角度組合在一起,系統開銷(overhead)可以透過共享而降低,因而效率得到提高,這是一個很重要的演進。

同時,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、客戶端就能有更多的機會可以充分利用多路徑,透過更寬的窗口把不同角度反射過來的信號組合在一起。這就讓實際應用場景中,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 1024-QAM,之前最高只支援到 256-QAM,調製碼的密度越大,承載的數據量也就越大,這比以前提高了 2 到 3 倍。

總體來講,這些相應的技術組合在一起就使 11ax 整體的技術性能在多個 AP 之間互相協調,在網路頻寬的應用方面更有效率。

11ax 的優勢能在哪些具體應用場景中凸顯出來?

一是城市裡面密集度非常高的使用環境,11ax 對辦公、公寓、密集型住宅甚至室外的應用都有很大的提高。

二是企業級的應用,這也是現在非常看好的最早採納 11ax 技術的應用場景之一。因為企業級應用基本把所有的關鍵業務都搬到了 Wi-Fi 網路,有線網路連接已經很少見了。無論是終端的設備接到雲端,還是應用於教育領域的電子課室都是在 Wi-Fi 網路上實現的。11ax 使這些服務比以前的可靠度更高,支援的客戶端數量也更大。比如說電子教室,以前如果是 100 多名學生的大課授課形式,傳輸視頻或是上下行的交互挑戰都比較大,11ax 會使應用場景的可靠度和使用效果有很好的提升。

第三,新增應用場景是對營運商網路分流起到了重要的輔助作用。Jason Tao 表示,LTE 網路對行動裝置的上網和數據流量方面確實發揮了很大的改善作用,但 LTE 的網路對營運商來說,不管是頻寬還是網路的部署都比較昂貴,所以很多情況下營運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。

除了以上幾個技術核心問題,以下整理了與 Jason Tao 幾個細節問答。

問:家用和消費級的應用會是 11ax 的核心應用嗎?

:剛才提到了 11ax 在城市高密度的使用場景實際上指的就是家用、在居家環境下的使用。在密集的樓房裡,很多人家裡不只是一台 Wi-Fi AP,或者是樓房很密集的情況下,鄰里之間也有很多 AP。這就是指的家用。所以從消費級到企業級、到營運商級,我們認為 11ax 都可以很好地支援這些使用場景。另外,11ax 還同時支援 2.4GHz 和 5GHz,這樣使得在一般的家用場景下,部署使用就更靈活,包括 2.4GHz 頻段上的服務也可以慢慢地演進到 11ax。

問:11ax 在 2.4G 上可以實現多少速率提升?

:這個可能要具體算一下。相較於之前 11ac,11ax 有了 MU-MIMO 和 OFDMA 的提升。但如果從絕對的速率來講,這個提升的幅度並不一定說是幾倍,但好處是容量高了很多。因為 2.4GHz 的一個主要挑戰就是頻寬非常窄,只能跑 40MHz 頻寬,那怎麼能把這 40MHz 頻寬應用的更合理,這是最重要的,頻段佔得太寬就會影響佈網。

問:11ad 和 11ax 有什麼關係呢?它是一個過渡技術嗎?

:其實這不是一個過渡產品。11ax 相當於是 11ac 的演進,因為它們主要是在 2.4GHz 和 5GHz 這樣通用的 Wi-Fi 頻段工作,而 11ad 是在 60GHz 的頻段工作運行,頻段不一樣,所以一些基本的技術也不太一樣。雖說在很多的國家和區域這都是免許可頻段(Unlicensed band),但頻寬不一樣。11ad 會另有一套演進的路徑,接下來會發展到 11ay;而 11ac 的下一代演進就是 11ax,可以說是並行演進。

問:11ad 的宣傳中突出的是支援 AR / VR 傳輸、8K 影片等,強調的是超高速率。而 11ax 的速度也不慢,為什麼突出的重點是覆蓋?

:對,11ax 的速度對於有高頻寬需求的、諸如 VR / AR 的傳輸場景,肯定也都能有很好的提升。如剛才提到,11ad 與 11ax 兩種技術應用的頻段不一樣,60GHz 有一些比較獨特的地方,比如說在干擾方面的挑戰可能比 2.4GHz 和 5GHz 要少一些。

另外,11ad 的波束成型(beamforming)技術能使得網路傳輸的時候(如 VR 應用情況下),對高頻寬有很好的保障。而做為這項技術本身的特性,從應用層到 mac 層,底層的技術決定了它整體的延時性也比較低。所以說,11ad 在現有技術上確實是非常適合 VR / AR 應用的。11ax 從 11ac 演進而來,單個節點的速度提升當然很重要,但在 11ax 裡主要的技術提升,包括 MU-MIMO 和 OFDMA,都是解決容量提升的問題。

問:11ax 做為 11ac 的演進,它的穩定性如何?

: 這裡的穩定性主要指遠距離的用戶體驗怎麼樣。

做為 11ax 來講,因為還是在 2.4GHz 和 5GHz 上,所以訊號傳輸的基本特性是不變的。剛才為什麼說 11ax 能擴展覆蓋範圍呢?比如說 11ax 有更長的 OFDMA 符號,就對遠距離傳輸有了進一步改善,透過這樣的途徑使覆蓋範圍擴大了。從這個方面的用戶體驗來說,中、遠端的用戶應該是能感受到連接更穩定了。比如我想在房間的另一端來看影片,11ac 演進到 11ax 以後,這個影片接收的效果應該是更好、更穩定了。

關於上行鏈路資源調度,比如說 OFDMA 下 / 上行都可以做,這樣使得多個客戶端可以進行協調,而不是說大家都去搶某個網路裡的某個時間段。理解成──以前完全是分時執行,現在相當於是在分時的基礎上,在每個時段裡可以有多個客戶同時利用這個頻段,把這個頻段分得更細了。這樣的話,只要傳輸效率能更高,客戶端等待的時間也就更少了,整個網路的衝撞也更少,這樣就達到了節能這個重點,功耗就會變少。以前 11ac 裝置在 Wi-Fi 網路中,經常有可能需要重傳,要不斷地等待自己發射的機會,這個等待時間長,能量就浪費了。如果一個手機裝置支援 11ax,有了 OFDMA 和上行 MU-MIMO,大家多個裝置之間互相協調,我們就知道應該在哪個時間點傳輸,避免了重發與等待,功耗表現的確會更好。

問:目前高通的 11ax 解決方案在具體的落地上表現怎樣?今年 IFA 上,華碩展示了一款 11ax 的路由器,很多人都說它是採用高通的解決方案?

:目前我們正在跟很多家 OEM 廠商積極合作,進行新品的開發,最近華為全聯接大會上,他們採用高通 11ax 方案已發表了 11ax 無線接入點產品。廠商具體產品發表計畫和相關產品消息,這個可能還是需要合作夥伴來分享,我們不太方便評論。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:高通

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