下一輪Wi-Fi革命來臨，在三頻Wi-Fi與LTE融合中感受極速

在萬物互聯(lián)的領(lǐng)域，當智能設(shè)備互相連接和交互，我們就能夠使用新一代的應(yīng)用程序和服務(wù)來改變家庭中的連接體驗。隨著BYOD(自帶設(shè)備辦公)以及富媒體內(nèi)容和應(yīng)用的普及，企業(yè)需要更快的連接技術(shù)和更強大的處理能力以提供7x24小時的接入以訪問關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息、系統(tǒng)和云服務(wù)。目前，每個家庭平均擁有7臺聯(lián)網(wǎng)終端，預(yù)計到2020年，這一數(shù)字將超過20臺。

 

“仔細觀察數(shù)據(jù)密集使用的國家，可以看出中國有著明顯的數(shù)據(jù)使用量增長趨勢。”高通創(chuàng)銳訊(Qualcomm Atheros)產(chǎn)品管理副總裁Irvind Ghai援引艾瑞咨詢的數(shù)據(jù)說，2013年中國Wi-Fi路由器出貨量達到5千萬臺；2014年中國75.6%的人使用Wi-Fi和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。而在最能反映Wi-Fi使用量擴大的中國特定區(qū)域Wi-Fi熱點數(shù)量統(tǒng)計中，中國以擁有650萬個公共場所、20萬個政府樓宇、1億個家庭和9.4億個運營商/商業(yè)機構(gòu)Wi-Fi熱點的數(shù)據(jù)，遙遙領(lǐng)先其他國家。

 

 

高通創(chuàng)銳訊(Qualcomm Atheros)產(chǎn)品管理副總裁Irvind Ghai

 

MU-MIMO，為解決數(shù)據(jù)擁堵而來

 

盡管需求旺盛，但目前中國市場上大多數(shù)Wi-Fi路由器和AP采用的仍然是單用戶MIMO(SU-MIMO)。這種技術(shù)采用的是低效時間槽協(xié)議，只能為多個客戶端提供單一時刻專用全速率Wi-Fi無線連接。隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的激增，一個顯而易見的事實是：在有限的帶寬里，客戶端分得的帶寬份額正越來越小。

 

為解決“僧多粥少”的困境，802.11ac標準將接收MIMO流的最大數(shù)目由4個增加至8個，從而將網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高了一倍。但問題也隨之而來，由于每個空間流都需要專用的發(fā)射/接收鏈，如果沒有創(chuàng)新技術(shù)出現(xiàn)，要想實現(xiàn)8X8 MIMO的全部性能，一個802.11ac 8X8 AP就需要8個獨立的無線電鏈、天線和8X8的客戶端配置，這是不切實際的。

 

除了不可能出現(xiàn)8X8的終端配置，另一方面，AP通常有3-4個天線，而大部分客戶終端只有1-2個天線。因此，它們不能支持全速空間流MIMO運行，也很少用到AP的全部容量。例如，一個802.11ac 3X3 AP理論上支持1.3Gbps的峰值速率，但是，只有一個天線的智能手機或平板電腦僅支持433Mbps的峰值速率，其余867Mbps的容量就被閑置了。

 

都是Wi-Fi，MU-MIMO有什么不同？

 

日前，路由器大廠Linksys在其首款支持MU-MIMO的千兆路由器EA8500中率先采用了Qualcomm IPQ8064互聯(lián)網(wǎng)處理器和VIVE 11ac芯片，一舉實現(xiàn)了最高2533Mbps的綜合吞吐量(5GHz容量高達1733Mbps；2.4GHz容量高達800Mbps)，是當前Wi-Fi路由器連接速度的3倍。

 

Irvind認為EA8500為MU-MIMO技術(shù)的推廣帶來了絕佳的示范效應(yīng)。因為MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)不需要客戶端與網(wǎng)絡(luò)中其他客戶端分時連接，所以每臺終端的等待時間更少，響應(yīng)速度更快。“平板電腦和智能手機(典型的1x1終端)從MU-MIMO受益最多，傳統(tǒng)(不支持11ac或MU-MIMO)的設(shè)備也會因為路由器/接入點(AP)支持MU-MIMO而受益，因為當MU客戶端效率提高2-3倍時，網(wǎng)絡(luò)就有更多空閑時間或容量來服務(wù)傳統(tǒng)客戶端。”

 

Qualcomm創(chuàng)銳訊提供的資料顯示，在EA8500推出之前，MU-MIMO技術(shù)其實已經(jīng)內(nèi)置于驍龍801、805、808和810等處理器中，被LG G Flex2和小米Note頂配版等手機使用。此外，采用Qualcomm MU|EFX技術(shù)的第一批零售網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也正在陸續(xù)上市，包括Amped Wireless Athena大功率AC2600路由器、Linksys AC2600雙頻段智能Wi-Fi路由器、Buffalo WXR2533路由器、TP-LINK Archer C2600路由器、TRENDnet AC2600雙頻段無線路由器TEW-827DRU等。

 

將Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘刻岣?-3倍，這對鬧市區(qū)、公寓樓、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、熱點或其他擁擠環(huán)境來說，具有很大優(yōu)勢。但MU-MIMO只是一個標準的通信握手協(xié)議，只定義信令需要怎樣交互，并不定義如何實現(xiàn)。而這，就成為廠商之間比拼實力的關(guān)鍵所在。Irvind說在MU-MIMO設(shè)計中雖然變量很多，但所有的設(shè)計選擇和權(quán)衡都集中在兩個頂層問題上：空間流的數(shù)量和并發(fā)用戶的數(shù)量。因此，他們在SU/MU傳輸調(diào)度、分組、探測和速率控制等方面投入了大量的精力進行優(yōu)化。

 

目前，相當多的企業(yè)和網(wǎng)站正在探索通過多樣的位置服務(wù)、廣告和分析，從Wi-Fi中獲利。當被問及如果遭遇網(wǎng)絡(luò)容量不足該如何應(yīng)對時，很多企業(yè)給出的第一反應(yīng)是：增加AP數(shù)量。但Irvind卻表示，通常在必須更換前，AP能夠工作3至5年，更換或者提高AP部署密度與預(yù)算、商業(yè)周期以及技術(shù)演進有關(guān)。而MU-MIMO的最大優(yōu)勢就在于它充分發(fā)掘了Wi-Fi信道分配的潛力，不需要對基礎(chǔ)設(shè)施做結(jié)構(gòu)性改變，并且經(jīng)得住時間考驗。

 

網(wǎng)絡(luò)安全是消費者和企業(yè)選擇Wi-Fi解決方案時關(guān)注的重要因素。然而，中國和美國的Wi-Fi安全要求不同，MU-MIMO符合中國規(guī)定嗎？Irvind強調(diào)稱，Qualcomm除了在網(wǎng)絡(luò)處理器上支持IPSec和MACsec，其Wi-Fi也遵守最新的Wi-Fi安全協(xié)議(WPA2、AES256、AES-GCMP等)，并且可利用頻譜分析識別干擾源。同時，現(xiàn)有的Wi-Fi芯片組(客戶端和AP解決方案)也是MU-MIMO的一部分，完全支持中國WLAN認證與保密基礎(chǔ)設(shè)施(WAPI)協(xié)議要求。

 

 

從2.4GHz到60GHz

 

如果說802.11ac助力千兆位Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)分流移動流量，那么作為新型Wi-Fi 技術(shù)，802.11ad則能夠以與11ac類似的功耗和4Gbps以上的超高速連接速度，使激動人心的新應(yīng)用成為可能，例如4K視頻串流、點對點大型文件共享、媒體查詢終端使用、無線擴展基座連接以及硬盤備份等，利用3D視頻和7.1音頻實現(xiàn)增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)系統(tǒng)也是這種技術(shù)的潛在應(yīng)用。

 

低功耗設(shè)計是IEEE 802.11ad規(guī)范描述的關(guān)鍵特性之一，包括先進的電源管理在內(nèi)，用于支持手持移動設(shè)備和筆記本電腦更長的電池壽命。設(shè)備能夠在60GHz工作和更低的2.4GHz與5GHz Wi-Fi頻率之間無縫地切換。除了HDMI的無線實現(xiàn)外，這種鏈路還能模擬DisplayPort、USB和PCIe連接，系統(tǒng)中還利用先進的加密算法集成了高等級的安全性。更重要的是，802.11ad標準支持使用相位陣列天線(PAA)實現(xiàn)波束成形技術(shù)，從而最大限度地提高信號強度，可實現(xiàn)距離超過10米的通信。這些優(yōu)勢對于應(yīng)對下一代媒體應(yīng)用所提出的挑戰(zhàn)都是必不可少的。

 

高通于2014年7月完成了對60GHz無線芯片組開發(fā)廠商Wilocity的收購，而即將推出的驍龍820處理器，將有望成為首個集成Qualcomm VIVE 2x2 802.11ac(11ac)和802.11ad Wi-Fi的三頻平臺，從而使終端可以在1x1配置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)最高達50%的提升(2x2 80MHz 11ac的峰值速率最高達867 Mbps，11ad的峰值速率最高可達4.6Gbps)。

 

根據(jù)ABI Research公司對不同種類802.11芯片出貨量的預(yù)測。到2018年，包含802.11ad的三頻段芯片組市場有望達到每年15億片左右的出貨量，而所有種類802.11芯片的總市場規(guī)模也不到40億片。這似乎也從另一個角度解釋了高通之所以對該市場“深信不疑”的原因。

 

開啟與LTE的融合之旅

 

未來，Wi-Fi與蜂窩技術(shù)將會越來越多的向共同合作的“融合”模式發(fā)展，包括LTE與Wi-Fi間融合、授權(quán)頻譜與非授權(quán)頻譜間融合等，這是Qualcomm Atheros產(chǎn)品管理副總裁Tal Tamir此前在高通3G/LTE峰會期間表達的觀點，而這兩種技術(shù)也很有可能會成為預(yù)期在2020年開始被采用的5G蜂窩式標準的組成部分。

 

以驍龍820處理器為例，作為首款公開發(fā)布用于移動終端、提供完整LTE-U支持的處理器，它可通過聚合LTE授權(quán)和非授權(quán)頻譜，來提高移動網(wǎng)絡(luò)容量和用戶吞吐量。LTE和Wi-Fi鏈路聚合(LWA)則是聚合授權(quán)和非授權(quán)頻譜的另一種方法，旨在使移動運營商利用Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施，借助非授權(quán)頻譜的容量來擴大授權(quán)LTE網(wǎng)絡(luò)的容量，驍龍820處理器同樣支持該功能。

 

此外，820內(nèi)部集成的全新X12 LTE調(diào)制解調(diào)器不但支持LTE和Wi-Fi之間的數(shù)種天線共享機制，幫助制造商更輕松的設(shè)計出支持LTE-U、4x4 LTE MIMO和雙流Wi-Fi等先進技術(shù)的終端，還能夠借助Qualcomm Zeroth的認知能力，實時監(jiān)測Wi-Fi連接質(zhì)量，以決定是否及何時在LTE與Wi-Fi間切換通話。