在萬物互聯(lián)的領(lǐng)域,當(dāng)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(yàn)。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(qiáng)大的處理能力以提供7x24小時(shí)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(gè)家庭平均擁有7臺(tái)聯(lián)網(wǎng)終端,預(yù)計(jì)到2020年,這一數(shù)字將超過20臺(tái)。
“仔細(xì)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(shì)。”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(dá)到5千萬臺(tái);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(kuò)大的中國特定區(qū)域Wi-Fi熱點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)中,中國以擁有650萬個(gè)公共場所、20萬個(gè)政府樓宇、1億個(gè)家庭和9.4億個(gè)運(yùn)營商/商業(yè)機(jī)構(gòu)Wi-Fi熱點(diǎn)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(shí)間槽協(xié)議,只能為多個(gè)客戶端提供單一時(shí)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(gè)顯而易見的事實(shí)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(biāo)準(zhǔn)將接收MIMO流的最大數(shù)目由4個(gè)增加至8個(gè),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(gè)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(shí)現(xiàn)8X8 MIMO的全部性能,一個(gè)802.11ac 8X8 AP就需要8個(gè)獨(dú)立的無線電鏈、天線和8X8的客戶端配置,這是不切實(shí)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(gè)天線,而大部分客戶終端只有1-2個(gè)天線。因此,它們不能支持全速空間流MIMO運(yùn)行,也很少用到AP的全部容量。例如,一個(gè)802.11ac 3X3 AP理論上支持1.3Gbps的峰值速率,但是,只有一個(gè)天線的智能手機(jī)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。
為此,高通創(chuàng)銳訊花費(fèi)7年多的時(shí)間開發(fā)了全新的802.11ac MU-MIMO解決方案,允許多個(gè)客戶端共享AP上的多個(gè)空間流,從而將系統(tǒng)的總?cè)萘刻岣咧罙P配置的最大上限。換句話說,在一個(gè)有三個(gè)客戶端的MU-MIMO系統(tǒng)中,所有三個(gè)STA可以用100%的時(shí)間同時(shí)接收來自AP的單個(gè)空間流。這意味著該設(shè)備只需要一個(gè)或兩個(gè)天線,而不是三個(gè),從而降低了成本和空間要求。相比之下,在SU-MIMO中要達(dá)到相同的吞吐量,每個(gè)STA需要三個(gè)天線用三分之一的時(shí)間來接收來自AP的數(shù)據(jù)。
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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(shí)現(xiàn)了最高2533Mbps的綜合吞吐量(5GHz容量高達(dá)1733Mbps;2.4GHz容量高達(dá)800Mbps),是當(dāng)前Wi-Fi路由器連接速度的3倍。
Irvind認(rèn)為EA8500為MU-MIMO技術(shù)的推廣帶來了絕佳的示范效應(yīng)。因?yàn)镸U-MIMO網(wǎng)絡(luò)不需要客戶端與網(wǎng)絡(luò)中其他客戶端分時(shí)連接,所以每臺(tái)終端的等待時(shí)間更少,響應(yīng)速度更快。“平板電腦和智能手機(jī)(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(huì)因?yàn)槁酚善?接入點(diǎn)(AP)支持MU-MIMO而受益,因?yàn)楫?dāng)MU客戶端效率提高2-3倍時(shí),網(wǎng)絡(luò)就有更多空閑時(shí)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(shí)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(jī)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(duì)鬧市區(qū)、公寓樓、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、熱點(diǎn)或其他擁擠環(huán)境來說,具有很大優(yōu)勢(shì)。但MU-MIMO只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)。而這,就成為廠商之間比拼實(shí)力的關(guān)鍵所在。Irvind說在MU-MIMO設(shè)計(jì)中雖然變量很多,但所有的設(shè)計(jì)選擇和權(quán)衡都集中在兩個(gè)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?cè)赟U/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(jìn)行優(yōu)化。
目前,相當(dāng)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(dāng)被問及如果遭遇網(wǎng)絡(luò)容量不足該如何應(yīng)對(duì)時(shí),很多企業(yè)給出的第一反應(yīng)是:增加AP數(shù)量。但I(xiàn)rvind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(jìn)有關(guān)。而MU-MIMO的最大優(yōu)勢(shì)就在于它充分發(fā)掘了Wi-Fi信道分配的潛力,不需要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施做結(jié)構(gòu)性改變,并且經(jīng)得住時(shí)間考驗(yàn)。
網(wǎng)絡(luò)安全是消費(fèi)者和企業(yè)選擇Wi-Fi解決方案時(shí)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(qiáng)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(shí)別干擾源。同時(shí),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(rèn)證與保密基礎(chǔ)設(shè)施(WAPI)協(xié)議要求。
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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(dòng)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(dòng)人心的新應(yīng)用成為可能,例如4K視頻串流、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大型文件共享、媒體查詢終端使用、無線擴(kuò)展基座連接以及硬盤備份等,利用3D視頻和7.1音頻實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)也是這種技術(shù)的潛在應(yīng)用。
低功耗設(shè)計(jì)是IEEE 802.11ad規(guī)范描述的關(guān)鍵特性之一,包括先進(jìn)的電源管理在內(nèi),用于支持手持移動(dòng)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(shí)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(jìn)的加密算法集成了高等級(jí)的安全性。更重要的是,802.11ad標(biāo)準(zhǔn)支持使用相位陣列天線(PAA)實(shí)現(xiàn)波束成形技術(shù),從而最大限度地提高信號(hào)強(qiáng)度,可實(shí)現(xiàn)距離超過10米的通信。這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于應(yīng)對(duì)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(duì)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(gè)集成Qualcomm VIVE 2x2 802.11ac(11ac)和802.11ad Wi-Fi的三頻平臺(tái),從而使終端可以在1x1配置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最高達(dá)50%的提升(2x2 80MHz 11ac的峰值速率最高達(dá)867 Mbps,11ad的峰值速率最高可達(dá)4.6Gbps)。
根據(jù)ABI Research公司對(duì)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(dá)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(gè)角度解釋了高通之所以對(duì)該市場“深信不疑”的原因。
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開啟與LTE的融合之旅
未來,Wi-Fi與蜂窩技術(shù)將會(huì)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(huì)期間表達(dá)的觀點(diǎn),而這兩種技術(shù)也很有可能會(huì)成為預(yù)期在2020年開始被采用的5G蜂窩式標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)運(yùn)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(kuò)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(jī)制,幫助制造商更輕松的設(shè)計(jì)出支持LTE-U、4x4 LTE MIMO和雙流Wi-Fi等先進(jìn)技術(shù)的終端,還能夠借助Qualcomm Zeroth的認(rèn)知能力,實(shí)時(shí)監(jiān)測Wi-Fi連接質(zhì)量,以決定是否及何時(shí)在LTE與Wi-Fi間切換通話。
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