802.11ax重点转向网络容量 提升高密度传输性能

 Wi-Fi标准不断演进,802.11ax已经开始成为Wi-Fi产业讨论的焦点。但值得注意的是,跟先前几次重大标准升级相比,802.11ax的理论频宽提升幅度相对有限,反倒将重点放在提升网路容量及网路管理能力,要藉此改善使用者在Wi-Fi装置密度较高地区的使用体验。

  运作在5GHz频段上的802.11ac具备超过1Gbit/s的理论传输速度,但在真实世界中,由于频谱资源不足的缘故,802.11ac很少能提供这么高的频宽给使用者。 因此,如何提升频谱使用效率,已经成为Wi-Fi技术的使用者体验能否进一步提升的关键。目前还在制定中的802.11ax将导入许多新技术来改善Wi-Fi的频谱使用效率以及网路容量,而晶片与设备开发商将因此面临新的设计挑战。

  802.11ax实体层设计出现重大变动

图1 NI首席产品经理David Hall表示,为了提升网路容量与频谱使用效率,802.11ax将采用许多新技术。

  图1 NI首席产品经理David Hall表示,为了提升网路容量与频谱使用效率,802.11ax将采用许多新技术。

  国家仪器(NI)首席产品经理David Hall(图1)表示,802.11ac的理论传输速率很高,但实际上使用者很难享受到这么高的网路速度,因为频谱太过壅挤。有鉴于此,相较于前几次Wi-Fi标准重大升级都将理论频宽表现当作主要卖点,802.11ax的理论频宽升级幅度不大,但网路容量以及高密度环境下的表现将有显着提升。

  在高密度环境下,802.11ax使用者的平均资料传输速率将可比802.11ac高四倍。这也是802.11ax又被称为高效率无线标准(High Efficiency Wireless, HEW)的原因。

  为了实现更高的频谱使用效率,802.11ax在实体层设计上做了许多重要改变,例如子载波间隔(Subcarrier Spacing)从802.11ac的312.5kHz缩小成78.125kHz,以便在有限的频谱内塞入更多子载波,为更多用户提供服务。

  在波形方面,802.11ax借用了4G通讯所使用的正交分频多工存取(OFDMA),让不同用户可以同一时间利用频道内的不同子载波上传或下载资料,以便提升频谱利用效率。现有的802.11ac则采用OFDM技术,在资料上传时,同一时间内,一个频道内的所有子载波只会为一个使用者提供服务;至于下载资料时,则可支援多使用者同时下载。

  此外,OFDM符码长度(Symbol Duration)与周期前缀(Cyclic Prefix)也比802.11ac增加四倍,以便实现更稳定的网路连结。

  值得注意的是,虽然802.11ax并不强调频宽提升,但该标准预料会将1024QAM调变列为强制支援项目,以便让Wi-Fi装置在讯号环境良好的情况下,能有比802.11ac更好的传输表现。

  新技术带来设计挑战

  Hall分析,缩减子载波间隔,将会使802.11ax系统对于频率飘移更加敏感,开发商必须特别注意频率的精准度以及子载波的配置。至于1024QAM调变的导入,则会使误差向量幅度(EVM)的要求更严格,很多晶片开发团队可能会在这部分遇上大考验,仪器供应商也是。在1024QAM调变的条件下,收发器的EVM要达到-35dB,向量讯号分析仪(VSA)的EVM水准更要再降10dB,达-45dB。

  针对802.11ax的研发与测试挑战,NI已发表WLAN Measurement Suite先期使用版,可支援IEEE 802.11ax(Draft 0.1)高效率无线标准草案。该套件能够在802.11实体层规格大幅修改的情况下,协助工程师安心量测自己的802.11ax设计。

  WLAN Measurement Suite兼具功能与弹性,可以帮助研究人员、工程师与技术人员产生并分析多种802.11波形,例如802.11a/b/g/n/j/p/ac/ah/af。由于WLAN Measurement Suite的最新更新着重于802.11ax,因此使用者将能因此加快802.11ax装置的开发步伐。这套软体支援 802.11ax的重要功能,包括更窄的子载波间隔、1024QAM,以及多重使用者。

  更新的量测套件也包含LabVIEW系统设计软体范例程式码,可以帮助工程师快速且轻松地进行WLAN自动化量测作业。

  802.11ax研发要提前起跑

  虽然802.11ax标准预计要等到2019年才会正式公布,目前还只是0.1版草案,但许多晶片大厂现在就已经开始动起来了。

  Hall认为,这是因为802.11ax从4G借用了部分技术跟观念,但Wi-Fi设备显然不会有4G基地台等级的资源来支援或实作,因此,802.11ax将会为晶片和产品开发带来许多挑战。即便是资源充沛的大厂,也要现在就开始研发布局,以确保日后能跟得上市场脚步。


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