为了能令WiFi更快更好用 这些技术都立功了

2016-06-20 00:15 出处:PConline原创 作者:公斤 责任编辑:kuangweijun

  【PConline 杂谈】WiFi已经成为我们离不开的网络连接方式,每每到了某一个地方,我们都会四周寻找WiFi热点。WiFi如同我们用的移动网络一样,也有从3G-4G-5G时代的提升。如今家用的路由器已经基本进入802.11ac的阶段,不论是几百块的家用路由器,还是上千的高端路由器,802.11ac都基本成为标配。

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  802.11ac是被现在主流路由器所采用,只不过大部分家用路由器都还处在第一代802.11ac的阶段,从去年开始802.11ac的第二代产品才陆续上市。802.11ac Wave 1和802.11ac  Wave 2可以理解为前后两代产品,由于Wave 2才刚刚起步,因此市场上的产品暂时还比较少。

  WiFi经历了802.11a/b/n/ac的发展,带宽速率得到了提升。虽然同为802.11ac,但是它从已经从“802.11ac Wave 1”进化至“802.11ac Wave 2”,同时伴随多种技术的加入令WiFi更快更好用。接下来我们就详细说说如今的WiFi发展到什么牛逼的程度。

主流802.11ac有三大特色

  首先我们先聊聊802.11ac有什么特色,与802.11n标准相比,802.11ac标准主要是引入了256-QAM调制模式、80/160MHz频宽以及MU-MIMO技术,在单链路速度以及带宽利用率上有较大的提升。

  802.11ac采用256-QAM调制模式,对比802.11n标准,它采用的是64-QAM,而802.11ac使用的是256-QAM。QAM的级别越高,每次发射信号所能包含的数据量也会越多。

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256-QAM对比64-QAM

  我们找到的这张图可以看出,每一个点便是数据包,256-QAM对比64-QAM,数据包的密度更大,在同一单位时间里面所能传输的数据量也会更多。当然QAM级别越高,容易产生错误的码率,不过即便这样,802.11ac的标准理论网速要比802.11n高。

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引入80/160MHz频宽

  第二个便是802.11ac引入了80/160MHz的频宽,其理论网速翻倍提升。在单链路链接的前提下,在80MHz的频宽的802.1ac网络的理论速率已经可以达到433Mbps,等于3x3 MIMO的40MHz的802.11n的网络理论速率,因此在80/160MHz的频宽下,加上256-QAM,802.11ac的网络速率提升是很明显的。

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各标准频宽下的理论速率

  在调制解调方式和利用频段上面下功夫后,还有一个便是提升路由器和终端的数据交换效率了。MU-MIMO是用于提升802.11ac的网络带宽利用率的技术,我们大部分传统的路由器使用的都是常规的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多进多出技术),我们称为SU-MIMO(Single User),单用户多进多出,虽然可以通过多链路同时传输,提升路由器和终端之间的网络速率,但是在同一时间和同一个频段里面,路由器只能够跟单一个终端通信,这意味着即使终端没有完全占用所有带宽,路由器也不能够把剩余的带宽同时间分给其他设备利用。

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SU-MIMO对比MU-MIMO

  MU-MIMO(Multiple User)的出现便是解决这一问题的,在常规MIMO基础下添加多用户同时通信的模式,这样便能把全部无线带宽充分利用起来。如果你家里只有4个终端的时候,可能并不会有明显的延迟感觉,可是如果你有10个终端或以上都要联网,Wi-Fi就会变得拥挤,这意味着缓冲等待的时间就会很长,网络视频就不能流畅播放。随着家庭个人所拥有的智能终端的增多,很多人的家中显然不会只有4个的联网终端,拥有MU-MIMO,连接的效率将会大大提高,这项技术不只是家里、企业,在很多公共场所都能用得到。

  多用户同时接入的情况下,可以把通信延迟降低,同时MU-MIMO并不需要用户设置,只要终端和路由器都支持MU-MIMO技术,两者的连接便会很自然地利用起来。

这些技术令WiFi更快更有效率

  802.11ac在未来几年时间里面依然会是主流,802.11ad工作在60GHz的高频里面,主要用于室内环境的无线高速传输,而802.11ax(下一代WiFi标准)还在制定当中,相关技术细节还在商讨。前面已经说到,802.11ac Wave 1产品依然是市场主流,不过Wave 2的产品已经陆续推出,它显然会成为购买首选。

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802.11ac仍然是主流

  现在高通等厂商已经针对Wave 2推出了相关的芯片解决方案,加入MU-MIMO(多用户多输入多输出)技术,支持160MHz信道及4x4的天线配置,同时还加入三频(2.4GHz和两个5GHz频段)技术。以高通为例,它们推出针对面向家用路由器的QCA9984和面向企业接入点的QCA9994芯片,已经有多家厂商如TP-Link表示会采用高通的Wave 2芯片方案。

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Wave 2配置表

  Wave 1方案加入了256-QAM调制解调模式和80MHz频段两种特性,其余技术指标与当时主流家用的802.11n路由器是一样,如MIMO仍然使用SU-MIMO和最高的3x3的MIMO阵列,因此802.11ac路由器只在单链路的情况下相比802.11n提升许多。Wave 2加入了MU-MIMO技术,同时相比Wave 1使用的3x3 MIMO阵列,它能够提高到4x4 MIMO,天线阵列更高级,单频段的理论网络速率已经达到了1766Mbps。

  对于160MHz的带宽使用,为什么我们目前在家用的802.11ac的路由器很少看见,一方面160MHz的带宽虽然能够大幅度提升网络速率,但是这连续的带宽的抗干扰能力要比80MHz弱;另一方面需要相应的终端提供支持,综合考量下,市场环境并不适用。为了解决这一问题,现在高通推出的新方案已经能支持更灵活的配置方式,支持全新且更宽的160MHz连续信道配置和80+80MHz非连续信道配置802.11ac标准,将现有80MHz信道的容量提高一倍,同时提高抗干扰能力。

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MU-MIMO大幅提升效率

  现在我们的路由器产品基本是双频支持,那便是2.4GHz和5GHz组成,现在802.11ac已经有三频的解决方案,那便是在原来的基础上添加多一个5GHz频段。三频WiFi的作用实际与MU-MIMO有一些类似,同样是提高连接通信的效率,更好提高带宽的利用率。假如设备没有MU-MIMO技术,那么路由器其5GHz频段同一时间也可以与两个设备通讯。实际它的目的是解决如一个家庭里面,有多个路由器做中继和连接的时候,一个5GHz频段长期与一个中继路由器连接,占用了这个5GHz频段的所有带宽,这种情况下其余的2.4GHz和另一个5GHz频段仍然可以工作,并不会造成干扰。需要指出的是,每个频段里面都可以加入MU-MIMO的支持,也就是对于路由器的效率是没有影响。

  MU-MIMO对于WiFi效率的提升有很大的帮助,更宽阔的80/160MHz能加大带宽,而4x4的天线配置和三频技术的添加对获取更好的信号和提高抗干扰能力提升有好处。

除了快之外还要好用

  前面说的技术是提升WiFi的网络容量和速率,不过随着物联网时代的来临,WiFi路由器将会以一个组合的形式出现,这意味着我们家里、企业里、公司里不会单单只有一个路由器,而我们也越来越离不开WiFi。无论是你的父母、还是你的小孩,他们或许常常会为如何设置WiFi网络遇到阻碍,同时多个路由器的连接,设置中继等工作也会加大使用配置难度。对于这个现象,高通通过Qualcomm Wi-Fi SON技术令WiFi网络安装变得更智慧、安全和全自动化。

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WiFi Son功能

  WiFi Son技术拥有四个特点:自配置、自管理、自修复以及自防御。自配置方面,实际便是让手机自动寻找WiFi 热点,手机会自动弹出对话提示框是否需要连接;自管理的意思是设备终端能够自动检测2.4GHz和5GHz的信号强度、频宽占用等指标,根据最优选择原则接入到2.4GHz或者5GHz上。假如你距离路由器很近,5GHz频段的网络吞吐量会比较大,手机会自动选择连接,但是当你远离路由器后,5GHz频段的质量变得很差,它便会自动选择,自动转换到2.4GHz频段上,这过程是无缝的,消费者并不会有感知。

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物联网时代各种联网设备

  自修复是指在公共场所众多WiFi热点情况下,假如你连接上的一个不能联网的热点,系统会通过自动修复,在整个网络中自动寻找其他可联网的热点。当原来的热点恢复联网之后,它又会自动重新连接。最后自防御是指在物联网下,各类设备,如灯泡、门锁都具有链接的能力,但是他们无法保护自己的安全。通过WiFi Son可以提供给这些终端保护和学习的能力,例如当你几点回家,灯泡自动打开,学习和适应用户的行为。

  通过WiFi Son,自动配置的特性使在WiFi网络中加载和配置新终端(包括蓝牙终端)变得更简单,里面包含自我管理特性。

LTE和WiFi更智能

  LTE和WiFi的关系是很紧密的,通过一些无线技术能够提升用户体验。高通的低功耗热点功能和LTE和WiFi天线共享是近段比较有意思和实用的技术。正常情况下,热点数据分享在LTE和WiFi之间需要通过唤醒处理器来交换数据,低功耗热点技术便是减少唤醒这一步,LTE和WiFi直接交换数据,降低功耗。

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  天线共享名为Antenna sharing,它能令WiFi和LTE共享天线。因为现在天线设计越来越复杂,我们手上的终端设备所能容纳的天线是极其有限。利用天线共享技术,当LTE不使用某天线的时候,WiFi便能用上闲置的天线。

Qualcomm

  一般情况下,我们的手机设备现在基本都有2X2或者4X4的天线设计,假如利用天线共享技术,对于WiFi连接我们便不用特别为他设计天线,只需共享LTE连接天线便可。因为LTE使用频段有部分与WiFi使用的频段接近,因此他们天线共享便会容易得多。

总结

  我们越来越离不开WiFi,它也在不断升级变化当中。经历了802.11a/b/n/ac的WiFi标准迭代,现在主流的802.11ac虽然标准不变,但是通过诸如MU-MIMO、三频WiFi、80/160MHz、256-QAM等各种功能和技术,802.11ac网络容量、连接速率不断在扩大和提高。

  在欧美市场,目前80%的路由器都已经使用MU-MIMO技术了,但亚洲市场有很大的发展空间。因为在亚洲,不管是中国、印度或者是东南亚,很多人都拥有多台手机,这就可以说明MU-MIMO对亚洲市场很重要。WiFi也在变得更快,让联网终端拥有更具灵活性的、更简单易用的、更无缝的联网方式。

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