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多用戶(hù)多重輸入多重輸出(MU-MIMO)技術(shù)能使信號發(fā)送存取點(diǎn)(AP)同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)端裝置，而采用此技術(shù)的802.11ac 2.0標準，則能藉此實(shí)現比前一代規格快三倍左右的聯(lián)網(wǎng)速度，大幅提升Wi-Fi裝置的服務(wù)品質(zhì)。 當今的網(wǎng)絡(luò )世界，商務(wù)人士必須在返回辦公室之前就開(kāi)始工作。此時(shí)，他必須連上最近的無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)絡(luò )(Wi-Fi)熱點(diǎn)，然后等待、等待、再等待。這種經(jīng)驗是家常便飯，或許可以稱(chēng)之為“Wi-Fi挫折癥候群”。有幾點(diǎn)原因造成此問(wèn)題。在大多數情況，網(wǎng)絡(luò )設計者安裝的存取點(diǎn)(AP)過(guò)少，以至于無(wú)法服務(wù)許多使用者。有時(shí)候，即使有足夠的AP，帶寬依舊無(wú)法滿(mǎn)足使用者的需求。如同跑道同一時(shí)間僅能容納一架飛機，AP同一時(shí)間也僅能與一部裝置進(jìn)行通訊。它們看似能夠服務(wù)多位使用者，其實(shí)是因為它們分割時(shí)間，并來(lái)回分配給不同的使用者。 因此，使用者最后經(jīng)常體驗到持續的緩沖、延遲及斷線(xiàn)。即使采用先進(jìn)技術(shù)，例如多重輸入多重輸出(MIMO)天線(xiàn)，就算情況改善，也會(huì )因為單一使用者(Single User)的設計而受限。如同必須在機場(chǎng)增加跑道，才能在任何特定時(shí)間允許更多飛機起降一樣，AP也需要更多的空間串流以同時(shí)服務(wù)一部以上的裝置。不過(guò)MIMO無(wú)法達到此目的。MIMO確實(shí)可透過(guò)多支天線(xiàn)，提供更強且更具指向性的信號，但假使AP擁塞，信號再強大也無(wú)法提供優(yōu)異的使用者體驗，因為AP同一時(shí)間還是只能服務(wù)一個(gè)使用者。 辦公/住家聯(lián)網(wǎng)裝置數量飆升 Wi-Fi帶寬漸不敷使用 目前為止，問(wèn)題看起來(lái)似乎不大，但不久之后，仍將會(huì )遇到問(wèn)題。為什么？因為聯(lián)網(wǎng)裝置持續不斷增加中。 此外，現在提供給使用者的內容也耗用更多的帶寬。幾年前，還未聽(tīng)聞在手機上可以觀(guān)看串流視訊，現在卻是隨處可見(jiàn)。視訊會(huì )議、整合通訊、線(xiàn)上教學(xué)與其他需要大量帶寬的內容，在工作場(chǎng)所的使用頻率都將持續增加。 事實(shí)上，家中的Wi-Fi連線(xiàn)速度不久后，可能會(huì )變得像機場(chǎng)休息室一樣緩慢。每部新的平板電腦、串流媒體裝置、雙模智能型手機、聯(lián)網(wǎng)恒溫控制器、智能型燈泡、聯(lián)網(wǎng)冰箱等，都將使家中的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始變得像是機場(chǎng)的熱點(diǎn)，如同可能要整天坐在跑道上等待起飛。然而，現在只是在聯(lián)網(wǎng)家庭浪潮的開(kāi)端。主要消費性電子產(chǎn)品與電腦公司，包括蘋(píng)果(Apple)、微軟(Microsoft)及Google皆已推出家庭聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，形形色色的產(chǎn)品讓人目不暇給，從漏水感測器、聯(lián)網(wǎng)燈泡到智能鎖，使用者皆可透過(guò)手機上鎖與開(kāi)鎖。由于有如此多的裝置分食帶寬，目前的Wi-Fi技術(shù)很快就會(huì )無(wú)法應付。 受限單一使用者設計 802.11ac帶寬仍顯不足 所幸，新的802.11標準802.11ac已蓄勢待發(fā)，將協(xié)助網(wǎng)絡(luò )設備制造商滿(mǎn)足上述所有裝置的需求。802.11ac的第一代比802.11n來(lái)得更快，許多廠(chǎng)商將它稱(chēng)為Gigabit Wi-Fi。802.11ac的速度最高可達802.11n的三倍，可透過(guò)八個(gè)串流提供最大6.9Gbit/s實(shí)體層尖峰傳輸速率。它采用帶寬更大的160MHz頻道，且在較不擁擠的5GHz頻譜中運作。 第一批802.11ac用戶(hù)端裝置(高階筆電、智能型手機與平板電腦)及數款路由器于2012年年中問(wèn)世。用戶(hù)能享受近乎Gigabit的速度及更優(yōu)質(zhì)的整體使用體驗。雖然802.11ac的第一代提升了速度、減少干擾問(wèn)題，甚至提供長(cháng)時(shí)間電池續航力，但仍未解決802.11早期版本的設計缺陷限制單一使用者障礙�；旧�，802.11專(zhuān)為同一時(shí)間與一部終端裝置進(jìn)行通訊而設計。但是，如同研究交通阻塞的科學(xué)家發(fā)現，在城市新增道路并無(wú)法解決塞車(chē)問(wèn)題(因為會(huì )有更多人開(kāi)始開(kāi)車(chē))，帶寬也是如此。隨著(zhù)帶寬增加，消費者將找出方法，充分利用帶寬。畢竟六七年前沒(méi)有人會(huì )在手機上看影片�，F在，人人皆如此。 如上所述，雖然第一代802.11ac AP的設計確實(shí)整合了MIMO天線(xiàn)，但仍?xún)H提供單一用戶(hù)MIMO(SU-MIMO)功能。結果，擁塞的AP使用者將遇到持續緩沖、緩慢的頁(yè)面載入時(shí)間及其他效能問(wèn)題。 MU-MIMO添助力 802.11ac網(wǎng)絡(luò )不塞車(chē) 這是因為連接至SU-MIMO AP的裝置每次只有一小段時(shí)間可獨自存取AP帶寬，之后AP將繼續提供服務(wù)給下一個(gè)裝置。若是不會(huì )擁塞的AP及強大的終端裝置(具備MIMO接收器的終端裝置，例如高階筆電)，此方法可順利運作。使用多重串流的筆電可利用AP提供的多重串流。問(wèn)題是，大多數AP所連接的裝置是單一串流裝置，通常是平板電腦與智能型手機，公共空間的AP更是如此。 如果擁有一部SU-MIMO、3或4串流的802.11ac AP，服務(wù)多部單一或多重串流用戶(hù)端裝置，毫無(wú)效率可言。AP在任何特定時(shí)間片段都有大量未使用的帶寬。由于每部裝置將依序獲得服務(wù)，僅僅運用AP總帶寬中一部分帶寬的單一串流裝置，最終將支配該串流，并將其他裝置被隔絕在外。在機場(chǎng)休息室與咖啡廳等擁塞的場(chǎng)所，再昂貴的高階筆電中的芯片組，也將受累于周遭各種裝置內的廉價(jià)芯片組，因為這些裝置帶寬有限�？梢�(jiàn)目前的Wi-Fi技術(shù)顯然不理想。 所幸，802.11ac第二代(802.11ac 2.0)應能解決此問(wèn)題，因為它將具備多重使用者M(jìn)IMO(MU-MIMO)、4串流組態(tài)，以及最高160MHz頻道等功能。透過(guò)MU-MIMO，來(lái)自蜂巢式通訊技術(shù)的概念將可運用于Wi-Fi AP。令人好奇的是，為什么花這么長(cháng)的時(shí)間才解決此問(wèn)題？但別忘了，電信公司須耗費數百萬(wàn)美元才能建置基地臺設備，而花在家用路由器的費用頂多不過(guò)幾百美元。 不過(guò)，由于電腦仍遵循摩爾定律(Moore"s Law)發(fā)展，無(wú)線(xiàn)芯片組的效能將持續快速提升，而價(jià)格則持續下降。采用MIMO天線(xiàn)僅能增加提供單一終端裝置的資料串流數，MU-MIMO 802.11ac AP卻可同時(shí)為多部用戶(hù)端提供資料串流。關(guān)鍵在于MU-MIMO AP可將具有MU-MIMO功能的用戶(hù)端群聚在單一傳輸槽，而非在用戶(hù)端之間不斷來(lái)回移動(dòng)。例如，使用4×4 MU-MIMO的AP，若將三個(gè)用戶(hù)端群聚在相同的槽，將能大幅提升Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )效率，而且AP將可支持更多的用戶(hù)端，并為所有用戶(hù)端提供高傳輸速率。 采用波束成型技術(shù) MU-MUMO天線(xiàn)更智慧 波束成型是802.11ac第二代的主要技術(shù)。波束成型是一種信號處理技術(shù)，讓導引信號(或接收信號)更加妥善。這項概念并不難懂，小孩也能理解，甚至在池塘丟幾顆石子，稍加思索便也能明白。丟入第一顆石子制造波浪，波浪會(huì )以圓形向外擴散，但丟入第二顆石子時(shí)，有些波浪會(huì )聚合，密度會(huì )立即提高，有些波浪會(huì )互相干擾并相互抵消。 波束成型的概念可應用于無(wú)線(xiàn)通訊和不同的領(lǐng)域，例如雷達、地震學(xué)、電波天文學(xué)，甚至是生物醫學(xué)。將波束成型應用于MU-MIMO AP，可使AP將其信號優(yōu)先引導至特定接收器，如此可提高訊噪比，并加快連線(xiàn)的速度(圖1)。 圖1 SU-MIMO與MU-MIMO信號廣播方式比較 在當今常見(jiàn)的802.11n AP中，可使用多重空間串流的能力被視為技術(shù)創(chuàng )新。然而，雖然這些功能可提升傳輸速率，卻只能同一時(shí)間服務(wù)一位使用者，再將各個(gè)串流導向至終端裝置�；旧�，當802.11n AP上有一個(gè)串流正在使用時(shí)，其他串流便處于休眠狀態(tài)。同樣道理，這就有如在跑道上等待飛機降落，然后才能起飛。 若使用具備波束成型技術(shù)的MU-MIMO，串流干擾并不是大問(wèn)題，因此AP最多能夠將四個(gè)空間串流同時(shí)傳送至四個(gè)不同的裝置。實(shí)際上，具備四支天線(xiàn)的裝置只能同時(shí)與三部裝置進(jìn)行通訊。為確保良好的效能，所需的天線(xiàn)數量應比用戶(hù)端總數多出一支。亦即四支天線(xiàn)用于三部終端裝置，以此類(lèi)推。其運作方式是AP群聚所有裝置并為裝置各配置一個(gè)專(zhuān)屬串流，隨時(shí)確保各用戶(hù)端的帶寬。為保持串流分隔，AP將使用波束成型技術(shù)將各個(gè)傳輸引導至正確的接收器。 為了讓上述概念正常運作，AP必須具備智慧，以確保不同串流上的用戶(hù)端裝置之間有足夠的間隔距離，以避免其相互干擾(如上述將石頭丟入池塘的例子)。僅透過(guò)此技術(shù)，即可擴增三倍AP的傳輸能力(圖2)。802.11ac AP若采用MU-MIMO(并非所有AP皆采用此技術(shù))可獲得其他優(yōu)點(diǎn)，包括更寬廣的頻道。802.11ac 2.0將以80MHz及160MHz提供兩個(gè)新的頻道。當然，使用更寬廣的頻道將可提升速度。 圖2 MU-MIMO能提升較SU-MIMO約三倍的聯(lián)網(wǎng)效能。 MU-MIMO革新Wi-Fi效能 聯(lián)網(wǎng)生活增添無(wú)限想象 現在，許多消費者認為帶寬無(wú)法滿(mǎn)足其無(wú)線(xiàn)裝置的需求。對于網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )服務(wù)業(yè)者而言，使用者最常抱怨網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )服務(wù)過(guò)于緩慢。根據英國通訊產(chǎn)業(yè)獨立監管與競爭管理機構Ofcom的研究顯示，對英國網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )服務(wù)業(yè)者的抱怨中，有五分之一是寬頻網(wǎng)絡(luò )速度過(guò)慢的情形。 目前典型的聯(lián)網(wǎng)家庭擁有約七部具備Wi-Fi上網(wǎng)功能的裝置。根據加拿大經(jīng)濟合作暨發(fā)展組織的估計，至2020年為止，擁有兩個(gè)小孩的家庭無(wú)線(xiàn)裝置數量將大幅上升至五十部。 雖然聯(lián)網(wǎng)家庭只是未來(lái)“聯(lián)網(wǎng)生活”時(shí)代的一部分，但消費者將在家中、工作、外出及城市中、旅行、購物時(shí)，乃至于任何前往地點(diǎn)都在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)工作將包括我們已熟悉的事物，例如行動(dòng)電子郵件、攜帶自有裝置以及企業(yè)行動(dòng)應用程序，同時(shí)亦將涵蓋庫存的位置追蹤、人員定位器以及行動(dòng)專(zhuān)案協(xié)同合作工具。 Frost & Sullivan進(jìn)一步預測至2025年時(shí)，聯(lián)網(wǎng)生活的崛起將使全球出現三十七億支智能型手機、七億臺平板電腦、五億兩千萬(wàn)個(gè)穿戴式健康相關(guān)裝置，以及四億一千萬(wàn)個(gè)智能型設備。然而，即將以機器對機器(M2M)通訊為主的物聯(lián)網(wǎng)革命將改變這一切。想想看，有多少事情可在無(wú)人為介入的情況下完成。家中的感測器可偵測到無(wú)人在家，然后自動(dòng)調降恒溫控制器的溫度。車(chē)輛最終也將能夠與智能型停車(chē)計費表進(jìn)行通訊，透過(guò)車(chē)輛的電訊服務(wù)供應商支付停車(chē)費(例如美國的OnStar)。在用電尖峰時(shí)段，智慧電表可自動(dòng)關(guān)閉耗電量高的設備，例如洗碗機與洗衣機。Wi-Fi已是快速成長(cháng)的M2M市場(chǎng)的關(guān)鍵要素，而有如此多的裝置競相使用帶寬，需要更具智能、傳輸速率更高的網(wǎng)絡(luò )。 考慮家中或辦公室Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)需求時(shí)，應記住這最后一項考慮因素裝置須具備802.11ac與MU-MIMO以達到其真正的潛力。尋找基礎架構裝置時(shí)，具備MU-MIMO的802.11ac將迅速成為企業(yè)AP、家用路由器與閘道器的標準。但是，用戶(hù)端裝置需要花較長(cháng)的時(shí)間才能跟上此趨勢，因此部分串流可能仍會(huì )專(zhuān)屬于SU-MIMO用戶(hù)端。即使如此，MU-MIMO亦將有利于傳統的SU-MIMO用戶(hù)端。由于可為MU-MIMO用戶(hù)端提供二至三倍的效能，因此網(wǎng)絡(luò )上將有更多的可用時(shí)間與可用容量提供給SU-MIMO裝置使用。 評估新的智能型手機、新的平板電腦，甚至是汽車(chē)的聯(lián)網(wǎng)能力時(shí)，若能優(yōu)先選擇MU-MIMO裝置，將能推動(dòng)MU-MIMO芯片組的采用；另一方面，若消費者可將MU-MIMO列為采購行動(dòng)裝置時(shí)的優(yōu)先選擇，而非其他項目如最新的相機技術(shù)，將可促進(jìn)此技術(shù)的采用曲線(xiàn)。 |
