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作者：博通公司（Broadcom）無(wú)線(xiàn)連接業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監Clint Brown 具備Wi-Fi功能的設備無(wú)處不在。研究人員預測，截至2020年，全球無(wú)線(xiàn)互聯(lián)設備數量將升至500億臺1。因此，消費者不僅希望能在計算機、平板電腦、智能手機、電視和游戲機等不同設備上欣賞到豐富的多媒體內容，還希望能夠提高設備的運行速度、可靠性以及電源效率。幸運的是，802.11ac標準，或第五代Wi-Fi（5G WiFi）技術(shù)已應運而生，作為下一步發(fā)展的關(guān)鍵，其能夠幫助無(wú)線(xiàn)通信行業(yè)滿(mǎn)足上述需求。 與之前的Wi-Fi技術(shù)相比，5G WiFi在傳輸千兆吞吐量方面，運行速度更快、效率更高。同時(shí)，其在5 GHz帶寬上運行時(shí)，與相同帶寬上的其他802.11技術(shù)一樣支持向后兼容。此外，通過(guò)諸如傳輸（Tx）波束成形和低密度奇偶校驗檢查（LDPC）等技術(shù)組合，它還有望解決“有限的覆蓋范圍和連接速度（例如：速率）”等越來(lái)越困擾Wi-Fi的難題。 為了更好地理解這一難題，我們以家庭環(huán)境中典型的WLAN設置為例，其通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由器連接不同的設備（如智能手機、平板電腦、筆記本電腦、打印機和電視等）。由于家中的樓層和墻壁也可能構成連接場(chǎng)景里的一部分，不是家庭中的所有位置都能實(shí)現最佳的連接效果。大多數消費者憑直覺(jué)采取行動(dòng)去改善連接狀況，例如，將房門(mén)打開(kāi)以提高安裝在家庭活動(dòng)室中WLAN 接入點(diǎn)（AP）的信號效果。由于頻繁地改變家中的AP位置并不現實(shí)，我們需要采取其他方法來(lái)改善連接效果。 5G WiFi采用了兩種可選技術(shù)，通過(guò)提高限定范圍內的速率或吞吐能力來(lái)加速連接性能。其中，最有效的方法就是波束成形技術(shù)，這是一種非專(zhuān)利技術(shù)，能夠應用于多種設備，并可將無(wú)線(xiàn)連接性能提升2-3倍。波束成形技術(shù)能控制射頻能量的方向，將其引向打算要接收信號的接收器，從而提高無(wú)線(xiàn)連接性能（圖1）。這種技術(shù)甚至還能讓無(wú)線(xiàn)信號繞過(guò)墻角或穿過(guò)墻壁，從而消除Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的盲點(diǎn) 。 
圖1. 借助 802.11ac（和802.11n）波束成形技術(shù)，無(wú)論周邊有多少設備，集線(xiàn)器或AP都能讓無(wú)線(xiàn)信號直接傳向需要信號的設備。與此形成對比的是，傳統Wi-Fi技術(shù)只能在設定區域輻射無(wú)線(xiàn)信號，而該區域內的任何設備都能接收該信號。 LDPC是一種正向糾錯編碼體系，常用于確保編碼可靠性并提高編碼增益。該方法于1960年代早期發(fā)明問(wèn)世，能在背景噪聲較大、數據容易出現損壞的頻率中傳輸信息。利用該方法，我們能大幅減少噪聲通道中信息傳輸丟失的幾率，從而確保傳輸高效可靠的信息，同時(shí)也能漸進(jìn)地提高更大范圍內的傳輸速率。 當波束成形和LDPC技術(shù)結合使用時(shí)，相對于802.11ac的256 QAM標準而言，其能夠提高整體的無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍和速率并擴大其連接范圍。事實(shí)上，增益提升能達6到8 dBm，帶寬提升擴展范圍高達3倍（圖2）。此外，除了可選用連續的160 MHz通道或非連續的80+80 MHz通道之外，5G WiFi還支持80-MHz通道，這就意味著(zhù)將有更多的高速線(xiàn)路來(lái)支持增加的流量。換言之，5G WiFi只需在80-MHz通道上使用160-MHz頻率，就能將帶寬提高高達4倍。這些做法確實(shí)能大幅提高性能，那么這對終端用戶(hù)有什么實(shí)際價(jià)值呢？
圖2. LDPC和波束成形技術(shù)相互配合，能大幅提高接收器的吞吐能力和靈敏度。 為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們不妨設想這樣一個(gè)典型的企業(yè)場(chǎng)景。例如，辦公空間位于不同樓層，且有辦公室和小隔間等不同的辦公空間（圖3）。辦公設施周邊設置一個(gè)5G WiFi 3x3 WLAN AP和幾個(gè)5G WiFi站點(diǎn)，為員工提供無(wú)線(xiàn)連接服務(wù)。我們利用與AP的不同距離來(lái)檢測是否使用波束成形技術(shù)時(shí)的吞吐量。距離為10米和20米時(shí)，無(wú)論是否使用波束成形技術(shù)，吞吐能力均保持不變；距離為30米和40米時(shí)，我們明顯能看到使用波束成形技術(shù)提高了吞吐量；不過(guò)，波束成形技術(shù)最大的效果是當距離達到50米時(shí)，這時(shí)使用波束成形技術(shù)能將吞吐能力提高到157 Mbps，而不使用波束成形技術(shù)就只有87 Mbps，也就是說(shuō)吞吐能力由此提升高達80%。如果再配合使用LDPC技術(shù)，那么還能進(jìn)一步提高吞吐量。
圖3. 5G WiFi波束成形技術(shù)能針對指定客戶(hù)端或設備提高連接范圍和數據速率。在本例中，該技術(shù)能將吞吐量提升高達80%。 消費者對更多連接設備和數據的需求無(wú)窮無(wú)盡，而企業(yè)網(wǎng)絡(luò )則必須努力滿(mǎn)足更大密度的用戶(hù)需求，同時(shí)改進(jìn)用戶(hù)體驗，因此波束成形和LDPC等高級技術(shù)如今變得更加至關(guān)重要。通過(guò)大幅提高無(wú)線(xiàn)連接性能，我們能為傳統Wi-Fi技術(shù)向5G WiFi技術(shù)轉型鋪平道路，并為滿(mǎn)足未來(lái)不斷增長(cháng)的需求做好準備。 |
