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高通:为什么说802.11ax会成为下一代WiFi技术标准

发表时间:2018-07-12 00:01:42  来源:  浏览:次   【】【】【

研发WiFi连接技术、试图占领上游市场并逐步控制物联网时代话语权,是高通一直以来的布局。

2017年2月,高通宣布推出两款支持下一代标准——802.11ax的WiFi解决方案,其中包括面向网络基础设施的IPQ8074系统级芯片(SoC)和面向客户终端的QCA6290,借此,高通成为首家发布支持802.11ax的端到端商用解决方案的公司。

七个月后,Qualcomm Technologies产品管理总监Jason Tao向雷锋网表示,经过这段时间的布局,11ax最终在消费类、企业级和运营商的应用正在逐步落地。

实际上,早在2016年5月,高通便推出面向家庭用户的802.11ac三频平台,整合两个5GHz频段与一个2.4GHz频段,该方案可以在使用多种WiFi技术的家庭场景中,智能分配设备的频段,优先为支持802.11ac的设备提供更稳定的带宽,额外多出来的频段则可以用来拓展网络节点。

Jason Tao表示,目前来讲,用户使用比较普遍的已经是802.11ax技术了,但从整个Wi-Fi技术发展的角度来看,802.11ax技术的关键点在于其能够提高网络的容量及效率。

为什么802.11ax 会成为下一代

Jason Tao对雷锋网表示,Wi-Fi网络今后的演进过程中,最关键的一点是整个网络的容量是否能够满足应用的需要,而并非在Wi-Fi网络里某一个节点连到AP,能发送最快的速率是多少。

换言之,绝对最高的速率并不是最关键的点,关键点在于如何为所有的用户提供所有的数据,且质量都能满足他们对于服务的需求,所以这是关于总体网络容量的问题。

802.11ax技术如何扩充网络容量?

802.11ax技术能使每个AP同时接入服务的终端数量有所提高。通常大家通过零售渠道/家用的主流路由器,同时接入十几个终端时,可能就对Wi-Fi产生一些挑战,使用效果与体验就会逐渐变差。而802.11ax技术专门引入了一些新的特性,令同一个服务器可以同时服务多个终端,这方面相较前代有所提高。

1.在高密度使用场景下,如果有多个AP,802.11ax在密集型环境里能帮助多个AP之间互相协调,使得共享信道上的AP也能更合理地利用信道带宽。

2.上行链路的管理。在802.11ax技术之前,如802.11n和802.11ac,对于上行链路资源的调度都是依靠随机竞争带宽的。而802.11ax技术中的新协议增加了一些能够对终端之间进行协调,以及上行链路资源管理调度方面的功能。

3.对于多种数据流的不同类型,如何能同时兼顾高数据量的需求,又能穿插顾及到物联网设备即时性要求高、但数据流量不是很大的需求。如何混合进行业务操作,802.11ax技术对于这方面也进行了加强。

所以,能解决单AP的接入数量,同时多AP相互协调;上行时各个接入点之间在带宽链路进行资源调度,对承载的业务进行合理的流量分配管理,我们就可以看到802.11ax技术对整体网络的效率和容量都能有提高。

与11ac相比,11ax具备的新的关键技术特征?

一个是8×8 MU-MIMO(多用户多输入多输出)。之前802.11ac Wave 2的一个主要特性就是MU-MIMO,当时在11ac里面,网络协议能实现的功能就是11ac Wave 2的AP可以同时向多个支持MU-MIMO的客户端发送数据包, 11ac当时支持的最大规格是4×4 MU-MIMO,同时可以向4个终端共享下行的MU-MIMO数据包。另外当时在11ac的规范里只有下行的MU-MIMO功能。

现在的11ax有两个方面的提高:

第一是上行和下行都可以支持MU-MIMO,不仅是从AP向终端发送数据包的时候可以一个数据包同时面向多个终端节点发送,同时这几个终端节点也能够协调,同时向AP端、网络上行发送数据包。数据包同时到达AP,AP也能够解码、同时接收所有的数据包,因此效率就有所提高。以前最大的规格只支持到4×4 MU-MIMO,现在是8×8 MU-MIMO。以前每个数据包每次只能把4个终端组合在一起,现在可以把8个组合在一起。当然这并不是说MU-MIMO网络里只有4个或者8个终端,而是每一个帧(Frame)里面最多可以有4到8个终端,整个网络的容量达到上百个是没有问题的,这就明显提高了效率。

另外一个重要的演进是OFDMA的加入。之前的11ac甚至之前的Wi-Fi采用的都是OFDM的调制方式,现在多了一个新的调制方式叫OFDMA,并能同时支持上行和下行。以前相当于在同一个帧(Frame)里只有一个标准的数据包,传给客户端的时候不管帧(Frame)的大小,从网络协议的角度来看,在信道发送方面额外的系统开销(overhead)都是一样的。而OFDMA是在蜂窝应用中已经普遍应用的技术,它主要的优势功能是把各种大小的数据包从调制的角度组合在一起,系统开销(overhead)可以通过共享而降低,因而效率得到提高,这是一个很重要的演进。

同时,OFDMA的符号的长度也变长了,每一个调制信号的符号长度变成以前11ac的4倍。调制的长度越长,在多路径(Multipath)的情况下,AP端、客户端就能有更多的机会可以充分利用多路径,通过更宽的窗口把不同角度反射过来的信号组合在一起。这就让实际应用场景中,特别是远距离传输的时候,在多路径比较强的情况下,解码能力增强,接受的稳定性也更大了。另外,现在的调制可以支持1024-QAM,之前最高只支持到256-QAM,调制码的密度越大,承载的数据量也就越大,这比以前提高了2到3倍。

总体来讲,这些相应的技术组合在一起就使11ax整体的技术性能在多个AP之间互相协调,在网络带宽的应用方面更有效率。

11ax的优势能在哪些具体应用场景中凸显出来?

一是城市里面密集度非常高的使用环境,11ax对办公、公寓、密集型住宅甚至室外的应用都有很大的提高;

二是企业级的应用,这也是现在非常看好的最早采纳11ax技术的应用场景之一。因为企业级应用基本把所有的关键业务都搬到了Wi-Fi网络,有线网络连接已经很少见了。无论是终端的设备接到云端,还是应用于教育领域的电子课室都是在Wi-Fi网络上实现的。11ax使这些服务比以前的可靠度更高,支持的客户端数量也更大。比如说电子教室,以前如果是100多位学生的大课授课形式,传输视频或是上下行的交互挑战都比较大,11ax会使应用场景的可靠度和使用效果有很好的提升。

第三,新增应用场景是对运营商网络分流起到了重要的辅助作用。Jason Tao向雷锋网表示,LTE网络对移动终端的上网和数据流量方面确实起到了很大的改善作用,但LTE的网络对运营商来说不管是带宽还是网络的部署都比较昂贵,所以很多情况下运营商都愿意把其中一部分业务分流到Wi-Fi网络上,因为Wi-Fi网络相对更加经济实惠。但之前的Wi-Fi网络存在稳定性或者带宽上的挑战,随着11ax技术的演进,从LTE网络分流过来的应用场景的用户体验会比以前更好。

除了以上几个技术核心问题,雷锋网(公众号:雷锋网)整理了与Jason Tao几个细节问答,以觞读者:

问:家用和消费级的应用会是11ax的核心应用吗?

答:刚才提到了11ax在城市高密度的使用场景实际上指的就是家用、在居家环境下的使用。在密集的楼宇里,很多人家里不只是一台Wi-Fi AP,或者是楼宇很密集的情况下,邻里之间也有很多AP。这就是指的家用。所以从消费级到企业级、到运营商级,我们认为11ax都可以很好地支持这些使用场景。另外,11ax还同时支持2.4GHz和5GHz,这样使得在一般的家用场景下,部署使用就更灵活,包括2.4GHz频段上的服务也可以慢慢地演进到11ax。

问:11ax在2.4G上可以实现多少速率提升?

答:这个可能要具体算一下。相较于之前11ac,11ax有了MU-MIMO和OFDMA的提升。但如果从绝对的速率来讲,这个提升的幅度并不一定说是几倍,但好处是容量高了很多。因为2.4GHz的一个主要挑战就是带宽非常窄,只能跑40MHz带宽,那怎么能把这40MHz带宽应用得更合理,这是最重要的,频段占得太宽就会影响布网。

问:11ad和11ax有什么关系呢?它是一个过渡技术吗?

答:其实这不是一个过渡产品。11ax相当于是11ac的演进,因为它们主要是在2.4GHz和5GHz这样通用的Wi-Fi频段工作,而11ad是在60GHz的频段工作运行,频段不一样,所以一些基本的技术也不太一样。虽说在很多的国家和区域这都是免许可频段(Unlicensed band),但频带不一样。11ad会另有一套演进的路径,接下来会发展到11ay;而11ac的下一代演进就是11ax,可以说是并行演进。

问:11ad的宣传中突出的是支持AR/VR传输,8K视频等,强调的是超高速率。而11ax的速度也不慢,为什么突出的重点是覆盖?

答:对,11ax的速度对于有高带宽需求的、诸如VR/AR的传输场景,肯定也都能有很好的提升。如刚才提到,11ad与11ax两种技术应用的频段不一样,60GHz有一些比较独特的地方,比如说在干扰方面的挑战可能比2.4GHz和5GHz要少一些。

另外,11ad的波束成型(beamforming)技术能使得网络传输的时候(如VR应用情况下),对高带宽有很好的保障。而作为这项技术本身的特性,从应用层到mac层,底层的技术决定了它整体的延时性也比较低。所以说,11ad在现有技术上确实是非常适合VR/AR应用的。11ax从11ac演进而来,单个节点的速度提升当然很重要,但在11ax里主要的技术提升,包括MU-MIMO和OFDMA,都是解决容量提升的问题。

问:11ax作为11ac的演进,它的稳定性如何?

答: 这里的稳定性主要指远距离的用户体验怎么样。

作为11ax来讲,因为还是在2.4GHz和5GHz上,所以信号传输的基本特性是不变的。刚才为什么说11ax能扩展覆盖范围呢?比如说11ax有更长的OFDMA符号,就对远距离传输有了进一步改善,通过这样的途径使覆盖范围扩大了。从这个方面的用户体验来说,中、远端的用户应该是能感受到连接更稳定了。比如我想在房间的另一端来看一个视频,11ac演进到11ax以后,这个视频接收的效果应该是更好、更稳定了。

关于上行链路资源调度,比如说OFDMA下/上行都可以做,这样使得多个客户端可以进行协调,而不是说大家都去抢某个网络里的某个时间段。理解成——以前完全是分时运行,现在相当于是在分时的基础上,在每个时段里可以有多个客户同时利用这个频段,把这个频段分得更细了。这样的话,只要传输效率能更高,客户端等待的时间也就更少了,整个网络的冲撞也更少,这样就达到了您提到的很重要的一点就是节能,功耗就会变少。以前11ac终端在Wi-Fi网络中,经常有可能需要重传,要不断地等待自己发射的机会,这个等待时间长,能量就浪费了。如果一个手机终端支持11ax,有了OFDMA和上行MU-MIMO,大家多个终端之间互相协调,我们就知道应该在哪个时间点传输,避免了重发与等待,功耗表现的确会更好。

问:目前Qualcomm的11ax解决方案在具体的落地上表现怎样?今年IFA上,华硕展示了一款11ax的路由器,很多人都说它是采用Qualcomm的解决方案?

答:目前我们正在跟很多家OEM厂商积极合作,进行新品的开发,最近华为全连接大会上,他们采用高通11ax方案已发布了11ax无线接入点产品。厂商具体产品发布计划和相关产品信息,这个可能还是需要合作伙伴来分享他们的具体信息,我们不太方便进行评论。