Wi-Fi的演化進展有目共睹。回顧過去的十年,Wi-Fi產業從802.11g產品為主、剛要開始過渡到802.11n的時代,直到如今隨著物聯網裝置數量以及影音內容流 量急遽擴增,頻寬要求大非昔比。一路走來,Wi-Fi也持續蛻變,朝向更高頻寬發展邁進。
十年前,Wi-Fi大多應用於筆電、一部分桌上型電腦與為數極少的個人數位助理(PDA)產品之中,屬於在窄頻中的單串流(Single Stream)傳輸模式。802.11n支 援了多重輸入多重輸出(MIMO)多數據串流與波束成形(Beamforming)的選項,提供更堅實的網路連結技術,但單一時點仍僅能與單一裝置通訊。

只有當網路內是4×4的用戶端設備時,802.11n 4×4 MIMO規格的無線網路接取點(Access Point)才能發揮其4傳送/4接收的威力,然而幾乎不存在這樣的機會。 偶爾出現配備了2×2或3×3的用戶端設備,通常是筆電和Chromebook,才享受得到較高的資料傳輸速率(Data Rate)。由於802.11n支援2.4GHz/5GHz雙頻,若無 線存取點與用戶端裝置均支援雙頻且以5GHz頻段建立連線,還能更增添其效能。 802.11ac第一波(Wave 1)持續挺進,但把使用5GHz變成強制規定,換言之802.11ac只能運作於5GHz頻段之中。當然,一般的產品仍會支援雙頻以便向下相容。 802.11ac亦允許使用更寬的頻道,進一步促成更高的傳輸速率。

應用多元化 Wi-Fi朝高頻前進

時至今日,Wi-Fi已經進展到802.11ac第二波(Wave 2)多用戶多重輸入多重輸出(MU-MIMO)和802.11ad無線標準(WiGig),成長潛力一片樂觀。Wi-Fi產品應用範 圍完整涵蓋了個人電腦、平板電腦、穿戴式裝置,以及數量龐大的智慧型手機、電視、機上盒(STB)、智慧家庭產品、機器人和各種物聯網產品。

在企業環境中,讓密集充斥的個人電腦、平板電腦、智慧型手機和穿戴式裝置都能任意連結,是至為重要的,如此一來使用者才能更容易地存取工作所需的資 訊。

寬頻(Broadband)服務供應商與行動營運商紛紛揮軍布局Wi-Fi市場,前者考慮如何提供更好的家用接取點給家庭寬頻用戶;後者則是使用Wi-Fi熱點和小型蜂 巢式基地台(Small Cell)支援LTE和Wi-Fi的網路聚合技術(Link Aggregation)。

回顧Wi-Fi產業十年的歷史,頻道(Channel)頻寬已從20∼40MHz躍升至80GHz頻寬(甚至是802.11ac Wave 2的160GHz頻寬),以及接下來802.11ad的2GHz頻寬。

然而,頻譜的擴增只是一個面向,另一個面向則是日趨複雜的天線技術。為了緩解家庭、企業以及公網營運服務的無線網路擁擠問題,Wi-Fi市場採取了兩種 區別迥異的途徑。其一是使用MU-MIMO技術以及在5GHz頻段中更寬的802.11ac Wave 2頻道。其二則是在60GHz頻段中藉由802.11ad(即WiGig)的超寬頻(Ultra- wideband, UWB)頻道,部署天線陣列(Array)來運用波束成形技術。

聯網裝置數量/流量暴增5GHz Wi-Fi躍居主流

因應物聯網聯網裝置數量以及影音內容流量急遽暴增,導致所需頻寬日益龐大,將5GHz頻段推升至Wi-Fi應用主流地位,由今年銷售的大多數產品看來,已有 68%的Wi-Fi裝置同時運行在2.4GHz與5GHz雙頻段;加上Wi-Fi聯盟甫於日前推出第二波IEEE 802.11ac認證測試標準,增強了對5GHz頻道支援,扮演著加速平板 電腦、智慧型手機和消費性產品轉換至5GHz應用推手,帶動2.4GHz結合5GHz雙頻支援的應用風潮。

Wi-Fi聯盟行銷副總裁Kevin Robinson(圖1)表示,5GHz頻段具備更多頻道,可有效減少在重疊頻道上的資料連線,因此網路干擾與壅塞的情況可明顯改善。根 據研究機構ABI統計,由不同頻段的Wi-Fi與WiGig晶片組出貨量顯示,雙頻802.11n(2.4GHz)與802.11ac市占率將會持續攀升,預計2020年,將有高達96%的裝 置支援雙頻。

 

Wi-Fi聯盟行銷副總裁Kevin Robinson表示,5GHz將成為主流頻段,可有效減低網路干擾與壅塞問題。

 

另一方面,第二波的802.11ac認證測試,加入了MU-MIMO功能可最大限度釋放Wi-Fi網路資源潛力,使裝置能夠同時處理多項任務,從而提高網路的總體效率和 輸送量,滿足消費者、企業和服務提供者需求,進一步提升應用處理器(AP)與路由器(Router)的性能。

Robinson指出,過去的網路服務可能需要依次傳送數據封包給筆記型電腦、手機等裝置,而現在即可透過MU-MIMO技術同步傳輸資料到不同裝置上。舉例來說 ,過去使用乙太網路(Ethernet)時,有連結集線器(Hub)轉換到交換器(Switch)過程的概念,以達到同步提供資料於多個裝置的功能,相同地,MU-MIMO的技術 也類似於此概念。

值得一提的是,早於Wi-Fi聯盟發布802.11ac認證前,已有多家廠商搶先發布相關產品,包含博通(Broadcom)、邁威爾(Marvell)、聯發科、高通(Qualcomm)等 廠商。

邁威爾無線連接業務部門市場副總裁Kevin Tang表示,802.11ac的發布標誌著Wi-Fi技術另一個里程碑。隨著生活中對無線連接需求的持續增長,第二波的 802.11ac技術進一步推動Wi-Fi無論是速度、效能和網路容量的發展。該公司將提供整套支援MU-MIMO的第二代晶片組,以尖端技術提高消費者的使用體驗。

 

新型雙頻Wi-Fi路由器支援802.11ac Wave2標準160MHz頻寬,具有多用戶多重輸入多重輸出(MU-MIMO)功能,可因應高度成長的無線頻寬需求。(圖片來源:Netgear)

5GHz/60GHz頻段相輔相成

「用MU-MIMO技術增進5GHz的Wi-Fi效能」與「使用60GHz的WiGig技術」,並非只能二選一的解決方案。5GHz頻段在某些情況下仍有擁擠和干擾的問題,因此需 要使用60GHz頻段。相反的,5GHz頻段仍將持續被採用以滿足穿牆傳輸的需求,除非使用者在每個房間設置至少一台WiGig接取點並拉線接好10Gigabit以上甚 至100Gigabit的乙太網路實體回程(Backhaul)線路。

由於這個建置成本過於昂貴,因此未來比較可能是在影像傳輸或虛擬實境(VR)應用這種需要高傳輸量的主要房間布建WiGig接取點,而其餘的空間則由5GHz Wi-Fi來支援。

在終端裝置方面,設計時則可以有所取捨,且勢必得取捨。廠商們將推出涵蓋單頻、雙頻或三頻(Tri-band)的完整產品組合。例如智慧家庭產品可能會單獨使 用2.4GHz或採取2.4GHz結合5GHz的雙頻方式。

筆電則可能會採用三頻。至於螢幕,則或許只使用60GHz頻段以作為顯示器和擴充基座(Docking Station)使用,或者可能讓螢幕具備三頻功能,使筆電只須連 接到60GHz頻段上的一個(或多個)螢幕來進行播放顯示,同時透過它連結周邊設備和網際網路。

802.11ax助勢 營造更好相容性環境

企畫產品時最重要的考量之一,就是把802.11ac Wave 2和802.11ad(WiGig)正確定位於技術演進的脈絡之上。國際電子電機工程師學會(IEEE)已開始著手推動 下一個主要Wi-Fi通訊協議--802.11ax,該技術將持續發展於2.4GHz及5GHz頻段之中,且將增加上行MU-MIMO能力,這將支援向後相容於既有2.4GHz和5GHz協定 。目前,只要是802.11ac Wave 2產品,MU-MIMO都能最大程度實現最高效率的下行傳輸。

另一方面,針對未來Wi-Fi聯盟於5G非授權頻段技術應用的規畫藍圖,Robinson強調,Wi-Fi聯盟認為WiGig是極具潛力的技術。於2016年底將有望看到WiGig更 進一步發展,其因在於美國聯邦通訊委員會(FCC)宣布即將把WiGig技術採用的毫米波(mmWave)頻譜擴增兩倍之多,其應用商機前景看好;另外,802.11ax也將 為Wi-Fi聯盟未來5G發展的重點之一。

資料來源:新通訊

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