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作者 標題 [COMM]突破多裝置無線聯網瓶頸 802.11ax容量/效率取勝
時間 2018-05-01 Tue. 17:16:21
突破多裝置無線聯網瓶頸 802.11ax容量/效率取勝
新通訊 2018 年 2 月號 204 期《 封面故事 》
文．陳玉鳳
802.11ax又被稱為「高效率無線標準(HEW)」，不同於之前的Wi-Fi技術多強調傳輸速率的提升，802.11ax的亮點在於提高無線網路的容量及效率，一致的性能和可靠性能讓家庭用戶在使用AR/VR傳輸、8K影片串流時享有更佳的體驗。
802.11ax又被稱為「高效率無線標準(High-Efficiency Wireless, HEW)」，不同於之前的Wi-Fi技術多強調傳輸速率的提升，802.11ax的亮點在於提高網路的容量及效率。
對家庭用戶而言，由於現在許多家庭可能擁有一台以上的Wi-Fi接取點(AP)，加上家庭內連上網路的裝置數量不斷增加，因此Wi-Fi技術的關鍵不再只是追求某一裝置(節點)連結至AP的最快傳輸速度，而是整個網路的容量是否能夠滿足各種家庭聯網應用。根據GSM協會的預估，至2022年，每個家庭平均將有大約50個聯網設備，因此為了使家庭網路能更有效支援虛擬及擴增實境、即時串流媒體以及智慧城市等多元應用，傳輸技術的革新已是勢在必行。
隨著需要使用無線網路的聯網設備不斷增加，加上高解析度串流媒體影像、社交媒體及雲端應用的普及，越來越難以讓無線網路提供一致的性能和可靠性，而802.11ax被賦予的任務，就是將聯網裝置密集環境中的每個節點平均傳輸率大幅提升，提供一致且穩定的資料流，讓家庭用戶在使用AR/VR傳輸、8K影片串流時能享有更佳的體驗。
相較於當前Wi-Fi主流的802.11ac規格，802.11ax可同時支援2.4GHz和5GHz，在5GHz下最高速率為4.8Gbps，單裝置峰值速率提升近40%。裝置連線數也大幅增加，前代802.11ac最多支援8台裝置，802.11ax則能支援多達256台裝置。
支援MU-MIMO與OFDMA 增進網路效率 802.11ax如何達成提高網路容量及效率的目標？主要關鍵在於採取了多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)與正交頻分多址(OFDMA)這兩項多使用者技術，使得同一個伺服器可以同時服務多個裝置。之前的Wi-Fi技術，對於上行鏈路資源的調度，多是依靠隨機競爭頻寬的機制，802.11ax技術協議則是在上行和下行鏈路都能支援MU-MIMO，如此一來，透過協調機制能使得流量分配更為合理，大幅增進網路容量及效率。
此外，802.11ax對於OFDMA的採用，也有效提升了802.11ax的網路效率。相較於以往Wi-Fi採用正交分頻多工(OFDM)的調變方式，802.11ax採用OFDMA調變方式，且能同時支援上行和下行。
OFDMA有何好處？簡而言之可分為三個部分：首先，OFDMA將大大小小的數據封包調變在一起，因此耗費負擔(Overhead)可以透過共享而降低，效率便隨之提高；其次，OFDMA調變訊號的符號長度變長，是802.11ac的4倍，覆蓋範圍擴大，具體意義就是當使用者在房間遠處接收及觀看影片時，效果更好且更穩定；第三，則是OFDMA調變現在最高可支援1024-QAM，調變碼的密度越高，承載的數據量也就越大。透過這些技術，802.11ax能協調多個AP，讓網路頻寬的應用更有效率。
802.11ax晶片面市 2018年大顯身手 隨著越來越多的家庭及企業應用需透過802.11ax技術實現，相關業界已多方投入802.11ax相關產品的布局。以晶片方面來看，許多半導體業者於2017年紛紛推出802.11ax晶片，例如Marvell已於2017年12月推出802.11ax無線產品系列(圖1)。
圖1 因應家庭內接入網路的裝置數量增加，Marvell推出的802.11ax晶片可協助建構更穩定、更快速的傳輸環境。
Marvell高級營銷經理Ken Wu表示，在802.11ax的規範制定過程中，Marvell積極參與貢獻，該公司推出802.11ax晶片的速度雖然不是最快，但產品線的完整度堪稱是業界最高。相較於其他廠商的802.11ax產品多僅提供下行傳輸，Marvell的方案則支援完整的MU-MIMO和OFDMA上行及下行傳輸連結，他指出，唯有提供上行機制，才能滿足當今「上傳世代(Generation Upload)」的即時雲端應用需求。
全新的Marvell系統單晶片(SoC)除了可提供完整的MU-MIMO和OFDMA上行和下行傳輸之外，其他的特性包括：multi-Gigabit的峰值速度、精確的定位、雲端管理、同級最佳的波束成形和整合藍芽5技術等。藍牙5可以用來實現室內定位。
Marvell最新推出的802.11ax產品組合包括88W9068、88W9064和88W9064S。其中88W9064S主要是針對服務供應商和OTT機上盒進行優化，主要功能包括：支援5/2.4GHz、上行與下行OFDMA、上行與下行MU-MIMO及1024- QAM調變等。
除了Marvell之外，還有多家半導體業者也已推出802.11ax晶片。博通(Broadcom)推出的802.11ax晶片共有三款，分別是針對家用的BCM43684、商用的BCM43694，和行動裝置專用的BCM4375，該晶片不僅支援802.11ax，還具備藍牙功能。英特爾(Intel)亦已於日前正式發表其802.11ax晶片，應用於2× 2和4× 4家用路由器、閘道裝置等；該公司認為從2018年開始，新晶片將為消費級裝置帶來更迅捷、更智慧的Wi-Fi環境。
英特爾的802.11ax晶片組是基於802.11ax草案2.0，代表其已達到802.11ax認證標準。英特爾宣稱在單設備情況下，新晶片組的速度將比802.11ac晶片速度高出約40%，所以即使在網路壅塞的環境中，每一用戶的平均吞吐量也能增加四倍。根據英特爾公布的數據，新晶片的速度能夠在8秒時間內完成10GB資料的下載。
802.11ax是Wi-Fi技術歷經先前五代技術標準演進後的第六代技術，預計在未來一到二年，802.11ax將有機會進入商業化階段。針對802.11ax規格的發展，Ken Wu指出，該標準應該會在2019年中底定，但在此之前，預期802.11ax市場在2018年下半年就將出現明顯成長。
通用介面及軟體簡化測試作業 隨著802.11ax聲勢漸漲，測試設備業者當然早已做好準備。是德科技(Keysight)資深行銷專案經理郭丁豪表示，是德對於產業規範發展的腳步一向緊密跟隨，所以能快速推出相對應的測試方案，這次的802.11ax當然也不例外，早已和相關晶片業者合作，協助他們及早推出產品。
圖2 是德科技資深行銷專案經理郭丁豪(右)及應用工程部資深專案經理蘇千翔指出，Keysight可提供完整802.11ax測試解決方案。
是德科技已提供一系列的802.11ax測試解決方案(圖2)，包含現成易用的軟體，可全面支援必要的802.11ax測試量測，從單一輸入單一輸出(SISO)到2x2/4x4/8x8 MIMO測試，應用範圍涵蓋研發、設計驗證和製造測試。是德科技應用工程部資深專案經理蘇千翔說明，為協助客戶節省寶貴的開發時間，因此Keysight的測試方案在研發、設計驗證和製造階段，是採用硬體平台提供的通用操作介面和軟體控制功能。
值得一提的，Keysight的X系列應用軟體，是經過驗證、現成可用的訊號分析量測工具。這些應用軟體可簡化複雜的量測任務，並提供可重複的結果，且透過整合式應用軟體，可以快速提供最新的無線標準相符性量測功能，降低測試門檻；其內建的量測專業知識，則能讓使用者更快了解訊號和裝置效能。此外，可轉移授權的機制則讓多台儀器都能共用相同的應用軟體。
Keysight推出的802.11ax測試解決方案符合最嚴格的誤差向量大小(Error Vector Magnitude, EVM)測試要求。特性包括：可用優於-50dB的效能對晶片組和功率放大器(PA)進行特性分析；可用優於-48dB的效能驗證8× 8裝置，甚至可以跨越8個並聯串流；在25dB動態範圍提供高達5dBm的訊號源功率位準，且支援OFDMA+MU-MIMO多使用者測試。
整體而言，隨著家庭及企業用戶要求更智慧、更快速和更高頻寬的無線系統，802.11ax相關產品可望在今年陸續現身，為包括家庭在內的應用場域建構更穩定、更順暢的網路環境。
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※ 作者: uefangsmith 時間: 2018-05-01 17:16:21
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