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作者：博通公司（Broadcom）無線連接業務開發總監Clint Brown 具備Wi-Fi功能的設備無處不在。研究人員預測，截至2020年，全球無線互聯設備數量將升至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）技術已應運而生，作為下一步發展的關鍵，其能夠幫助無線通信行業滿足上述需求。 與之前的Wi-Fi技術相比，5G WiFi在傳輸千兆吞吐量方面，運行速度更快、效率更高。同時，其在5 GHz帶寬上運行時，與相同帶寬上的其他802.11技術一樣支持向后兼容。此外，通過諸如傳輸（Tx）波束成形和低密度奇偶校驗檢查（LDPC）等技術組合，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，我們以家庭環境中典型的WLAN設置為例，其通過無線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景里的一部分，不是家庭中的所有位置都能實現最佳的連接效果。大多數消費者憑直覺采取行動去改善連接狀況，例如，將房門打開以提高安裝在家庭活動室中WLAN 接入點（AP）的信號效果。由于頻繁地改變家中的AP位置并不現實，我們需要采取其他方法來改善連接效果。 5G WiFi采用了兩種可選技術，通過提高限定范圍內的速率或吞吐能力來加速連接性能。其中，最有效的方法就是波束成形技術，這是一種非專利技術，能夠應用于多種設備，并可將無線連接性能提升2-3倍。波束成形技術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，從而提高無線連接性能（圖1）。這種技術甚至還能讓無線信號繞過墻角或穿過墻壁，從而消除Wi-Fi網絡的盲點 。 
圖1. 借助 802.11ac（和802.11n）波束成形技術，無論周邊有多少設備，集線器或AP都能讓無線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技術只能在設定區域輻射無線信號，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年代早期發明問世，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，同時也能漸進地提高更大范圍內的傳輸速率。 當波束成形和LDPC技術結合使用時，相對于802.11ac的256 QAM標準而言，其能夠提高整體的無線覆蓋范圍和速率并擴大其連接范圍。事實上，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，這就意味著將有更多的高速線路來支持增加的流量。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。這些做法確實能大幅提高性能，那么這對終端用戶有什么實際價值呢？
圖2. LDPC和波束成形技術相互配合，能大幅提高接收器的吞吐能力和靈敏度。 為了回答這個問題，我們不妨設想這樣一個典型的企業場景。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5G WiFi 3x3 WLAN AP和幾個5G WiFi站點，為員工提供無線連接服務。我們利用與AP的不同距離來檢測是否使用波束成形技術時的吞吐量。距離為10米和20米時，無論是否使用波束成形技術，吞吐能力均保持不變；距離為30米和40米時，我們明顯能看到使用波束成形技術提高了吞吐量；不過，波束成形技術最大的效果是當距離達到50米時，這時使用波束成形技術能將吞吐能力提高到157 Mbps，而不使用波束成形技術就只有87 Mbps，也就是說吞吐能力由此提升高達80%。如果再配合使用LDPC技術，那么還能進一步提高吞吐量。
圖3. 5G WiFi波束成形技術能針對指定客戶端或設備提高連接范圍和數據速率。在本例中，該技術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窮無盡，而企業網絡則必須努力滿足更大密度的用戶需求，同時改進用戶體驗，因此波束成形和LDPC等高級技術如今變得更加至關重要。通過大幅提高無線連接性能，我們能為傳統Wi-Fi技術向5G WiFi技術轉型鋪平道路，并為滿足未來不斷增長的需求做好準備。 |
