利用5GWiFi波束成形和LDPC技術(shù)提高無(wú)線(xiàn)連接性能

　　ICCSZ訊   具備Wi-Fi功能的設(shè)備無(wú)處不在。研究人員預(yù)測(cè)，截至2020年，全球無(wú)線(xiàn)互聯(lián)設(shè)備數(shù)量將升至500億臺(tái)1。因此，消費(fèi)者不僅希望能在計(jì)算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)、電視和游戲機(jī)等不同設(shè)備上欣賞到豐富的多媒體內(nèi)容，還希望能夠提高設(shè)備的運(yùn)行速度、可靠性以及電源效率。幸運(yùn)的是，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，或第五代Wi-Fi(5GWiFi)技術(shù)已應(yīng)運(yùn)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，5GWiFi在傳輸千兆吞吐量方面，運(yùn)行速度更快、效率更高。同時(shí)，其在5GHz帶寬上運(yùn)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(yàn)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(shè)置為例，其通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由器連接不同的設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、打印機(jī)和電視等)。由于家中的樓層和墻壁也可能構(gòu)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(xiàn)最佳的連接效果。大多數(shù)消費(fèi)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(hào)效果。由于頻繁地改變家中的AP位置并不現(xiàn)實(shí)，我們需要采取其他方法來(lái)改善連接效果。

　　5GWiFi采用了兩種可選技術(shù)，通過(guò)提高限定范圍內(nèi)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(yīng)用于多種設(shè)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(hào)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(hào)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(shè)備，集線(xiàn)器或AP都能讓無(wú)線(xiàn)信號(hào)直接傳向需要信號(hào)的設(shè)備。與此形成對(duì)比的是，傳統(tǒng)Wi-Fi技術(shù)只能在設(shè)定區(qū)域輻射無(wú)線(xiàn)信號(hào)，而該區(qū)域內(nèi)的任何設(shè)備都能接收該信號(hào)。

　　LDPC是一種正向糾錯(cuò)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(shù)據(jù)容易出現(xiàn)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(nèi)的傳輸速率。

　　當(dāng)波束成形和LDPC技術(shù)結(jié)合使用時(shí)，相對(duì)于802.11ac的256QAM標(biāo)準(zhǔn)而言，其能夠提高整體的無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍和速率并擴(kuò)大其連接范圍。事實(shí)上，增益提升能達(dá)6到8dBm，帶寬提升擴(kuò)展范圍高達(dá)3倍(圖2)。此外，除了可選用連續(xù)的160MHz通道或非連續(xù)的80+80MHz通道之外，5GWiFi還支持80-MHz通道，這就意味著將有更多的高速線(xiàn)路來(lái)支持增加的流量。換言之，5GWiFi只需在80-MHz通道上使用160-MHz頻率，就能將帶寬提高高達(dá)4倍。這些做法確實(shí)能大幅提高性能，那么這對(duì)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(shè)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(shè)施周邊設(shè)置一個(gè)5GWiFi3x3WLANAP和幾個(gè)5GWiFi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(cè)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(dāng)距離達(dá)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157Mbps，而不使用波束成形技術(shù)就只有87Mbps，也就是說(shuō)吞吐能力由此提升高達(dá)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3.5GWiFi波束成形技術(shù)能針對(duì)指定客戶(hù)端或設(shè)備提高連接范圍和數(shù)據(jù)速率。在本例中，該技術(shù)能將吞吐量提升高達(dá)80%。

　　消費(fèi)者對(duì)更多連接設(shè)備和數(shù)據(jù)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(yàn)，因此波束成形和LDPC等高級(jí)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(tǒng)Wi-Fi技術(shù)向5GWiFi技術(shù)轉(zhuǎn)型鋪平道路，并為滿(mǎn)足未來(lái)不斷增長(zhǎng)的需求做好準(zhǔn)備。