[專欄]IEEE 802.11ax透過何種手段提升速率?

作者\陸向陽

Wi-Fi的速率標準,歷經1999年IEEE 802.11b、2003年11g、2007年11n(草版)、2012年11ac(草版)後,準備再次進入新階段,新版標準為11ax(也稱為HEW,High-Efficiency Wireless/WLAN),預計2019年初完成訂立,目標是讓現有Wi-Fi熱點覆蓋中的每個終端裝置提升4倍傳輸率(與11n/11ac相比),而且是以不增加終端裝置耗電量微目標來實現,甚至會減少用電。

與其說11ax是單純的速率提升新版標準,不如說是一個質與量都提升的標準,使過往以家庭運用為主的設計,轉變成更適合企業、公眾場合、電信營運用的設計。
與其說11ax是單純的速率提升新版標準,不如說是一個質與量都提升的標準,使過往以家庭運用為主的設計,轉變成更適合企業、公眾場合、電信營運用的設計。

新版到底如何再次拉升速率?筆者檢視了一下,並沒有什麼突破性、顛覆性技術,而是從現行Wi-Fi技術中持續精進以獲得提升。

首先在頻率方面,11ax相容現行2.4GHz、5GHz,且與11ac相同,多半要在5GHz頻段才能發揮齊全效速率。另外11ax依然維持11ac的每通道頻寬最高160MHz,並未有所突破,傳輸距離也類似,甚至可能會縮短。

但是11ax在調變技術進行多項提升,過往僅使用OFDM技術,但11ax將進一步使用OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)技術,老實說2005年的Mobile WiMAX(IEEE 802.16e)就曾提議這項技術,之後LTE陣營也採納,採行OFDMA可進一步提升頻譜利用率。

其次11ax將256QAM調變提升至1024QAM調變,如此理論上可以再增加25%資料傳輸率(不考慮更複雜波形的傳輸失真率增加),事實上Wi-Fi一直比LTE更率先採行複雜的調變,而11ax也可望讓Wi-Fi持續引領。

有了1024QAM後,在最高組態參數下,單一天線最高可達3.5Gbps傳輸率,若維持11ac的最高8組天線,則將有 28Gbps的整體傳輸率,事實上之前華為(Huawei)已宣稱實證可突破10Gbps以上速率(10.53Gbps),但未進一步透漏技術細節。

進一步的,11ax將快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)的子載波數目增加,現行11ac為512個,11ax可望增加至1024個、2048個。而後,子載波的間距也縮短,從312.5kHz減少至78.125kHz,同時也增加OFDM的持續時間,從3.2uS(微秒)增至12.8uS。

有意思的是,有些晶片業者不待11ax新標準確定,已經將1024QAM技術用於現行11ac晶片上,如Quantenna、安華高/博通(Avago/Broadcom)等。不過這種偷跑、超規行為已行之有年,打從2003年11g標準前後即存在,超過10年以上的時間。

以上為具體技術量化方面的差異,而非量化方面其實也有不同,過往Wi-Fi重視單一裝置的傳輸率,以及重視室內傳輸情境,但11ax將改變成重視覆蓋面積內所有裝置的整體傳輸率提升,並且要兼顧室內、室外傳輸情境。也因為如此設定,所以11ax沒有很明顯去提升天線數或傳輸距離,而是在既有覆蓋範圍內強化精進。

11ax的4倍提升聽來振奮,但從某個角度看可能是隱憂,因為檢視過往Wi-Fi的速率標準提升,11ax可能是提升幅度較小的一次,11b提升成11g(忽略較不普及的11a),有4.9倍提升,11g提升成11n有11倍提升(11n理論極限速率600Mbps),若以3天線版來算也有8.3倍提升,11n提升成11ac(理論極限6.77Gbps)也有11倍提升。

所以,與其說11ax是單純的速率提升新版標準,不如說是一個質與量都提升的標準,這標準使Wi-Fi路由器、無線存取點第一次考慮覆蓋區內的整體傳輸、服務能力,使其更像一個微型基地台,使過往以家庭運用為主的設計,轉變成更適合企業、公眾場合、電信營運用的設計。

值得注意的是,Wi-Fi新速率標準多半有偷跑的習慣,以草版標準先行推入市場,且通常早於正式標準兩年,若2019年正式標準出爐,那麼2017年就有可能會有11ax草版標準的產品面市,此值得期待。


關鍵字: Wi-Fi   11ax   WLAN   調變技術   熱點覆蓋   子載波