頻寬大幅擴增　802.11ac傳輸速率飆破Gbit/s

2012-10-08

鄭建生

現今的消費者大聲疾呼要在智慧型手機以及其他行動裝置上擁有更快、更可靠的頻寬。他們需要的不僅只有速度，更想要的是能隨時隨地都能擁有串流音樂、遊戲以及高解析度電視節目、電影與影片等。

但這些頻寬從何處取得？目前正在發展，同時被視為802.11n下一個革命性進展的802.11ac無線網路標準，正可以提供解答。這個被視為國際電機電子工程師學會(IEEE)對802.11n的修正案，可望在2013年第一季取得無線區域網路(Wi-Fi)認證的新標準，除擴展覆蓋率性能，同時在日益擁擠繁忙的網路當中提供視訊等級的傳輸量。

這代表著下一波無線網路革命的802.11ac，是第一個超越10億位元(Gigabit)性能的Wi-Fi標準。對於不僅是將行動電話使用於通話與文字簡訊，同時也用來檢視電子郵件、瀏覽網際網路，以及進行更多媒體密集內容的串流，例如音樂與影片等的使用者而言，將受益於此標準所帶來的便利。

由於平板電腦的熱潮正持續成長，也讓Wi-Fi可靠存取的潛在阻礙移除，這對於為取得市場領導地位而激烈競爭的區域性與國際性生產廠商而言，也是其十分關心的議題。

避免干擾　802.11ac運作於5GHz頻段

802.11ac標準所帶來的優點之一，即是在5GHz波段中運作，而非如同802.11n裝置目前所使用的2.4GHz頻段。由於2.4GHz的使用對象是家用產品，以及Wi-Fi和藍牙(Bluetooth)裝置，因此該頻段越來越擁擠，且很容易受到電磁干擾。而5GHz提供市場上所亟需的降低干擾特性，且具有更多可使用的非重疊頻道。此外，5GHz頻段的使用也促成波束成形(Beamforming)技術，可讓源自於發射器與接收器的波束能夠直接聚焦於裝置、標準上。

新增80MHz與160MHz即時頻寬

除降低惱人的干擾外，新的802.11ac標準增加80MHz與160MHz的頻寬通道(在802.11n中只支援20MHz與40MHz)，以提供更加寬廣的頻寬來達到更高資料速率及支援先進多媒體的能力。舉例來說，802.11ac解決方案預計在2012年之內將會使用80MHz的頻寬與三組空間串流(Spatial Stream)，藉以實現1.3Gbit/s的最大實體(PHY)資料速率，亦即接近802.11n經由三組空間串流所提供600Mbit/s最大資料速率的兩倍(表1)。

除了更寬廣的頻寬通道，802.11ac也增加從64正交振幅調變(QAM)至256QAM的群集組態設定，因此，比起802.11n在資料速率上增加33%。

動態頻寬管理是802.11ac另一項重要的進步，此項技術讓準備發送/允許發送(RTS/CTS)傳輸能在20MHz的「主要」通道中進行，而且不會有來自於其他網路的干擾。802.11ac網路也將敏感度臨界值從802.11n中的-62dBm改善至-72dBm，這將可減少與其他Wi-Fi存取點重疊與碰撞的發生。

導入MIMO技術　提升802.11ac傳輸速率

目前802.11n網路最大可允許四組多重輸入多重輸出(MIMO)串流同時傳送至單一裝置中。然而，一個802.11ac基地台(STA)能接收高達八組的空間串流，可有效將總體網路傳輸量增加一倍。

802.11ac也是第一個採用多重使用者MIMO(MU-MIMO)的Wi-Fi標準，可以在高達四組的STA當中分配八組空間串流。這項針對快速資料轉換的高傳輸量及低功率消耗，為要求嚴格的應用提供更長的電池使用時間和優越的性能。對於越來越多在多重裝置中同時進行高頻寬內容串流的使用者而言，此項特性對其特別有利(圖1、圖2)。

圖1　802.11ac可支援多重裝置影像資料串流

圖2　加入MIMO技術可提升傳輸速率

802.11ac裝置紛出籠

802.11ac產品將會在今年內以預先認證的裝置上市，分別有四種不同的區塊，包括行動(智慧型手機)、運算(筆記型電腦與平板電腦)、消費性電子產品(電視、遊戲主機與數位監視器)，以及家庭與娛樂網路(路由器及基地台)。

針對行動區塊，新的802.11ac晶片解決方案與先進處理器的結合將可提供高傳輸量，藉以獲得快速的資料傳輸與低功率消耗，將可為需求嚴格的應用實現更長的電池使用時間與優越的性能。

業界首款行動802.11ac Wi-Fi/藍牙/調頻(FM)組合晶片，將鎖定在與智慧型手機、平板電腦及其他消費性電子裝置。對於轉移到這項Wi-Fi技術的下一代革命階段抱持謹慎態度的人，新標準在設計上能夠與802.11n/a元件並存，確保能順利轉移至具有Gigabit能力的802.11ac Wi-Fi網路。

針對新興的家庭娛樂網路，802.11ac將透過智慧型電視、遊戲主機，以及串流媒體播放器(智慧型DMA)提供更快速且更順暢的影片傳送，也使裝置能有效的成為智慧型手機與平板電腦等鄰近行動產品的連結集線器與較大型的顯示器。

以無線連結進行串流的高畫質影片若缺乏所需頻寬時，會造成影片播放的斷續，大幅降低使用者的體驗。802.11ac以類似Netflix、Hulu，或是Vudu的方式處理訂閱頻道，並改善整個房屋中從電視或藍光播放器到遊戲主機或平板電腦等每個裝置的播放品質。

由於增加802.11ac的連結能力，聯網家庭將因此獲得更先進的智慧型電視解決方案，進一步實現薄型電視設計。遊戲玩家將可在任何地方享受到高性能的端對端遊戲，以及在家用主機上無延遲的遊戲體驗。

最後，對於家庭與企業網路設備，客戶產品可以實現高達1.3Gbit/s的無線資料速率，並鎖定次世代的同步雙頻(DBDC)無線基地台、路由器，以及閘道器。藉由高位準的整合性，802.11ac系統單晶片(SoC)實現更高的可靠度，並簡化設計與生產。

由於更廣大的頻寬、更多的空間串流、多重使用者MIMO、更高階的調變，以及動態頻寬管理，而使802.11ac標準的性能獲得提升。透過Gigabit能力的Wi-Fi網路將可為智慧型手機、平板裝置與筆記型電腦帶來更多的發展空間。如同稍早所提到的，最初的802.11ac預先認證裝置預計將在2013年第一季Wi-Fi認證通過前上市。值得注意的是，具有802.11ac功能智慧型手機的使用者將會優先享受到更高速資料傳輸量的優點，且不須犧牲小巧的尺寸、空間、低成本、低電池用電等特性(圖3)。