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[Tech Inside] 為何11ac要增訂MU-MIMO機制?
 

【CTIMES/SmartAuto 陸向陽 報導】   2012年10月30日 星期二

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IEEE 802.11ac的速率比現行IEEE 802.11n更快,以兩者的理論極速而言,11n達600Mbps(4根天線,每根150Mbps),11ac則是6.93Gbps(8根天線)。

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11ac之所以比11n快上10倍,其加速手法並沒有特別突破,基本上都是沿襲原有11n的加速手段,例如更大的通道頻寬、更多根天線,另也使用比11a/11g/11n更複雜的調變手法,從64QAM提高成256QAM。

11ac的加速手法,某種程度並不實用,一是更大的通道頻寬,一般11n使用20MHz或40MHz(選用功效),而11ac則用80MHz、160MHz,但2.4GHz頻段僅72MHz(2.412GHz~2.484GHz),根本無法使用11ac的80MHz,只能在5GHz頻段行使,5GHz不像2.4GHz是全球均可使用,部份國家開通,部份國家已被使用。

即便是5GHz頻段,因各國的配置方式不同,或許可用80MHz,但不一定能用160MHz,例如頻段配置不連續,或整個可用頻寬根本不足160MHz。

另一是更複雜的調變,更複雜的調變需要更多的調變解調運算,即便摩爾定律支持,讓更複雜的運算不用耗用更多晶片電路面積與電能,但愈是複雜的波形在實體空間中傳遞,愈容易受環境影響而讓波形改變,如此傳輸錯誤率增加、被要求重新傳遞、再次發送的機率增加,達到理想極速的機率也會減少。

由此可知,11ac的加速功效,帶有比過往11n更多的限制性與理想性。事實上11n的600Mbps極速也是簡單數學計算而得,實務上不可能達600Mbps。

MIMO運用的務實修正

雖然11ac更理想化、更有限制性,但卻有一點是比過去11n務實的,那就是MU-MIMO(Multiple User)功效,過往的11n可稱為SU-MIMO(SU=Single User)或MIMO(Multiple Input Multiple Output)。

11n的MIMO/SU-MIMO,即是雖同時動用多組天線進行電波的收發,但同時間只有1個發送端與1個接收端,Wi-Fi基地台同時間只服務1個終端裝置,若有2個裝置要服務,則必須等Wi-Fi基地台服務完前1個裝置後,再來服務第2個裝置。

11n如此,11ac則不同,11ac的Wi-Fi基地台可同時服務2個以上的Wi-Fi裝置,目前草版3.0版的11ac可以同時服務3個裝置(2012年起),正式版本的11ac(預計2013年年底制訂完成)可同時服務4個裝置。

為何11ac要加入11n所不具備的MU-MIMO功效?其實此可視為MIMO運用的一種務實修正,好彌補現有11n在MIMO規格標準上的不實際處。

11n的MIMO標準,允許最高達4組天線的收發,即4x4的組態配置,但實際上,很少有Wi-Fi終端裝置可以配置到4組天線,多在1、2、3組左右,且以筆電較有寬裕的配置空間能設置3組Wi-Fi天線,若為智慧型手機,則礙於裝置體積、面積之限,只能設置1組天線。

因此,即便有4組天線的Wi-Fi基地台,也等於沒有機會讓4組天線同時收發運作,因為同時間只能服務1個Wi-Fi終端裝置,1個裝置最多3組天線,如此Wi-Fi基地台也只能用3組天線來發送,讓裝置的3組天線來接收,Wi-Fi基地台的第4組天線幾乎沒有機會運用上,至多在訊號接收時,多提供1組可偵測比對的信號來源。

也因為如此,所以市面上4組天線的家用Wi-Fi基地台出奇的少,可能只在企業用、電信營運用的市場才可見,並用於中繼角色上。

雖然終端裝置的天線配置空間受限,天線組數連帶受限,但Wi-Fi基地台端卻沒有受限問題,Wi-Fi基地台放於桌上、吊掛於壁上,仍然有體積、位置,可用來設置更多的天線。

若基地台配置了更多天線,但依然「同時間只能服務1個裝置」,則多出的天線毫無意義,所以才會提出MU-MIMO,讓基地台端有更強的總體服務傳輸能力。

有了MU-MIMO後,我們可以想像,1個Wi-Fi基地台配置8組組天線,其中3組服務1台筆電,另3組服務另1台筆電,而後剩2組天線,再各配給2個智慧型手機各1組天線,如此就可以同時服務4個裝置,並用盡8組天線。

所以,11ac標準從某種程度看,對Wi-Fi基地台的誘因較大,Wi-Fi終端裝置則次之,雖然Wi-Fi終端裝置依然是1至3組天線,但因為通道頻寬加大、調變更複雜等,依然有提升傳輸率的益處。

關鍵字: 802.11ac  5G Wi-Fi 
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