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等一个网速差的Wi-Fi,就像在机场等艘船 这里有Wi-Fi技术详解

现代人焦虑有很多,“Wi-Fi信号差”为大。在卧室看视频卡顿,在厕所刷不出朋友圈,玩游戏网速掉链子…碰到这些瞬间,无数人会“黑人问号”脸,无奈之下关掉Wi-Fi,打开手机流量。不过,要是此时你手里拿的是电脑,那就没辙了。美国心理学家亚伯拉罕·马斯洛如果生活到现在,需求层次理论或许可以升级2.0版本。

详解Wi-Fi技术 | 等一个网速差的Wi-Fi,就像在机场等一艘船

疑问来了,Wi-Fi网速为什么时好时坏?未来Wi-Fi网络有什么新技术能改善体验?这是Wi-Fi网络演进很重要的方面,也是此文的重点。

Wi-Fi正在巨变

Wi-Fi 网速慢,可以从路由器找问题。以一个家庭为单位,欧美和中国平均家庭联网设备数量至少6部,导致路由器的带宽和性能已经无法同时满足这么多人的需求;以一个网络频段为单位,连接越多,频率越高,波长就越短,Wi-Fi信号就越不会拐弯。从路由器到设备之间的障碍物越多,Wi-Fi信号也越差。

Wi-Fi 原理其实跟光的直线传播原理差不多。假设路由器是家里唯一的一盏灯,你所在位置的亮度(也就是网速的快慢),显然取决于你和这盏灯之间的距离和遮挡物的多少。

作为所有Wi-Fi设备的国际通用标准IEEE 802.11,从最初的802.11a问世,先后经历了802.11b、802.11g、802.11n...802.11ac、甚至802.11ax,网速和性能根据不同的需求逐渐改善。

Wi-Fi技术的演进主要是从哪些方面提升网速的呢?首先是增加带宽,其次是路由器主动调整无线信号,再就是网络资源调配。

一大波无线信号正在靠近

首先,从增加带宽的角度来看。让所有人上网速度更快,这就需要强化 MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用户多入多出技术)。

过去,单用户MIMO(SU-MIMO)已经提升网速体验,它的一个特点是,在每一个时间节点上只能针对某一个用户提供服务。2014年,高通成为业界第一个引入MU-MIMO技术的厂商,相较于SU-MIMO,它可以实现高达三倍的速度提升。它的主要特点是在一个无线网络里,把不同的用户和不同的业务分成了不同的群组,根据不同的群组再提供不同的速率去服务,这样就会带来用户体验的巨大提升。

举例来说,高通骁龙835和660移动平台均集成了支持MU-MIMO的2x2 11ac Wi-Fi技术,该技术支持多终端,基本上消除网络死角,缩短下载时间并加快网页浏览速度等。目前超过100款全球厂商的终端设计正在采用该技术。

MU-MIMO技术就像是给水桶装水,8 根粗细相同的水管灌水的速度一定要比 4 根相同的水管快很多一样。所以基于11ac进一步演进,最新的11ax将 MU-MIMO 技术从之前标准的 4x4 提升到了 8x8,不仅能够让一台设备同时接收 8 个无线信号,还增加了同时服务设备的数量。因此,使用了 802.11ax技术的路由器,支持下载视频和在线观看的体验将更上一层楼。

一根天线不够,那就两根

其次,从路由器主动调整无线信号的角度来看。提升无线信号性能的三种基础方式:更多频谱、更多天线、更高编码效率。2x2 Wi-Fi便是一种基于增加天线的方式,从而提升无线信号的性能。

顾名思义,1x1就是1根天线,负责Wi-Fi数据的发送接收,而2x2 Wi-Fi就是两根天线双发双收,其覆盖范围、传输效率和吞吐量增加了一倍,同时因为信号叠加效应,发射和接收理论上可以提升3dB左右。

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图:更多天线提高吞吐量并扩大范围

假设 Wi-Fi 是一道门,两个人同时经过时就会挤在一起,通过的速度就会变慢,而如果两个人能够分别从两个门进入,那么两人进门的速度都会变快。而OFDMA(正交频分多址)的作用就是帮助接入的 Wi-Fi 信号打开各式各样的门,且这些门有大有小,方便不同大小的信号经过。
以上数据,来自高通和第三方机构Signal Research Group共同在真实环境下的测试结果,结果同样适用于手机。那么到底Wi-Fi从1×1到2×2到底给用户带来了什么?这也是很多手机厂商的疑问。

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图:2x2终端实现更高用户吞吐量和更广覆盖范围

在相同位置的情况下,2x2 Wi-Fi比1x1 Wi-Fi的吞吐量提升一倍,同时时延降低一倍(2x2 Wi-Fi有3%的概率会超过40毫秒时延,而1x1 Wi-Fi有12%的概率会超过40毫秒时延);而在保持吞吐量相同的条件下,2x2 Wi-Fi可以将传输距离变的更远,很多时候可以拉到两倍以上的距离。

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比如你在游戏中与对手单挑,双方互刀,在手速相同前提下,你的刀比别人慢,就是因为时延差一点。

高通和OEM厂商另做了一个真实环境的测试,在上海租了一个20层公寓楼的房间,在5楼租了100平方米3室2厅2卫的标准居家房间,将AP放在客厅里面。高通在房间里选了24个测试点,基本上覆盖用户在家里面走来走去的所有位置,所有的测试点都是围绕墙体。

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图:公寓环境下,左邻右舍归家时段可搜索到15个AP,互相之间有一定干扰。高通在房间里选了24个测试点。在每个地点,智能手机 2x2 和 1x1 配置间切换。

结果显示,802.11n模式下(2.4GHz频段),在信号覆盖非常良好的地点,它们之间的差异似乎不是特别大:2x2 Wi-Fi比1x1 Wi-Fi表现要好是毫无疑问的。两者下载速率相差一倍。1x1 Wi-Fi信号接收效果也非常好,而断开的点基本上都是信号覆盖良好但不到满格的区域(比如卧室的角落,比如床边),这也就是“看视频频繁断网”和“有信号却上不了网”的原因。

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图中绿色:信号覆盖非常优秀,黄色:信号覆盖良好,橘色:信号覆盖一般,红色:信号频繁断开。

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2x2 vs.1x1:在难以到达区域,速度快至2倍

但是相对连接比较差的地点,2x2可以覆盖整个房间,而1x1基本连不上。下载速度相差更不止一倍。

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2x2比1x1下载更快

而802.11ac模式下(5GHz频段),2x2也有相似提升。

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2x2 vs.1x1:显著提升的速度。如果房屋有更大面积和更多墙体,性能提升甚至可能更高。

然而,从原来1根天线变成2根天线,设计的复杂度会增加。高通是如何解决的呢?高通拥有Modem(调制解调器)、SoC,又有Wi-Fi连接芯片的优势,可以集中技术去共享天线,这样,并不需要增加1根物理天线,就可以得到2根天线的使用效果。这对于手机厂商的设计复杂度来说是非常大的改善。当LTE天线和Wi-Fi天线越来越多时,如何节省天线、如何摆放天线的位置都极其重要。高通将Wi-Fi与LTE共享一根天线,这样一来,IP设计也不需要做太大的改动。高通骁龙835和660均支持LTE和Wi-Fi之间智能天线共享。目前vivo、努比亚和TP-LINK等数家中国智能手机和网络设备提供商已经在终端采用2x2 Wi-Fi技术。

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高通技术差异化:LTE/Wi-Fi天线共享

高通还有一个基于802.11ac和820.11ad之间的平滑切换叫FST(快速场景转换),用户几乎察觉不出。高通同时有一个相应的802.11ad芯片组,叫QCA9500,速度有多快呢?它下载一个1GB的文件只需要大约3秒,峰值可以达到接近3Gbps,相当于一个高清电影或4K视频在大约30秒内可以下载完。

网络资源一块砖,哪里缺少哪里搬

再就是从网络资源调配角度。相较于11ac, 但了更高等级的 从而同时通过动态调配网络资源,也能让无线环境更通畅。802.11ax 采用上行资源调度器来对设备的网络资源进行合理的分配,不仅能够节省带宽,还能够保证设备的网速。不论是机场还是办公室,人再多也能hold住。

此外,802.11ax 还加入了 TWT(目标唤醒时间)功能,让设备之间能够有机的进行运作或者休眠,以此减少耗电量,增强续航能力。

由此可见,随着Wi-Fi技术的不断演进,这些具有变革性的特性将帮助满足用户对网络连接的各种需求,确保充足的Wi-Fi容量,以支持更丰富的连接体验,加速步入Wi-Fi新时代。

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