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在万物互联的领域，当智能设备互相连接和交互，我们就能够使用新一代的应用程序和服务来改变家庭中的连接体验。随着BYOD(自带设备办公)以及富媒体内容和应用的普及，企业需要更快的连接技术和更强大的处理能力以提供7x24小时的接入以访问关键业务信息、系统和云服务。目前，每个家庭平均拥有7台联网终端，预计到2020年，这一数字将超过20台。 “仔细观察数据密集使用的国家，可以看出中国有着明显的数据使用量增长趋势。”高通创锐讯(Qualcomm Atheros)产品管理副总裁Irvind Ghai援引艾瑞咨询的数据说，2013年中国Wi-Fi路由器出货量达到5千万台；2014年中国75.6%的人使用Wi-Fi和蜂窝网络。而在最能反映Wi-Fi使用量扩大的中国特定区域Wi-Fi热点数量统计中，中国以拥有650万个公共场所、20万个政府楼宇、1亿个家庭和9.4亿个运营商/商业机构Wi-Fi热点的数据，遥遥领先其他国家。
MU-MIMO，为解决数据拥堵而来 尽管需求旺盛，但目前中国市场上大多数Wi-Fi路由器和AP采用的仍然是单用户MIMO(SU-MIMO)。这种技术采用的是低效时间槽协议，只能为多个客户端提供单一时刻专用全速率Wi-Fi无线连接。随着联网设备数量的激增，一个显而易见的事实是：在有限的带宽里，客户端分得的带宽份额正越来越小。 为解决“僧多粥少”的困境，802.11ac标准将接收MIMO流的最大数目由4个增加至8个，从而将网络吞吐量提高了一倍。但问题也随之而来，由于每个空间流都需要专用的发射/接收链，如果没有创新技术出现，要想实现8X8 MIMO的全部性能，一个802.11ac 8X8 AP就需要8个独立的无线电链、天线和8X8的客户端配置，这是不切实际的。 除了不可能出现8X8的终端配置，另一方面，AP通常有3-4个天线，而大部分客户终端只有1-2个天线。因此，它们不能支持全速空间流MIMO运行，也很少用到AP的全部容量。例如，一个802.11ac 3X3 AP理论上支持1.3Gbps的峰值速率，但是，只有一个天线的智能手机或平板电脑仅支持433Mbps的峰值速率，其余867Mbps的容量就被闲置了。 为此，高通创锐讯花费7年多的时间开发了全新的802.11ac MU-MIMO解决方案，允许多个客户端共享AP上的多个空间流，从而将系统的总容量提高至AP配置的最大上限。换句话说，在一个有三个客户端的MU-MIMO系统中，所有三个STA可以用100%的时间同时接收来自AP的单个空间流。这意味着该设备只需要一个或两个天线，而不是三个，从而降低了成本和空间要求。相比之下，在SU-MIMO中要达到相同的吞吐量，每个STA需要三个天线用三分之一的时间来接收来自AP的数据。 都是Wi-Fi，MU-MIMO有什么不同？ 日前，路由器大厂Linksys在其首款支持MU-MIMO的千兆路由器EA8500中率先采用了Qualcomm IPQ8064互联网处理器和VIVE 11ac芯片，一举实现了最高2533Mbps的综合吞吐量(5GHz容量高达1733Mbps；2.4GHz容量高达800Mbps)，是当前Wi-Fi路由器连接速度的3倍。 Irvind认为EA8500为MU-MIMO技术的推广带来了绝佳的示范效应。因为MU-MIMO网络不需要客户端与网络中其他客户端分时连接，所以每台终端的等待时间更少，响应速度更快。“平板电脑和智能手机(典型的1x1终端)从MU-MIMO受益最多，传统(不支持11ac或MU-MIMO)的设备也会因为路由器/接入点(AP)支持MU-MIMO而受益，因为当MU客户端效率提高2-3倍时，网络就有更多空闲时间或容量来服务传统客户端。” Qualcomm创锐讯提供的资料显示，在EA8500推出之前，MU-MIMO技术其实已经内置于骁龙801、805、808和810等处理器中，被LG G Flex2和小米Note顶配版等手机使用。此外，采用Qualcomm MU|EFX技术的第一批零售网络产品也正在陆续上市，包括Amped Wireless Athena大功率AC2600路由器、Linksys AC2600双频段智能Wi-Fi路由器、Buffalo WXR2533路由器、TP-LINK Archer C2600路由器、TRENDnet AC2600双频段无线路由器TEW-827DRU等。 将Wi-Fi网络总容量提高2-3倍，这对闹市区、公寓楼、企业网络、热点或其他拥挤环境来说，具有很大优势。但MU-MIMO只是一个标准的通信握手协议，只定义信令需要怎样交互，并不定义如何实现。而这，就成为厂商之间比拼实力的关键所在。Irvind说在MU-MIMO设计中虽然变量很多，但所有的设计选择和权衡都集中在两个顶层问题上：空间流的数量和并发用户的数量。因此，他们在SU/MU传输调度、分组、探测和速率控制等方面投入了大量的精力进行优化。 目前，相当多的企业和网站正在探索通过多样的位置服务、广告和分析，从Wi-Fi中获利。当被问及如果遭遇网络容量不足该如何应对时，很多企业给出的第一反应是：增加AP数量。但Irvind却表示，通常在必须更换前，AP能够工作3至5年，更换或者提高AP部署密度与预算、商业周期以及技术演进有关。而MU-MIMO的最大优势就在于它充分发掘了Wi-Fi信道分配的潜力，不需要对基础设施做结构性改变，并且经得住时间考验。 网络安全是消费者和企业选择Wi-Fi解决方案时关注的重要因素。然而，中国和美国的Wi-Fi安全要求不同，MU-MIMO符合中国规定吗？Irvind强调称，Qualcomm除了在网络处理器上支持IPSec和MACsec，其Wi-Fi也遵守最新的Wi-Fi安全协议(WPA2、AES256、AES-GCMP等)，并且可利用频谱分析识别干扰源。同时，现有的Wi-Fi芯片组(客户端和AP解决方案)也是MU-MIMO的一部分，完全支持中国WLAN认证与保密基础设施(WAPI)协议要求。 从2.4GHz到60GHz 如果说802.11ac助力千兆位Wi-Fi网络分流移动流量，那么作为新型Wi-Fi 技术，802.11ad则能够以与11ac类似的功耗和4Gbps以上的超高速连接速度，使激动人心的新应用成为可能，例如4K视频串流、点对点大型文件共享、媒体查询终端使用、无线扩展基座连接以及硬盘备份等，利用3D视频和7.1音频实现增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统也是这种技术的潜在应用。 低功耗设计是IEEE 802.11ad规范描述的关键特性之一，包括先进的电源管理在内，用于支持手持移动设备和笔记本电脑更长的电池寿命。设备能够在60GHz工作和更低的2.4GHz与5GHz Wi-Fi频率之间无缝地切换。除了HDMI的无线实现外，这种链路还能模拟DisplayPort、USB和PCIe连接，系统中还利用先进的加密算法集成了高等级的安全性。更重要的是，802.11ad标准支持使用相位阵列天线(PAA)实现波束成形技术，从而最大限度地提高信号强度，可实现距离超过10米的通信。这些优势对于应对下一代媒体应用所提出的挑战都是必不可少的。 高通于2014年7月完成了对60GHz无线芯片组开发厂商Wilocity的收购，而即将推出的骁龙820处理器，将有望成为首个集成Qualcomm VIVE 2x2 802.11ac(11ac)和802.11ad Wi-Fi的三频平台，从而使终端可以在1x1配置的基础上实现最高达50%的提升(2x2 80MHz 11ac的峰值速率最高达867 Mbps，11ad的峰值速率最高可达4.6Gbps)。 根据ABI Research公司对不同种类802.11芯片出货量的预测。到2018年，包含802.11ad的三频段芯片组市场有望达到每年15亿片左右的出货量，而所有种类802.11芯片的总市场规模也不到40亿片。这似乎也从另一个角度解释了高通之所以对该市场“深信不疑”的原因。 开启与LTE的融合之旅 未来，Wi-Fi与蜂窝技术将会越来越多的向共同合作的“融合”模式发展，包括LTE与Wi-Fi间融合、授权频谱与非授权频谱间融合等，这是Qualcomm Atheros产品管理副总裁Tal Tamir此前在高通3G/LTE峰会期间表达的观点，而这两种技术也很有可能会成为预期在2020年开始被采用的5G蜂窝式标准的组成部分。 以骁龙820处理器为例，作为首款公开发布用于移动终端、提供完整LTE-U支持的处理器，它可通过聚合LTE授权和非授权频谱，来提高移动网络容量和用户吞吐量。LTE和Wi-Fi链路聚合(LWA)则是聚合授权和非授权频谱的另一种方法，旨在使移动运营商利用Wi-Fi基础设施，借助非授权频谱的容量来扩大授权LTE网络的容量，骁龙820处理器同样支持该功能。 此外，820内部集成的全新X12 LTE调制解调器不但支持LTE和Wi-Fi之间的数种天线共享机制，帮助制造商更轻松的设计出支持LTE-U、4x4 LTE MIMO和双流Wi-Fi等先进技术的终端，还能够借助Qualcomm Zeroth的认知能力，实时监测Wi-Fi连接质量，以决定是否及何时在LTE与Wi-Fi间切换通话。 |
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高通创锐讯(Qualcomm Atheros)产品管理副总裁Irvind Ghai
