IEEE802.11ac Wave2搭配MU-MIMO天線方案 大幅擴展Wi-Fi傳輸效能

SU-MIMO與MU-MIMO的傳輸效能差異，至少能獲得2~3倍的傳輸效能擴展。Qualcomm Atheros

一般家庭平均擁有約7組Wi-Fi聯網設備，預估直至2020年家庭擁有Wi-Fi設備數量可望提升至20個，而隨著用戶Wi-Fi設備增加，考驗著Wi-Fi多設備連線效能要求，而MU-MIMO天線技術與更先進的802.11ac Wave2標準將可大幅擴展Wi-Fi傳輸效能…

IEEE802.11ac Wi-Fi聯網技術大致可以Wave1、Wave2兩大發展階段，在Wave1各網通大廠主要關注探索Wi-Fi聯網傳輸效能極限；Wave2階段開發重點則是逐步完備802.11ac進階網通功能，尤其在重點的多用戶、多天線整合應用，可讓Wi-Fi無線應用通訊環境提升至新的技術層次。

智慧手機推進Wi-Fi技術升級

Wi-Fi無線網通技術，是現今智慧裝置、行動設備的關鍵無線連網接取技術之一，隨著終端用戶對網路傳輸效能要求提升，Wi-Fi技術也必須持續升級因應。目前主流IEEE802.11ac無線網通技術在推展初期以Android高階智慧手機選用較積極，隨後在Apple iPhone系列新品選擇全面搭載802.11ac網通技術方案後，引爆行動裝置全面導入802.11ac應用方案，也讓802.11ac Wave2發展基礎更穩固。

而在智慧手機市場中，802.11ac已是主流Wi-Fi技術方案，實際觀察終端應用端現況，用戶對高速Wi-Fi無線網路接取需求高。例如，高階智慧手機紛紛搭載4K顯示屏幕、支援4K超高解析度的影音播放/錄影甚至剪輯應用，操作數十分鐘影音錄製與剪輯動輒產生數GB資料量，另一方面無線數據傳輸在支援高速4G Lte無限數據接取終端用戶可能產生單日數GB下載資料，而這些大型檔案下載至終端後的轉存、操作也需要高速無線網路支援，智慧手機若Wi-Fi性能受限，將衝擊網通產品的使用體驗。

802.11ac Wave1成無線技術主流  然傳輸架構限制傳輸效能極限

802.11ac無線網通技術隨著智慧手機需求激增，相關晶片出貨量亦同步遽增，由無線網通擴增需求增加的相關元器件、測試、驗證需求，也為802.11ac後續市場注入強心針，晶片商與Wi-Fi核心技術業者更願意投入資源擴展802.11ac後繼Wave2技術擴展支援，Wi-Fi主控晶片、量測儀器業者與相關應用服務商必需因應更趨複雜化的高速Wi-Fi接取技術提出對應解決方案。

為搶食802.11ac應用市場，各家晶片商紛紛嘗試自終端應用下手，例如，Qualcomm(Qualcomm Atheros)在其行動處理器的SoC化整合晶片就直接整合802.11ac網通技術，所整合的Wi-Fi模組透過LP-PCIe(PCI Express)高速內部傳輸介面進行功能串接，替代一般晶片與Wi-Fi模組常見的MIPI(Mobile Industry Processor Interface)傳輸介面，透過更高速的晶片模組間傳輸技術升級，建構低資料延遲的Wi-Fi無線網路接取使用體驗，SoC同時可為智慧行動裝置擴充支援2 × 2 MIMO多天線整合設計。

802.11ac Wave2技術方案，也加大了晶片商間的技術競爭力度，延續原有各廠對802.11ac無線方案的高速化聯網速度競賽後，各大晶片商大多在2014年積極投入資源開發802.11ac Wave2(2.0)產品，MediaTek、Marvell、Broadcom與Qualcomm不約而同都在2015年CES(Consumer Electronics Show)消費性電子展釋出802.11ac 2.0晶片解決方案，相較802.11ac Wave1傳輸效能，Wave2至少有2~3倍的傳輸效能升級水準。

因應4K影音技術  數位機上盒網通技術全面升級

除智慧手機與SoC方案均看準802.11ac網通技術進行對應升級，在同樣對傳輸頻寬高標準要求的數位機上盒產品，亦面臨Wi-Fi網通技術全面升級後的市場強勢競爭，也是在家庭影音設備紛紛升級支援4K超高解析度影音應用熱潮，對於新一代可支援4K影音播放的STB設備，其影音資訊處理量也較前代STB產品翻揚數倍，相關網通技術也必須在傳輸效能要求下進行全面升級，例如，基於同軸電纜、光纖或無線射頻的相關網通技術，才能使STB視頻應用滿足用戶接取4K影音的基本要求。

STB寬頻接取技術全面升級，除透過無線化的802.11ac搭配4 × 4 MU-MIMO天線技術升級，也必須對應STB各項網通技術同步優化，因為4K電視滲透率持續提高，數位機上盒不僅需支援更高解析度、畫質與更大量的影音資料傳輸應用需求，對傳輸效能的速率要求越來越高，晶片商必需對應擴展支援新一代DOCSIS 3.1、G.fast、10G光纖網路(PON)，才能在新一波機上盒換機潮下搶得市場先機。

尤其是4K高畫質電視的市場價格持續探底，4K產品與1,080p電視價格差價越來越接近，不僅刺激電視市場換機買氣，也會帶動如機上盒、智慧行動裝置對應4K視訊處理的網通應用升級。家庭數位機上盒在4K趨勢下，逐步演化成用戶家中傳輸效能最快的網通應用中樞，STB設備極可能因應潮流、同時為提高產品附加價值，而逐步轉型成為家庭高速聯網中心，或擴增串聯各種智慧自動化控制的應用中樞擴充應用。

802.11ac Wave2晶片競速之爭  2015全面開打

其實，早在2015 CES眾廠商釋出802.11ac Wave2技術方案之前，Broadcom、Qualcomm通訊晶片商早在2014年COMPUTEX台北國際電腦展展出相關方案。Broadcom在802.11ac Wave2技術方案選擇採用2組3 × 3(6組傳輸串流) MU-MIMO(Multi-user Multiple-Input and Multiple-Output)設計方案，無線傳輸極速可高達3.2Gbps；Qualcomm在802.11ac Wave2晶片組中採行4 × 4(4組傳輸串流)的MU-MIMO設計方案，宣稱無線傳輸極速可高達1.7Gbps，在802.11ac Wave2的技術競速態勢儼然已提前開打。

雖然其他網通大廠在802.11ac Wave2技術方案稍微落後，但在2015年幾乎精銳盡出，並沒有落後太多。例如，MediaTek在2015年推出同時可支援802.11ac Wave1/ Wave2無線應用的MT7615單晶片，MT7615單晶片採用高度整合的設計架構，搭配傳輸波束成形技術(Transmit and Receive Beamforming)與4 X 4(四傳輸串流)架構的MU-MIMO傳輸方案，單晶片可同時服務4個用戶同時進行高速無線網路傳輸，傳輸技術方案可支援802.11ac Wave1/Wave2，同時可回溯相容802.11a/b/g/n。

Marvell也緊跟802.11ac Wave2市場趨勢，發佈首款802.11ac Wave2 4 × 4處理器(88W8964)，傳輸極速可達到2.6Gbps。而Broadcom也發佈4 × 4 5G Wi-Fi平台，目前觀察首波802.11ac Wave2晶片競爭，則以Qualcomm取得多個OEM/ODM製造商的的802.11ac Wave2裝置設計導入成績最為優異，包含Acer、D-Link、TP-Link、Buffalo等網通設備業者，均採行Qualcomm 802.11ac Wave2解決方案開發新款802.11ac 2.0終端設備。

在這波802.11ac Wave2規格競速中可以發現，802.11ac在Wave1階段，主要為導入802.11ac初步的網通規格提升，例如，運行使用頻段設定在5GHz，不再使用2.4GHz頻段，而訊號調變也從先前802.11n使用的64 QAM，提升至256 QAM，改善資料傳輸效率，傳輸所使用頻寬也從原有802.11n使用的40MHz擴充至80MHz，在規格基礎上體現轉換802.11ac後的顯著性能升級。

至於進階到802.11ac Wave2階段，在802.11ac的進階網通功能才算趨於完整。例如，在支援160MHz頻寬傳輸即採行80MHz + 80MHz組合型態擴充，在多天線收發方案則可支援至8組天線的8T8R架構，使得802.11ac Wave2至多可以擴展6.93Gbps實體層傳輸效能。另802.11ac Wave2在大升級賣點即在整合實現了MU-MIMO功能後，一般傳統MIMO在同一時段僅能服務單一設備，而MU-MIMO即可擴充同時服務多台設備連接，在實際應用上會更具彈性，無線網路使用體驗也會較前代技術表現更優異。

高速Wi-Fi技術量測難度高  刺激高階量測設備需求

市場預估802.11ac網通技術用量會在2015~2016年衝高，尤其在Wave2的關鍵多用戶、多輸入/輸出MU-MIMO天線技術應用方案整合，同時延伸後續802.11ad技術方案整合，都有更高的技術擴展潛能，不僅可以大幅擴充多裝置/多用戶的連線效能，同時還可將Wi-Fi無線網路傳輸效能進一步推升至3G~4Gbps傳輸速度。

同時，802.11ac Wave2由於追加多天線/多用戶支援，加上傳輸效能擴增數倍，雖然吸引更多終端裝置大量導入，但隨之而來的產品測試、驗證、量測設備需求與技術門檻也隨之墊高，業界估計針對802.11ac Wave2技術方案升級，在Wi-Fi技術開發、解決方案整合至終端產品導入設計，都會併發更大量的802.11ac Wave2應用量測需求，從高速訊號產生器/模擬器、多埠射頻元件測試、頻譜分析儀、向量網路分析儀等設備更新與建置需求都將驟增。