802.11ac wave2的前世今生

2015年下半年，高通、博通、RTL等芯片厂商相继发布了满足802.11ac wave2要求的芯片，WLAN及终端厂商也迅速跟进推出相应的产品和终端。802.11ac wave2在多方推动下于2015年底实现了商用，标志着802.11ac进入了新的发展阶段。

突破多用户并发能力瓶颈

从1997年至今，IEEE组织在16年间发布了5代Wi-Fi技术标准/协议，对Wi-Fi进行了持续的技术升级和性能提升，同时还与Wi-Fi联盟协作极大地推动了Wi-Fi的普及和应用。

从802.11发展到802.11n，理论的数据传输速率的提升极为显著，从2Mbps到11Mbps、54Mbps，再到450Mbps，而在802.11ac（wave1）中，理论传输速率更是达到了1.3Gbps，相比最初已翻了650倍。但在实际应用中，能够达到的实际吞吐量却无法让人满意。对于一台802.11ac wave1 AP（最高速率1.3Gbps），在单用户情况下，网络效率（实际吞吐量和理论传输速率的比值）为70%左右（实际吞吐量910Mbps）；在多用户情况下，涉及到更多的空口开销，AP吞吐量将随着接入用户数量的增多而逐渐下降，到30个用户时网络效率已下降至38%（实际吞吐量350Mbps）。

图1  wave1的传输速率显著提升，但多用户并发能力成为瓶颈

可以说，Wi-Fi技术的瓶颈已不在于如何继续提升最大传输速率，而在于如何提升多用户数据并发处理能力和网络效率。随着802.11ac wave2引入MU-MIMO技术之后，这个困扰Wi-Fi多年的问题终于找到了答案。

MU-MIMO是多用户-多输入多输出的英文缩写，其采用显式波束成形（Explicit Beamforming）技术，实现信号的传播方向和接收控制，向多个终端发送数据，同时保证终端彼此不受干扰。相比传统的MIMO（又称为SU-MIMO，单用户-多输入多输出），在对下行数据的处理上类似于以太网中的Switch和Hub之间的关系，即Hub（SU-MIMO）同时只能向一个端口发送数据，而Switch（MU-MIMO）可以同时向多个端口发送数据。同样道理，在SU-MIMO模式，AP同时只能向一个终端发送数据；而在MU-MIMO模式，AP则可同时向4个终端发送数据。

802.11ac wave2引入MU-MIMO之后，可以将AP空间流灵活分配给多个终端进行数据传送，缓解了AP和终端空间流能力不匹配的问题，充分发挥了AP的性能。实测数据显示：1台802.11ac wave2 AP下挂3台支持MU-MIMO的小米NOTE（高配版、单空间流），在SU-MIMO模式下（AP关闭MU-MIMO），3台NOTE整体下载速率为330Mbps；而在MU-MIMO模式下，3台NOTE整体下载速率可达800Mbps，也就是说AP开启MU-MIMO之后性能提升到240%。

在现网环境下，802.11n或者802.11ac wave1的AP通常支持3空间流，而手机和PAD等终端由于设备尺寸和芯片成本的原因，主要采用单天线、单空间流设计，因此AP和终端通信过程中只能工作在单空间流模式，由于空间流数不匹配，AP经常处于轻载状态，导致性能无法充分发挥。802.11ac wave2则可以借助MU-MIMO提升用户并发处理能力，充分发挥AP的性能。

802.11n、802.11ac wave1和802.11ac wave2关键特性对比

引入新技术，性能全面提升

除了MU-MIMO之外，802.11ac wave2还引入了更高效的信号调制方式，并支持更高的频宽，整体性能从802.11ac wave1的1.3Gbps提升至3.47Gbps。

支持160MHz频宽，相比80MHz速率提升100%，但实际意义不大

在信道频谱宽度方面，802.11ac wave2新增支持160MHz（连续160MHz，或者2个非连续的80MHz组成），信道组合更为灵活，对无线频谱资源也提出了更高的要求。

• 5GHz频段，160MHz频宽信道属于稀缺资源

虽然802.11ac wave2新增了对160MHz频宽的支持，在理论上确实可以带来更高的传输速率（160MHz、单空间流速率可达866Mbps），但可用160MHz频宽信道太少，大大限制了它的使用，因此在现网应用中并没有太大的实际意义。

以信道资源最为丰富的北美为例（见图2），5GHz频谱包括U-NII1（36～48）、U-NII2（52～64）、U-NII2 extended（100～144）和U-NII3/ISM（149～165）共4个波段，有2个连续的160MHz频宽的信道（6个80MHz频宽信道）。

图2  5GHz频谱资源划分示意图

而在中国，自2012年工业和信息化部开放5150～5350MHz（36～64）频谱在室内环境下的使用权限后，国内在5GHz频段互不干扰的信道（20MHz）从原来的5735M～5835MHz（149～165）的5个增加至13个，但只有1个连续的160MHz频宽信道（3个80MHz频宽信道）。

• 现网160MHz部署难度较大，80MHz和40MHz更为适合

由于5GHz频段160MHz频宽的信道数量较少，因此网络规划时不建议采用160MHz频宽，除非是在孤立的无线环境区域（热点）。

80MHz频宽可以考虑使用在诸如办公室、会议厅和礼堂等区域，此类区域大多为客户自建无线网络，无线环境相对可控，80MHz频宽的信道数量（大于3个）可以通过频率复用实现较大范围的连续覆盖，同时有效控制信号干扰。

40MHz频宽预计将成为更主流的选择，例如商业中心、火车站、候机厅和展览中心等无线公共区域，此类区域同时存在多个WLAN网络（运营商、第三方自建等），无线环境更为复杂，若采用80MHz部署，有限的信道会造成彼此间的干扰，最终导致所有的WLAN网络都不好用甚至不能用；因此采用40MHz频宽的信道进行网络规划是个更好的选择，可有效规避WLAN系统间的信号干扰。

采用256QAM调制，单空间流速率提升至433Mbps

802.11ac wave2支持更高效率的256QAM（8bit）调制技术，相比802.11n采用的64QAM（6bit），调制效率提升33%（[8-6]bit/6bit）。

在40MHz频宽下，802.11ac wave2单空间流传输速率从802.11n的150Mbps提升至200Mbps；在80MHz频宽下，802.11ac wave2单空间流传输速率提升至433Mbps。

空间流数量从3条提升至4条，80MHz频宽最大速率提升至1.73Gbps

在空间流数方面，802.11ac wave2增加到了4条空间流（802.11ac wave1和802.11n都为3条），80MHz频宽最大速率提升至1.73Gbps，160MHz频宽最大速率达到3.47Gbps。

除了传输速率提升之外，802.11ac wave2支持4空间流，采用4根收发天线，带来更多的分集增益，提高无线传输的可靠性和容错能力，提高终端的覆盖范围和质量，进而带来传输性能的提升。

802.11ac wave2部署建议

802.11ac wave2相比wave1，更适合部署在以移动终端（手机、电子书和PAD等低空间流设备）接入为主的高密场景，例如机场、车站、商场、礼堂、会议厅和展览馆等各类场所，可以提供更高的用户并发处理能力，这也是wave2真正的价值所在。

【802.11ac wave2热点问答】

问题1. 什么是MIMO？什么是空间流？

答：MIMO是多输入多输出的英文缩写，表示发送端和接收端分别用多根天线发送和接收数据，提升通信质量和传输容量。通过空间分集技术，接收端可以从不同的天线接收数据信号，从而获得更高的接收可靠性，提高通信质量；通过空间复用技术，发送端将需发送的串行数据映射为并行数据，分别在不同的天线上发送出去，在不增加频谱资源的情况下增加了通信容量（并行的空间通道就叫做空间流，一般情况下空间流数和天线数量对应）。

问题2. 802.11ac传输速率如何得出？

答：Wi-Fi从诞生以来，传输速率一直在稳步提升，但每次载波信号传输时间始终为4微妙。以802.11a/g为例，20MHz频宽（48个数据子载波）下、采用64QAM调制（6bit信息）、编码效率为3/4，则传输速率为54Mbps（1秒/4微秒×6bit×48×3/4）；802.11n优化了调制和编码技术，引入信道捆绑、Short-GI和MIMO等技术，从而将单空间流传输速率提升至150Mbps。

802.11ac采用256QAM调制，在40MHz频宽下，单空间流速率提升至200Mbps；在80MHz频宽下，数据传输子载波提升至234个（是40MHz的2.16倍），单空间流速率提升至433Mbps（200Mbps×2.16）；在160MHz频宽下，单空间流速率翻倍提升至866Mbps。

问题3. 什么是显式波束成形？

答：显式波束成形的工作原理是：AP将信道评估帧发送给终端，终端将收到的信道评估帧相关信息反馈给AP，AP据此对下行信道进行评估，最后根据评估结果对下行数据处理后再发送，提高信号传输质量。显式波束成形其实在802.11n中就已经出现，但仅作为可选项，且没有统一实现机制，因此不同厂商芯片的设备互通会存在问题；而在802.11ac wave2中其属于必选功能项，并制定了统一的实现机制，使得基于不同厂商芯片的设备互通成为了可能。

问题4. 802.11ac wave2是否兼容现有802.11ac wave1和其它5G终端？

答：802.11ac wave2可以前向兼容现网的802.11ac wave1和802.11n标准的Wi-Fi终端；存量终端无法实现wave2的最新特性（MU-MIMO、256QAM、160MHz频宽等），但通过802.11ac wave2 AP设备，可借助4根收发天线提升网络覆盖质量和终端整体性能。

问题5. MU-MIMO对终端有什么要求？

答：MU-MIMO的实现需要AP和终端双方都支持，目前支持802.11ac wave2的终端有华为Mate8/P9、小米MI4系列/MI Note Pro、乐视LeMAX/LePro1、谷歌Nexus 5X、微软Lumia 950/950XL、HTC One M8、中兴Nubia Z9系列/AXON7、宏Aspire系列笔记本和戴尔Allienware13/15/17笔记本等。

问题6. MU-MIMO只对下行数据有效么？

答：是的。目前MU-MIMO是基于下行流量的空间流分配，符合当前网络以下行流量为主的数据模型；基于上行流量的空间流分配已经纳入802.11ac后续升级版——802.11ax标准，届时可以实现AP与多终端用户双向数据通信，乐观估计该标准将会在2019年前后发布。

问题7. 802.11ac wave1是否可以软件升级以支持802.11ac wave2？

答：不可以。由于802.11ac wave2相关特性需要硬件支持（例如MU-MIMO和256QAM等），因此现网802.11ac wave1无法通过软件升级的方式支持802.11ac wave2。

转自：http://e.huawei.com/cn/publications/cn/product-insights/201607271421/focus/201607271542