【無線射頻通信】-利用5G WiFi波束成形和LDPC性能技術(shù)提高無線連接

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具備Wi-Fi功能的設(shè)備無處不在。討論人員猜測，截至2023年，全球無線互聯(lián)設(shè)備數(shù)量將升至500億臺1。因此，消費者不僅盼望能在計算機、平板電腦、智能手機、電視和嬉戲機等不同設(shè)備上觀賞到豐富的多媒體內(nèi)容，還盼望能夠提高設(shè)備的運行速度、牢靠性以及電源效率。幸運的是，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，或第五代Wi-Fi（5GWiFi）技術(shù)已應(yīng)運而生，作為下一步進展的關(guān)鍵，其能夠關(guān)心無線通信行業(yè)滿意上述需求。

與之前的Wi-Fi技術(shù)相比，5GWiFi在傳輸千兆吞吐量方面，運行速度更快、效率更高。同時，其在5GHz帶寬上運行時，與相同帶寬上的其他802.11技術(shù)一樣支持向后兼容。此外，通過諸如傳輸（Tx）波束成形和低密度奇偶校驗檢查（LDPC）等技術(shù)組合，它還有望解決"有限的掩蓋范圍和連接速度（例如：速率）'等越來越困擾Wi-Fi的難題。

為了更好地理解這一難題，我們以家庭環(huán)境中典型的WLAN設(shè)置為例，其通過無線路由器連接不同的設(shè)備（如智能手機、平板電腦、筆記本電腦、打印機和電視等）。由于家中的樓層和墻壁也可能構(gòu)成連接場景里的一部分，不是家庭中的全部位置都能實現(xiàn)最佳的連接效果。大多數(shù)消費者憑直覺實行行動去改善連接狀況，例如，將房門打開以提高安裝在家庭活動室中WLAN接入點（AP）的信號效果。由于頻繁地轉(zhuǎn)變家中的AP位置并不現(xiàn)實，我們需要實行其他方法來改善連接效果。

5GWiFi采納了兩種可選技術(shù)，通過提高限定范圍內(nèi)的速率或吞吐力量來加速連接性能。其中，最有效的方法就是波束成形技術(shù)，這是一種非專利技術(shù)，能夠應(yīng)用于多種設(shè)備，并可將無線連接性能提升2-3倍。波束成形技術(shù)能掌握射頻能量的方向，將其引向準(zhǔn)備要接收信號的接收器，從而提高無線連接性能（圖1）。這種技術(shù)甚至還能讓無線信號繞過墻角或穿過墻壁，從而消退Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的盲點。

圖1.借助802.11ac（和802.11n）波束成形技術(shù)，無論周邊有多少設(shè)備，集線器或AP都能讓無線信號直接傳向需要信號的設(shè)備。與此形成對比的是，傳統(tǒng)Wi-Fi技術(shù)只能在設(shè)定區(qū)域輻射無線信號，而該區(qū)域內(nèi)的任何設(shè)備都能接收該信號。

LDPC是一種正向糾錯編碼體系，常用于確保編碼牢靠性并提高編碼增益。該方法于1960年月早期創(chuàng)造問世，能在背景噪聲較大、數(shù)據(jù)簡單消失損壞的頻率中傳輸信息。利用該方法，我們能大幅削減噪聲通道中信息傳輸丟失的幾率，從而確保傳輸高效牢靠的信息，同時也能漸進地提高更大范圍內(nèi)的傳輸速率。

當(dāng)波束成形和LDPC技術(shù)結(jié)合使用時，相對于802.11ac的256QAM標(biāo)準(zhǔn)而言，其能夠提高整體的無線掩蓋范圍和速率并擴大其連接范圍。事實上，增益提升能達6到8dBm，帶寬提升擴展范圍高達3倍（圖2）。此外，除了可選用連續(xù)的160MHz通道或非連續(xù)的80+80MHz通道之外，5GWiFi還支持80-MHz通道，這就意味著將有更多的高速線路來支持增加的流量。換言之，5GWiFi只需在80-MHz通道上使用160-MHz頻率，就能將帶寬提高高達4倍。這些做法的確能大幅提高性能，那么這對終端用戶有什么實際價值呢？

圖2.LDPC和波束成形技術(shù)相互協(xié)作，能大幅提高接收器的吞吐力量和靈敏度。

為了回答這個問題，我們不妨設(shè)想這樣一個典型的企業(yè)場景。例如，辦公空間位于不同樓層，且有辦公室和小隔間等不同的辦公空間（圖3）。辦公設(shè)施周邊設(shè)置一個5GWiFi3x3WLANAP和幾個5GWiFi站點，為員工供應(yīng)無線連接服務(wù)。我們利用與AP的不同距離來檢測是否使用波束成形技術(shù)時的吞吐量。距離為10米和20米時，無論是否使用波束成形技術(shù)，吞吐力量均保持不變；距離為30米和40米時，我們明顯能看到使用波束成形技術(shù)提高了吞吐量；不過，波束成形技術(shù)最大的效果是當(dāng)距離達到50米時，這時使用波束成形技術(shù)能將吞吐力量提高到157Mbps，而不使用波束成形技術(shù)就只有87Mbps，也就是說吞吐力量由此提上升達80%。假如再協(xié)作使用LDPC技術(shù)，那么還能進一步提高吞吐量。

圖3.5GWiFi波束成形技術(shù)能針對指定客戶端或設(shè)備提高連接范圍和數(shù)據(jù)速率。在本例中，該技術(shù)能將吞吐量提上升達80%。

消費者對更多連接設(shè)備和數(shù)據(jù)的需求無窮無盡，而企業(yè)網(wǎng)絡(luò)則必需努力滿意更大密度的用戶需求，同時改進用戶體驗，因此波束成形和LDPC等高級技術(shù)如今變得更加至關(guān)重要。通過大幅提高無線連接性