2015年下半年，高通、博通、RTL等芯片廠商相繼發(fā)布了滿足802.11ac wave2要求的芯片，WLAN及終端廠商也迅速跟進(jìn)推出相應(yīng)的產(chǎn)品和終端。802.11ac wave2在多方推動下于2015年底實(shí)現(xiàn)了商用，標(biāo)志著802.11ac進(jìn)入了新的發(fā)展階段。
自1997年至今，IEEE組織在16年間陸續(xù)制定發(fā)布了5代Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)/協(xié)議，對Wi-Fi進(jìn)行了持續(xù)的技術(shù)升級和性能提升，同時還與Wi-Fi聯(lián)盟協(xié)作極大地推動了Wi-Fi的普及和應(yīng)用。
從802.11發(fā)展到802.11n，理論的數(shù)據(jù)傳輸速率的提升極為顯著，從2Mbps到11Mbps、54Mbps，再到450Mbps，而在802.11ac（wave1）中，理論傳輸速率更是達(dá)到了1.3Gbps，相比最初已翻了650倍。但在實(shí)際應(yīng)用中，能夠達(dá)到的實(shí)際吞吐量卻無法讓人滿意。對于一臺802.11ac wave1 AP（最高速率1.3Gbps），在單用戶情況下，網(wǎng)絡(luò)效率（實(shí)際吞吐量和理論傳輸速率的比值）為70%左右（實(shí)際吞吐量910Mbps）；在多用戶情況下，涉及到更多的空口開銷，AP吞吐量將隨著接入用戶數(shù)量的增多而逐漸下降，到30個用戶時網(wǎng)絡(luò)效率已下降至38%（實(shí)際吞吐量350Mbps）。
圖1 wave1的傳輸速率顯著提升，但多用戶并發(fā)能力成為瓶頸
可以說，Wi-Fi技術(shù)的瓶頸已不在于如何繼續(xù)提升最大傳輸速率，而在于如何提升多用戶數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力和網(wǎng)絡(luò)效率。隨著802.11ac wave2引入MU-MIMO技術(shù)之后，這個困擾Wi-Fi多年的問題終于找到了答案。
MU-MIMO是多用戶-多輸入多輸出的英文縮寫，其采用顯式波束成形（Explicit Beamforming）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號的傳播方向和接收控制，向多個終端發(fā)送數(shù)據(jù)，同時保證終端彼此不受干擾。相比傳統(tǒng)的MIMO（又稱為SU-MIMO，單用戶-多輸入多輸出），在對下行數(shù)據(jù)的處理上類似于以太網(wǎng)中的Switch和Hub之間的關(guān)系，即Hub（SU-MIMO）同時只能向一個端口發(fā)送數(shù)據(jù)，而Switch（MU-MIMO）可以同時向多個端口發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣道理，在SU-MIMO模式，AP同時只能向一個終端發(fā)送數(shù)據(jù)；而在MU-MIMO模式，AP則可同時向4個終端發(fā)送數(shù)據(jù)。
802.11ac wave2引入MU-MIMO之后，可以將AP空間流靈活分配給多個終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，緩解了AP和終端空間流能力不匹配的問題，充分發(fā)揮了AP的性能。實(shí)測數(shù)據(jù)顯示：1臺802.11ac wave2 AP下掛3臺支持MU-MIMO的小米NOTE（高配版、單空間流），在SU-MIMO模式下（AP關(guān)閉MU-MIMO），3臺NOTE整體下載速率為330Mbps；而在MU-MIMO模式下，3臺NOTE整體下載速率可達(dá)800Mbps，也就是說AP開啟MU-MIMO之后性能提升到240%。
在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下，802.11n或者802.11ac wave1的AP通常支持3空間流，而手機(jī)和PAD等終端由于設(shè)備尺寸和芯片成本的原因，主要采用單天線、單空間流設(shè)計，因此AP和終端通信過程中只能工作在單空間流模式，由于空間流數(shù)不匹配，AP經(jīng)常處于輕載狀態(tài)，導(dǎo)致性能無法充分發(fā)揮。802.11ac wave2則可以借助MU-MIMO提升用戶并發(fā)處理能力，充分發(fā)揮AP的性能和效率。
802.11n、802.11ac wave1和802.11ac wave2關(guān)鍵特性對比
除了MU-MIMO之外，802.11ac wave2還引入了更高效的信號調(diào)制方式，并支持更高的頻寬，整體性能從802.11ac wave1的1.3Gbps提升至3.47Gbps。
在信道頻譜寬度方面，802.11ac wave2新增支持160MHz（連續(xù)160MHz，或者2個非連續(xù)的80MHz組成），信道組合更為靈活，對無線頻譜資源也提出了更高的要求。
雖然802.11ac wave2新增了對160MHz頻寬的支持，在理論上確實(shí)可以帶來更高的傳輸速率（160MHz、單空間流速率可達(dá)866Mbps），但可用160MHz頻寬信道太少，大大限制了它的使用，因此在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用中并沒有太大的實(shí)際意義。
以信道資源最為豐富的北美為例（見圖2），5GHz頻譜包括U-NII1（36～48）、U-NII2（52～64）、U-NII2 extended（100～144）和U-NII3/ISM（149～165）共4個波段，有2個連續(xù)的160MHz頻寬的信道（6個80MHz頻寬信道）。
圖2 5GHz頻譜資源劃分示意圖
而在中國，自2012年工業(yè)和信息化部開放5150～5350MHz（36～64）頻譜在室內(nèi)環(huán)境下的使用權(quán)限后，國內(nèi)在5GHz頻段互不干擾的信道（20MHz）從原來的5735M～5835MHz（149～165）的5個增加至13個，但只有1個連續(xù)的160MHz頻寬信道（3個80MHz頻寬信道）。
由于5GHz頻段160MHz頻寬的信道數(shù)量較少，因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時不建議采用160MHz頻寬，除非是在孤立的無線環(huán)境區(qū)域（熱點(diǎn)）。
80MHz頻寬可以考慮使用在諸如辦公室、會議廳和禮堂等區(qū)域，此類區(qū)域大多為客戶自建無線網(wǎng)絡(luò)，無線環(huán)境相對可控，80MHz頻寬的信道數(shù)量（大于3個）可以通過頻率復(fù)用實(shí)現(xiàn)較大范圍的連續(xù)覆蓋，同時有效控制信號干擾。
40MHz頻寬預(yù)計將成為更主流的選擇，例如商業(yè)中心、火車站、候機(jī)廳和展覽中心等無線公共區(qū)域，此類區(qū)域同時存在多個WLAN網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)營商、第三方自建等），無線環(huán)境更為復(fù)雜，若采用80MHz部署，有限的信道會造成彼此間的干擾，最終導(dǎo)致所有的WLAN網(wǎng)絡(luò)都不好用甚至不能用；因此采用40MHz頻寬的信道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是個更好的選擇，可有效規(guī)避WLAN系統(tǒng)間的信號干擾。
802.11ac wave2支持更高效率的256QAM（8bit）調(diào)制技術(shù)，相比802.11n采用的64QAM（6bit），調(diào)制效率提升33%（[8-6]bit/6bit）。
在40MHz頻寬下，802.11ac wave2單空間流傳輸速率從802.11n的150Mbps提升至200Mbps；在80MHz頻寬下，802.11ac wave2單空間流傳輸速率提升至433Mbps。
在空間流數(shù)方面，802.11ac wave2增加到了4條空間流（802.11ac wave1和802.11n都為3條），80MHz頻寬最大速率提升至1.73Gbps，160MHz頻寬最大速率達(dá)到3.47Gbps。
除了傳輸速率提升之外，802.11ac wave2支持4空間流，采用4根收發(fā)天線，帶來更多的分集增益，提高無線傳輸?shù)目煽啃院腿蒎e能力，提高終端的覆蓋范圍和質(zhì)量，進(jìn)而帶來傳輸性能的提升。
802.11ac wave2相比wave1，更適合部署在以移動終端（手機(jī)、電子書和PAD等低空間流設(shè)備）接入為主的高密場景，例如機(jī)場、車站、商場、禮堂、會議廳和展覽館等各類場所，可以提供更高的用戶并發(fā)處理能力，這也是wave2真正的價值所在。
答：MIMO是多輸入多輸出的英文縮寫，表示發(fā)送端和接收端分別用多根天線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，提升通信質(zhì)量和傳輸容量。通過空間分集技術(shù)，接收端可以從不同的天線接收數(shù)據(jù)信號，從而獲得更高的接收可靠性，提高通信質(zhì)量；通過空間復(fù)用技術(shù)，發(fā)送端將需發(fā)送的串行數(shù)據(jù)映射為并行數(shù)據(jù)，分別在不同的天線上發(fā)送出去，在不增加頻譜資源的情況下增加了通信容量（并行的空間通道就叫做空間流，一般情況下空間流數(shù)和天線數(shù)量對應(yīng)）。
答：Wi-Fi從誕生以來，傳輸速率一直在穩(wěn)步提升，但每次載波信號傳輸時間始終為4微妙。以802.11a/g為例，20MHz頻寬（48個數(shù)據(jù)子載波）下、采用64QAM調(diào)制（6bit信息）、編碼效率為3/4，則傳輸速率為54Mbps（1秒/4微秒×6bit×48×3/4）；802.11n優(yōu)化了調(diào)制和編碼技術(shù)，引入信道捆綁、Short-GI和MIMO等技術(shù)，從而將單空間流傳輸速率提升至150Mbps。
802.11ac采用256QAM調(diào)制，在40MHz頻寬下，單空間流速率提升至200Mbps；在80MHz頻寬下，數(shù)據(jù)傳輸子載波提升至234個（是40MHz的2.16倍），單空間流速率提升至433Mbps（200Mbps×2.16）；在160MHz頻寬下，單空間流速率翻倍提升至866Mbps。
答：顯式波束成形的工作原理是：AP將信道評估幀發(fā)送給終端，終端將收到的信道評估幀相關(guān)信息反饋給AP，AP據(jù)此對下行信道進(jìn)行評估，最后根據(jù)評估結(jié)果對下行數(shù)據(jù)處理后再發(fā)送，提高信號傳輸質(zhì)量。顯式波束成形其實(shí)在802.11n中就已經(jīng)出現(xiàn)，但僅作為可選項(xiàng)，且沒有統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)機(jī)制，因此不同廠商芯片的設(shè)備互通會存在問題；而在802.11ac wave2中其屬于必選功能項(xiàng)，并制定了統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，使得基于不同廠商芯片的設(shè)備互通成為了可能。
答：802.11ac wave2可以前向兼容現(xiàn)網(wǎng)的802.11ac wave1和802.11n標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi終端；存量終端無法實(shí)現(xiàn)wave2的最新特性（MU-MIMO、256QAM、160MHz頻寬等），但通過802.11ac wave2 AP設(shè)備，可借助4根收發(fā)天線提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和終端整體性能。
答：MU-MIMO的實(shí)現(xiàn)需要AP和終端雙方都支持，目前支持802.11ac wave2的終端有華為Mate8/P9、小米MI4系列/MI Note Pro、樂視LeMAX/LePro1、谷歌Nexus 5X、微軟Lumia 950/950XL、HTC One M8、中興Nubia Z9系列/AXON7、宏Aspire系列筆記本和戴爾Allienware13/15/17筆記本等。
答：是的。目前MU-MIMO是基于下行流量的空間流分配，符合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)以下行流量為主的數(shù)據(jù)模型；基于上行流量的空間流分配已經(jīng)納入802.11ac后續(xù)升級版——802.11ax標(biāo)準(zhǔn)，屆時可以實(shí)現(xiàn)AP與多終端用戶雙向數(shù)據(jù)通信，樂觀估計該標(biāo)準(zhǔn)將會在2019年前后發(fā)布。
答：不可以。由于802.11ac wave2相關(guān)特性需要硬件支持（例如MU-MIMO和256QAM等），因此現(xiàn)網(wǎng)802.11ac wave1無法通過軟件升級的方式支持802.11ac wave2。
