3 倍速！802.11ac 來襲：標配與選配頻寬，應用技術全面剖析

使用更多的空間流

目前消費市場上，最為高階的802.11n產品具有3T3R（3支天線發射、3支天線接收），以1支天線配上40MHz頻寬來計算，1支天線速率為150Mbps、3支就是450Mbps。雖說802.11n有制定4T4R的規格，但是你應該找不到這種產品。802.11ac為加快速度，一次就制定了最高8T8R的天線收發模式，以1支天線與80MHz頻寬計算，速度為433Mbps，最高8支天線的總計傳輸速度高達3466Mbps，但8組天線不會向同個裝置收發資料，最多4組天線向1組裝置收發，單一裝置的最高速為1732 Mbps仍相當驚人。目前在消費市場上很少見到此類需要極大頻寬的應用，802.11ac導入更多的天線，對於一般人的意義在於MU-MIMO（Multiple User-Multiple Input Multiple Output，多使用者多天線收發）的技術導入。

同時多人傳輸MU-MIMO

欲了解MU-MIMO，我們首先就要來談一下 802.11n之前的無線收發原理，因為電磁波有著向四周逸散的特性，通常1個頻率區段同時間僅能容許1組接收端和發收端的存在，並使用半雙工的方式相互溝通。同個無線存取點能夠服務眾多的用戶端裝置，是因為大家使用1套競爭公式存取頻譜資源，或是大家輪流使用；若將時間微分來看，其實還是只有1組發送或接收端（時間多工）。

802.11ac導入最多8支天線，其實並不是為了擠出更多空間串流資源給單一裝置取用，而且現今行動裝置的體積尚不足以塞入較多的天線，耗電量也將隨之上升。多天線的配置主要還是在無線存取點上可看見，藉由多組天線同時向多組裝置發送或接收，便跳脫以往僅能服務1組發送/接收端的問題。就目前制訂的標準來看，每個AP最多可向4個行動裝置同時收發資訊，而每個行動裝置最多可使用AP的4支天線，也就是每個AP作多可同時收發2～4個裝置。

不過好事多磨，目前市面上已經推出的802.11ac draft版產品，可惜皆不支援MU-MIMO功能，同樣也是預計今年所推出的第二代802.11ac產品才會支援。

▲802.11ac導入MU-MIMO功能，在同一時間AP能夠服務多達2～4個裝置。

內建Beamforming技術

讀者可能在部分802.11n的產品上見到Beamformimg字樣，或是所謂的訊號集中傳輸，打得更遠、飆得更快之類的字眼，但其背後的技術原理皆為Beamforming（波束成形）。Beamforming的原理為利用擺放在空間中的多支天線，調整其相位以及振幅，以便在部分空間中的訊號能夠獲得相位相同、振幅相加、訊號變強的效果；而部分空間產生相位相反、振幅相減、訊號變弱。

此功能在802.11n標準當中列為選配，因此並不是每款產品皆可支援Beamforming，支援的產品也有可能因為實作的方式不同，造成Beamforming的效果不佳。

802.11ac將Beamforming納入標準之中，並且將802.11n標準中選配的多種Beamforming格式，簡化集中到NDP Sounding技術身上，以求各家廠商的相容性。此外Beamforming也是推動MU-MIMO的重要技術之一，如果現在A、B兩者皆和AP同時進行傳輸，便可利用Beamforming技術，將A附近的B訊號抵銷掉、B附近的A訊號抵銷掉，A/B兩者便可直接和AP傳輸，不需要擔心訊號混在一起無法辨識的問題。

 

▲Beamforming示意圖，就由改變不同天線的相位和振幅差異，能夠精確的將訊號加強傳到對方。

Wave 1？Wave 2？

讀者或許在部分802.11ac報導裡可看見Wave 1或是Wave 2字樣，主要是以產品的速度與功能作區別。目前市面上的802.11ac產品全部都是Wave 1，主要在提供比過去802.11n更高的傳輸速度，頻寬僅使用80MHz；Wave 2產品指的就是未來即將推出支援160MHz頻寬和MU-MIMO的產品，如華碩今年在CES上公布的RT-AC87U，傳說將使用Quantenna晶片。

超高速有線網路尚不普及

無論無線網路多麼快速，其傳輸距離一定有限（前提為發射功率在合法範圍之內），因此絕大部分的公司行號，或甚至是家庭個人，先使用有線網路佈線至大範圍空間後，再接上1台無線路由器或是無線AP將有線網路資源轉為無線。

如今市面上802.11ac產品的理論速率已達1300Mbps，實際測量單向傳輸速度可衝破800Mbps沒有問題，已經逼近目前常用的GbE級有線網路，今年將會出現更快的4T4R產品，幾乎可以確定有線網路將成為無線網路的瓶頸。可惜目前在消費端似乎還沒有看到廠商有所動作，推出10GbE的產品，就連支援Link Aggregation的家用路由器或是交換器也寥寥可數，就算釋出8T8R的無線路由器或無線AP，大概也是看得到（連結速度）吃不到（實際傳輸速度）。那對於一般人消費者來說，802.11ac究竟有何意義？

▲有線網路從GbE躍升至10GbE是個很大的門檻，線材部分同時具有多種標準，但還是雙絞線適合預算有限的消費市場。

▲雙網路埠合併也是種增加頻寬的方式，但合併模式眾多、設定複雜，不見得能夠提升速度，同時也需要軟硬體配合。

跳脫2.4GHz牽絆

讓我們把時空拉回802.11a/b的時代，當時802.11a因為採用5GHz的關係，製造成本上比起802.11b略高，後繼者802.11g繼續採用2.4GHz，造成802.11a需要的5GHz被冷落。且依廠商製造成本和消費者接受度來說，802.11a和802.11g皆可達到54Mbps的速率，2.4GHz的傳輸距離也較遠，在5GHz並不比2.4GHz擁有太多的技術優勢下，比較便宜的2.4GHz逐漸成為主流（請注意當時Wi-Fi技術並不如現今普及、因此頻道壅擠程度並不嚴重）。

直到802.11n產品問世，為了在盡量降低成本的前提下相容前代標準，因此2.4GHz頻段受到絕大部分的802.11n產品採用。但是因為802.11n導入了40MHz使用頻寬，無線產品的售價也下跌到絕大部分民眾皆可輕鬆負擔的程度，在這雙重打擊之下2.4GHz僅有的小小頻寬終於被撐爆了。

因此802.11ac完全拋棄2.4GHz，僅能在5GHz頻段運作，可惜對於一般消費者來說，並不見得真的了解2.4GHz的頻段與5GHz的頻段有何不同，更別說其中訊號傳輸的原理差異。當無知的消費者購買了802.11ac產品，就代表一定具有5GHz頻段的傳輸能力，不像過往802.11n產品還會分為2.4GHz和5GHz版本。因此對於使用者來說，傳輸頻率從目前擁擠的2.4GHz轉換成5GHz，絕對會感受到速度比較快。

5GHz頻率功率關係式

依據NCC「低功率射頻電機技術規範」中4.7節的說明，5.25GHz～5.35GHz峰值發射功率不得超過50mW、5.470GHz～5.725GHz峰值發射功率不得超過250mW、5.725GHz～5.825GHz峰值發射功率不得超過1W，此外若使用超過6dBi的天線，則發射功率須再降低。

 

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