2.4GHz和5GHz有何差異?為什麼搜尋不到5GHz無線網路?搞懂 Wi-Fi 無線區域網路11個重要觀念

觀念8 MU-MIMO是必需品嗎?

台灣所販售的小米路由器 Pro 價格便宜,又同時支援 MU-MIMO 功能,讓該產品在網路討論區的熱度不減;MU-MIMO 技術需要以 MIMO 和 Beamforming 波束成型為基礎,所以對於這兩項功能還有疑問的讀者,請動動你的玉手翻頁回去再看個幾次加深印象。

傳統上無線網路路由器若要與連接的多個裝置相互構通,會將時間切成許多小片段,每個片段僅能讓1個裝置傳輸資料;實際使用時並無法感受到傳輸時間被切割了,因為這個片段小到人類無法察覺,讓人以為無線路由器和各個裝置同時間相互在傳輸資料。

MIMO 前綴 MU 英文字母表示 Multi-User 多使用者的意思,導入這技術就可以藉由 MIMO 和波束成型技術將多組資料同時發送給多個裝置,此技術旨在解決各裝置間收發天線數量差異過大,導致整體傳輸頻寬浪費的問題。譬如手邊有1組4天線收發無線路由器和3個單一天線的裝置,以往路由器在同一時間僅能對1個裝置傳輸資料,相當於浪費其餘3支天線的傳輸頻寬,導入 MU-MIMO 就可以同時對3個單一天線裝置傳輸資料,不僅頻寬利用效率提升了,連線裝置獲得資料的延遲時間也下降了。若要使用 MU-MIMO 功能,則連線雙方都必須支援此功能才行,首批採用802.11ac無線網路標準的設備並無法使用,且使用時依據天線數量有所限制,譬如4天線無線路由器最多能夠同時向4個單一天線裝置傳輸資料,或是2個雙天線裝置,或是1個3天線裝置加上1個單天線裝置,以此類推。

802.11ac 導入的 MU-MIMO 目前僅支援下載傳輸方向,一般而言就是無線網路路由器往各裝置傳輸的方向,各裝置往無線路由器傳輸的上傳方向尚未支援,改以傳統 MIMO 方式傳輸,不過下一世代802.11ax 標準將會導入實作,屆時兩種方向均可達成多裝置同時傳輸。

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觀念9 高階802.11ac產品卻沒有應有的速度?

從消費市場第一台802.11ac 裝置 Buffalo WZR-D1800H 無線路由器上市,掐指一算已經5年過去了,這期間經歷不少產品世代更迭,從一開始只有 Broadcom 無線網路晶片可以選擇,近期國產品牌 Realtek 和 MediaTek 的無線網路晶片也逐漸出現在產品當中並同時拉低販售價格,如今5GHz 連線速度可達1733Mbps 的小米路由器 Pro 價位不到新台幣2,500元,當年速度只有1300Mbps 卻要價新台幣7,000元以上。

連線速度寫得很好看,但已經購買此類高階802.11ac 產品的使用者應該會發現,實際傳輸檔案的速度並不會這麼高,連線雙方都是4組天線傳輸規格,表現最好卻只有110MB/s 左右,照理推測換算1733Mbps 應該有200MB/s 以上的速度表現,這中間的差異到哪裡去了?

這其中奧妙來自於有線網路規格已經跟不上802.11ac 無線網路,目前家用最高階有線網路還停留在單向1Gbps 也就是1000Mbps,與目前高階802.11ac 無線網路產品的1733Mbps 相互比較,差距將近有750Mbps 之多,因此目前高階802.11ac 無線網路產品的主要傳輸瓶頸落在有線網路身上。廠商也並非不知道這個問題,例如 Netgear 就推出包含10Gbps 有線網路的 Nighthawk X10 R9000無線路由器,但價位就不是人人可以接受,1張網路卡就要價接近萬元。當然這並不代表多天線802.11ac 產品沒有路用,多天線依然有加強訊號品質的效果。

因為10Gbps 有線網路的價位一時之間還無法降低,就有廠商推出2.5Gbps 以及5Gbps 規格,相較1Gbps 雖然還是貴了些許,卻不用勒緊褲帶到攔腰折斷的程度。2.5Gbps 和5Gbps 的網路卡已經上市,無線路由器預計今年年底到明年就可以看見採用此規格的家用產品。

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觀念10 什麼!?無線網路也可以玩超頻!

超頻這件事套用在無線網路裝置上似乎有些不可思議,不過確實有無線網路晶片商這麼做,以超越802.11ac 規格定義的數值運作。開出第一槍的廠商為 Broadcom,若是將支援802.11ac 5GHz 的無線網路晶片挪至2.4GHz 頻段使用,則可利用802.11ac 其中1項256-QAM 調變特性加諸在802.11n 規格身上,單天線頻寬可從150Mbps 提升至200Mbps,4天線即為800Mbps,並以 TurboQAM 名詞行銷該技術,目前已有其它多家廠商跟進支援相同的運作方式。QAM 調變技術對於一般使用者可能難以理解,只需要記得 QAM 前綴的數字越大,單位時間內可傳輸的資料量越多。

第二槍也是 Broadcom 開的,最新款無線網路晶片不僅支援802.11ac 規格最高256-QAM 調變,更增加1024-QAM 調變能力,除了用在802.11ac 支援的5GHz 之外,802.11n 的2.4GHz 也可以使用。如此一來802.11n 單天線頻寬再度增長至250Mbps,802.11ac單天線頻寬躍升為512Mbp s左右。目前僅有 Broadcom 和 Quantenna 在自家的無線晶片支援1024-QAM,Broadcom 以 NitroQAM 名詞包裝行銷。

無論是 TurboQAM 或是 NitroQAM,都需要新款無線網路晶片才能支援,先前所推出的802.11n 規格無線晶片無福消受。且根據筆者實測經驗,欲達到 TurboQAM 和 NitroQAM 的傳輸速度,連線雙方的距離必須保持在數公尺之內,且中央不得有遮蔽物,應用條件頗為嚴苛。此技術實際受惠者為具備單天線或是雙天線的行動裝置,不必導入更複雜的多天線設計就能夠提升連線速度,另外就是廠商的技術宣示,比別人更早一步實作更高階的調變技術,表示該廠的研發能力不容小覷,在數大便是美的行銷當中也是個贏家。

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觀念11 3頻無線路由器是哪3頻?

802.11ac 無線網路規格使用5GHz 頻段進行資料傳輸,此頻段依據時間往前推進尚有802.11a 和802.11n 可以使用該頻段,絕大多數支援802.11ac 的無線產品也會保有向下相容性支援802.11a 和802.11n。這3種無線網路標準速度差異極大,802.11a 最快為54Mbps,而802.11n 和802.11ac 單天線收發分別為150Mbps 和433Mbps,當這3種規格混合使用時容易導致傳輸效率不彰,高速802.11ac 無線裝置無法發揮應有的效果。

適逢美國 FCC 放寬5GHz 頻段的功率限制,廠商便利用5GHz 頻段間不同頻率區域分別容納不同的無線網路標準。多數廠商於5GHz 頻段安排2組無線網路晶片,5.17GHz~5.33GHz、5.49GHz~5.71GHz 用來容納802.11ac 裝置與高速多天線802.11n 裝置,5.735GHz~5.835GHz 則容納802.11a 與低速802.11n 裝置,藉由將新舊、高低速裝置依據頻率分組,盡量降低高速裝置被低速裝置拖累的情況。搭配前幾頁提到的自動分流功能,使用者只要讓手中的裝置連上無線路由器,至於該使用哪個頻率就讓機器自行去協調。

除了2.4GHz+5GHz+5GHz 這種結構的3頻無線路由器之外,近來也出現2.4GHz+5GHz+60GHz 這種頻段組合,60GHz 所使用的無線網路標準為802.11ad,或許讀者對它另外1個名字 WiGig 比較有印象,先前與 WirelessHD 在短距離提供數 Gbps 傳輸速率的應用情境相互競爭,之後 WiGig 聯盟併入 Wi-Fi 聯盟共同推動60GHz。

802.11ad 單天線連線速度最高可達6.7Gbps 左右,比802.11ac 還要快,只是60Hz 頻段相當不利於大範圍傳輸,實際應用環境大約是1個房間大小,並且對環境事物移動十分敏感,連線裝置之間若有人經過很容易讓傳輸速度下降,比較類似於USB 3.1 Gen1的無線版本。在台灣發售相容產品也不多,以 Netgear Nighthawk X10 R9000為其代表性產品,或許依照 Qualcomm 在行動產業的影響力,未來會有數款手機支援該標準。

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R.F.
作者

誤入叢林的小白兔,每天爬樓梯到七樓的白癡,幻想自己很瘦的豬,一放假就睡死的bed potato。

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