技術分析第19期:5G WiFi無線連接解析

相關專題: 5G 無線 芯片

  【手機評測】近年來無線連接設備的增多,WiFi成為了我們連接上網的常用方式。我們現(xiàn)在所使用的WiFi連接,大部分均是運行在2.4GHz的頻率,在這頻段上的帶寬最高還是20MHz,為的是保證和藍牙的共存,但是保護間隔率更短。不過隨著人們對無線連接的速度、穩(wěn)定性等方面的要求越來越高,更高頻段的5GHz WiFi便應運而生。我們日常所說的5G WiFi便是運行在5GHz頻段第五代的無線WiFi連接,與我們所說的3G、4G通信技術是風牛馬不相及的。

WiFi
5G WiFi無線連接解析

  除了對5G WiFi進行解析之外,我們文章后部分也進行了連接的傳輸測試,提供一系列數(shù)據(jù)供消費者直觀感受,從結果來看,只要網絡路由和網速沒有成為瓶頸的情況下,工作在5GHz頻段的WiFi要比2.4GHz頻段的要快上50%以上,詳細可以參考后部分的簡單測試。

WiFi越來越擁擠

  我們是否時常有感覺,在家里還好,如果在人流密集的公共場所,熱點太少、網絡擁堵、經常掉線、信號太弱,經常出現(xiàn)連接不上的情況。這就是現(xiàn)在非常擁擠的2.4GHz WiFi的存在狀態(tài),嚴重超載、干擾眾多下成為其急需要解決的問題。

公眾場地
曾經嘗試連不上公共的WiFi么?

  如果把2.4GHz下的WiFi比作城市的信息傳輸公路,全球Wi-Fi網絡面臨著時時發(fā)生塞車的窘境。這里“奔跑”的是手機、平板、筆記本電腦、掌上游戲機,還有各種各樣的移動設備,眾多的設備令2.4GHz頻段的信道非常擁擠,相處經常發(fā)生干擾。Wi-Fi聯(lián)盟在2011年9月做出統(tǒng)計,聯(lián)盟成員企業(yè)目前已經達到了450家,Wi-Fi全球用戶超過10億,具有Wi-Fi認證的產品發(fā)貨總量已超20億件,平均每年開發(fā)200萬件產品,龐大的設備與混亂的無線WiFi網絡設計已經令傳統(tǒng)頻段的WiFi不堪重負。

公眾場地
設備增多 信道擁擠

  目前全球最快的Wi-Fi傳輸速度僅為300Mbps,相當于每秒只能傳輸約36MB的內容。信息公路的擁擠首先便會減慢車速,因此傳輸速率必然會有所下降,很難合格,如果僅僅是瀏覽一下網站或者收發(fā)郵件,當然這個是沒有什么影響,但如果是要進行大流量的數(shù)據(jù)傳輸,包括高清視頻、在線視頻等,這就有可能成為手機等移動設備與互聯(lián)網之間帶寬的瓶頸。因為這原本只是一條預計通行小轎車的公路,卻忽然涌進了客車和大型貨車,并且數(shù)量越來越多。

5G WiFi

  5G Wi-Fi的誕生很好解決現(xiàn)在WiFi面臨的問題,首先它運行在5GHz以上的高頻段,帶寬能提高到40MHz甚至80MHz或更高,傳輸速度最高提升到了1Gbps,每秒可以傳輸約125MB的內容。

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  5G Wi-Fi就是第五代Wi-Fi技術的簡稱。Wi-Fi技術誕生于1997年,至今已經發(fā)展到了第五代。當年第一代Wi-Fi標準出現(xiàn)的時候,受到工藝和成本的限制,芯片的工作頻率只能固定在2.4GHz,最高傳輸速率只有2Mbps,相當于每秒只能傳輸約0.016MB的內容。

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通信技術與WiFi發(fā)展歷程

  隨后出現(xiàn)的802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等四個WiFi版本的標準,速度越來越快,現(xiàn)在我們普遍使用的是802.11n的標準。比如2004年推出的802.11n比之前的802.11g快了10倍,比更早的802.11b快50倍,覆蓋的范圍也更廣。WiFi芯片的傳輸速率越來越高,但直到802.11n初始還是運行在2.4GHz的頻段上,因此速度仍然滿足不了人們的需求。

真正5G WiFi

  盡管較早之前便有手機的WiFi芯片支持雙頻(2.4GHz和5GHz)運行,但其采用的協(xié)議仍然是802.11n標準,沒有采用最新的802.11ac標準,并非真正意義上的5G WiFi,可以簡單看作是運行5GHz頻段上采用802.11n的WiFi,在性能有所打折。我們如果拿高速公路來比喻5GHz的WiFi頻段,那么802.11n標準會是奔馳汽車,而802.11ac標準會是更上一層樓,可以理解為跑車。

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WiFi進化

  真正的5G Wi-Fi是802.11ac,采用了工作在頻率5GHz的芯片,能同時覆蓋5GHz和2.4GHz兩大頻段。除了更快,它還能改善無線信號覆蓋范圍小的問題,雖然5GHz比2.4GHz的衰減更強,難穿過障礙物,但由于覆蓋范圍更大,考慮到信號會產生折射,新標準反而會更容易使各個角落都能收到信號。 

設備支持是關鍵

  現(xiàn)在來看,支持工作在5GHz頻段的手機并不是特別多,較為熱門的有小米手機2A、三星Galaxy S4、HTC One與iPhone 5,可以預計將會有越來越多的國內外手機廠商推出新品之時會加入對5G WiFi的支持,其中博通已經在近期研發(fā)出支持5GHz頻段的無線連接集成單芯片,5G WiFi大潮即將會到來。

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設備更換成本暫時較高

  雖然5G WiFi有眾多優(yōu)點,但市面上支持5G WiFi的路由器仍舊比較少,相對來說價格也會比較貴,這就為商戶更換路由器設備增加成本。雖然我們很多時候在咖啡廳等地方,經常會遇到人多連接不上WiFi或者連接不穩(wěn)定的狀態(tài),只需要更換一臺雙頻路由器應該可以解決,但是商戶原來的路由器在還沒有很大的剛性需求的時候,其顯然并不會會花上比傳統(tǒng)路由器貴上100-300元的價格去更換。不過細想一下,如果在手持設備已經足夠普的時候,你看見一間咖啡店標榜擁有5G WiFi連接,對你是否有吸引力呢?

優(yōu)點一覽

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5G WiFi優(yōu)點

1、解決網絡擁堵

  面對越來越復雜的使用需求,舊的技術標準變得捉襟見肘。5G Wi-Fi擁有更寬闊的信道選擇,可以解決擁堵問題。

2、提升播放質量

  視頻流量的爆發(fā)性成長以及與日俱增的無線裝置,加重了Wi-Fi網絡負擔,導致用戶消費者在觀看影片時很容易遇到播放不順暢、影片下載時間冗長等問題。5G Wi-Fi每秒傳輸速度可達125M,讓每秒下載速度約為30~45M的高清電影傳輸不成問題。

3、更加節(jié)能

  由于同一時間傳送的內容更多,設備也能更快地進入低功率的省電模式。比如博通的5G Wi-Fi技術可讓行動裝置降低83%的耗電率,因此可延長裝置的使用時間。

4、信號品質更好

  目前2.4GHz頻段Wi-Fi網絡上已經嚴重擁擠,大量設備堆積在一個狹小的頻段中很容易彼此干擾。國內5G頻段使用較少,無線電干擾大為降低,信號品質有極大提升。另外,雖然5GHz比2.4GHz更難直接繞過障礙物,但由于覆蓋范圍更大,考慮到信號會產生折射,新標準反而會更容易使各個角落都能收到信號。將來伴隨著5G Wi-Fi大量使用,手機透過Wi-Fi控制家中電視、冰箱、洗衣機才有可能成為現(xiàn)實。

附5G WiFi帶寬速度測試

        測試一:我們利用支持5G WiFi的手機分別單獨進行頻段的鎖定,包括5GHz與2.4GHz,繼而運行Speed Test,服務器選擇廣州進行五次速度測試,取平均值,以此來考察下載的速度。由于受到網絡狀況等因素影響,測試結果僅供參考。

WiFi   WiFi
進行頻段鎖定

WiFi   WiFi
信道空間

  從上圖可以看出在2.4GHz的頻段中,WiFi熱點眾多,而且單一信道里面擁有的熱點數(shù)很多,造成擁堵;相比較2.4GHz頻段,5GHz頻段的信道更為寬闊,即使同一信道有眾多熱點,但是較寬的信道也能有著不錯的網絡表現(xiàn)。

WiFi   WiFi
自動模式與5GHz頻段測試結果

WiFi
2.4GHz頻段測試結果

測試
平均值:自動模式15.746Mbps、5GHz頻段15.86Mbps、2.4GHz頻段9.364Mbps

測試
平均值:自動模式20.644Mbps、5GHz頻段12.726Mbps、2.4GHz頻段10.36Mbps

  測試結果顯示在自動模式與5GHz頻段模式下,下行速度要比2.4GHz頻段要快50%以上,而上行速度都有接近30%的領先幅度。只要路由器能夠支持5GHz頻段,自動模式下手機便會根據(jù)信號等情況智能調整,不需要用戶參與。當路由器和網速不再成為傳輸速度瓶頸的時候,2.4GHz頻段較為擁堵與干擾眾多,對于速度的影響還是挺大的。

  測試二:我們采用iPerf軟件測試,記錄支持5GHz路由到手機的傳輸速度,測試采用思科Cisco企業(yè)路由器。

IPERF

  首先我們看到在辦公室內,5GHz頻段的信號比較優(yōu)秀,因此自動模式與5GHz頻段下速度都有很厲害的表現(xiàn),接近100Mbps的傳輸速度;走廊位置,信號有所減弱,速度下降不少,但仍然要比2.4GHz頻段要快不少;公司室外的信號更加薄弱,速度再一步下降,但仍然有領先。

總結

  5G WiFi的出現(xiàn)是我們對于無線連接不斷需求的產物,更高的傳輸速度、更寬的頻段信道,能夠減少信道的擁擠與干擾,這些都是它的優(yōu)點。現(xiàn)在該技術已經逐漸在普及當中,而且芯片、設備等也在更新?lián)Q代當中,假以時日,5G WiFi必然會是主流。隨著WiFi技術的發(fā)展,我們憧憬的移動網絡與WiFi網絡的無縫結合時代也慢慢會到來。


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