新鲜干货出炉:无线的宿命 根本性的平衡

2016-08-24 15:48 出处:PConline原创 作者:佚名 责任编辑:sunziyi

  【PConline 资讯】人民带宽需求的高增长速率和无线信息传输效率的低增长速率是现阶段无线通信应用的现实矛盾。纵观各种无线协议的历史,总是朝着物理层越来越快,MAC层开销越来越压缩的不归路狂奔而去。

  我们在早期利用了时间、频率、正交码,山穷水尽之时,MIMO(Massive MIMO)让我们开拓了空间这个维度。于是,在最近几年,我们从单流到双流一直到大规模MIMO继续开心的榨干空间这个维度。未来在何方?当时间,频率,空间都被利用穷尽,我们还有哪些维度?是朝着更大的调制速率集合,1024QAM,2048QAM而去,还是朝着量子信息而去,没人可以做出预测。

  但就像仿佛总是要被用完却一直用不完的的IPV4地址一样,到了全世界的无线通信专家们一筹莫展之时,上帝会为我们指明新的方向,那将会是我们所从未发现的维度。

  题前的世界太大,我们聊点小东西。世界是在矛盾中发展的,信息传输领域也一样,信息传输的高效性和可靠性是信息传输的根本矛盾。对于一定的信息,我们希望用最快的速率传输完成,有最大的频带利用率;同时,我们又希望可以做到最低的传输错误概率。在鱼与熊掌不可兼得时,科学家们一部分沿着保证一定传输效率的前提下不断提高传输可靠性的路一往无前,一部分沿着保证小于一定的错误概率的前提下不断提高传输速率的路高歌猛进,这两部分的成就犹如楼梯的水平面和垂直面构成了我们信息传输的向上阶梯。

  从这个矛盾出发,我们可以看到,在802.11协议中无处不在进行着可靠性和高效性的平衡。我们可以从两个例子来看看。

  同样的带宽下,802.11b的最高速率是11Mbps,802.11g是54Mbps, 802.11n的单流可以到65Mbps,到802.11ac的单流可以到78Mbps。

  编码调制等级在不断的提高,比如802.11n中最高采用64-QAM调制,相当于6个比特的信息编成一个波形被发送,而802.11ac中最高采用256-QAM,相当于8个比特的信息编成一个波形被发送,而每个波形占用的时间是一样的,所以802.11ac可以得到比802.11n更高的速率,因为相同的时间内传输了更多的比特数,这代表了传输的效率在提高。

  但是同时,在802.11ac中,更多的比特被编成一个波形,如果这个波形在传输过程中因为环境的影响而失真了,错误的比特数也将更多,所以可靠性同时在下降。

  这也是为什么802.11ac在最高速传输时要求比802.11n更近的距离。

  另外一个例子。在AP中,我们发现可以配置成短前缀(short-GI)和正常前缀的情况,在短前缀下,802.11n的单流速率可以达到比65Mbps更高的72Mbps。

  在OFDM调制中,所有的数据被调制成一个一个OFDM符号,每个OFDM符号前面都需要加一个前缀,由于无线信号从发送端到接收端会经过不同的路径,这些不同路径的信号到达接收端的时间也是不一样的,导致在接收端收到的无线信号持续时间会更长,比如发送长度1秒的信号,到达接收端的接收信号可能变成了1.1秒长的了 。这样,在每个符号之前加了一个前缀,使得每个OFDM符号在接收端的持续时间变长的话,只会影响到前缀,不会影响到下一个符号,保证了各个OFDM符号的正确性。

  在802.11n中,正常的前缀是一个OFDM符号长度的1/4,也就是代表我们为了提高可靠性,损失了25%的效率。所以,在多径比较少的场合,比如AP和终端间大部分都是直视的情况下,我们可以将前缀的长度减少,比如配成short-GI。这时,前缀是一个OFDM符号长度的1/8,所以我们可以获得更大的速率(72Mbps),但同时,每个OFDM符号影响下个符号的概率就大了,可靠性就下降了,所以在AP和终端直视径很少,尤其在室内障碍物较多的时候,选择配成正常的前缀是更好的。

  前面是802.11协议中可靠性和高效性进行平衡折衷的两个例子,事实上,在整个无线通信领域,不管是Wi-Fi,还是蜂窝网络等,全世界的科学家不断地在进行这种平衡,这是无线逃不开的宿命。我们后期可以继续沿着这条主线讲更多的关于这两个根本性指标的问题。

  文章来源:锐捷无线百科  作者:地瓜

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