結合波束成形/LDPC　802.11ac拓展連線範圍與速度

新一代802.11ac Wi-Fi傳輸效能可望大幅提升。802.11ac可透過波束成形與LDPC兩大新技術，克服室內環境的牆壁阻隔與雜訊干擾，進而擴大Wi-Fi聯網覆蓋範圍與傳輸速率，吸引愈來愈多晶片商投入發展此兩項技術。

具無線區域網路(Wi-Fi)連線功能的裝置已隨處可見。研究人員預估2020年全球將有五百億台無線網路連線裝置，因此，相關業者除提供豐富的多媒體內容以及可在個人電腦、行動裝置、電視和遊戲機上隨處觀看的功能外，也須提升網路傳輸速率、可靠性並降低功耗，遂驅動802.11ac，也就是第五代Wi-Fi標準技術問世。

5G Wi-Fi的速度與效率比前一代方案更高，可提供Gigabit等級的傳輸量。此標準使用5GHz頻段，並可與此頻段中的其他802.11技術向下相容。此外，藉由波束成形(Beamforming)傳送與低密度奇偶檢查碼(Low-density Parity-check, LDPC)等技術，還可進一步解決有限的連線範圍與速度等棘手問題。

想像一下傳統家中的WLAN環境，各種裝置(智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、印表機與電視等)都藉由無線路由器(Router)彼此連結。然而，在樓層與牆壁的阻隔下，並非家中的每個連線點都能獲得最佳連線能力。

大多數使用者會自行發現這個問題，因此使用網路時，會把門打開，以改善家中WLAN基地台(AP)的訊號；不過，經常改變家中網路接取裝置的位置並非長遠之計，須透過其他方式來改善連線品質。

波束成形/LDPC添力　802.11ac克服聯網限制

圖1　波束成形技術概念圖

5G Wi-Fi使用兩種技術來改善特定範圍的速率或傳輸量，以提升連線效能。其中最有效的方式是波束成形技術，可以在各種裝置上使用，並讓無線連線效能提升兩到三倍。其原理為將射頻(RF)能量導引至接收裝置的方向，甚至可將無線訊號傳送至角落或穿越牆壁，因此可消除Wi-Fi網路中的死角。

不論接收端有多少台裝置，集線器或網路接取裝置(Access Point)都可使用802.11ac(與802.11n)波束成形技術，將無線訊號導引至接收端。相較之下，傳統Wi-Fi技術是在特定的區域發送訊號傳播，因此只有該區域內的裝置才可以獲得訊號。

另一方面，LDPC則是一種前向錯誤修正(Forward Error Correction, FEC)編碼技術，可提高編碼的可靠性與編碼增益。此技術於1960年初期開始發展，可在具有大量背景或資料損毀雜訊的頻率中傳送訊息。在受到嚴重雜訊干擾的頻率中使用此技術，可大幅降低資料遺失的風險，進而確保802.11ac資料傳送的有效性與可靠性，並提高傳輸量。

業界已證實同時使用波束成形與LDPC技術可提升無線網路覆蓋率與容量，並擴大原來802.11ac 256QAM可達到的傳輸範圍。事實上，並用這兩項技術可提升6~8dBm的增益與三倍頻寬(圖1)。此外，5G Wi-Fi支援80MHz頻寬，並可使用連續性的160MHz頻道或兩個非連續的80MHz頻道(80+80MHz)，因此可獲得更多支援更高流量的路徑。換句話說，使用160MHz時，5G Wi-Fi能提供比802.11n高四倍的頻寬。

圖2　LDPC與波束成形並用，可大幅提升接收端傳輸量與敏感度。

雖然這是非常驚人的效能提升，但對終端使用者又有何實質意義呢？在回答這個問題之前，先想像一下傳統的企業辦公環境，除眾多樓層外，還有層層的牆壁與隔間板，以及各樣空間(圖2)。在設備區有一個5G Wi-Fi 3×3 WLAN網路接取裝置，而距離該裝置不等處則安裝數個5G Wi-Fi基地台，以提供員工無線網路連線。

接著，在啟用與停用波束成形的情況下，測量各基地台的傳輸量。在距離網路接取裝置10或20公尺時，不論是否啟用波束成形，傳輸量都一樣。但是當距離達到30~40公尺時，啟用波束成形的傳輸量明顯提升不少。當距離達到50公尺時，效益也達到最大；此時使用波束成形的傳輸量達到157Mbit/s，比未使用時的87Mbit/s提高80%，若同時啟用LDPC，傳輸量則更驚人。

波束成形/LDPC加速Wi-Fi轉換潮

由於消費者對裝置量與資料量的需求永無止境，加上企業網路不僅要努力為大量使用者提供服務，還要兼顧良好的使用者體驗，因此波束成形與LDPC等先進技術將愈來愈重要，吸引更多業者投入研發。這些可大幅提升無線網路效能的技術將有助於使用者從傳統的Wi-Fi標準轉移到5G Wi-Fi標準，並確保新標準能隨時因應未來突發的連線需求。

(本文作者為博通無線連線部門業務開發總監)