真“芯”全接觸 高通驍龍820技術(shù)探究寶典

新亮點——先進(jìn)的Wi-Fi技術(shù)與LTE/Wi-Fi融合

驍龍X12 LTE調(diào)制解調(diào)器的新特性

　　驍龍820采用了驍龍X12 LTE調(diào)制解調(diào)器，下行/上行鏈路分別支持載波聚合Cat.12/Cat.13，在4G LTE傳輸速度上實現(xiàn)了最高達(dá)到600Mbps的下行速度和最高達(dá)150Mbps的上行速度，除此以外，這顆調(diào)制解調(diào)器在Wi-Fi方面表現(xiàn)也不容忽視。

　　驍龍820采用了兩項前沿的Wi-Fi技術(shù)，一項是802.11ad，另一項則是802.11ac MU-MIMO，主要都是為了大幅提升目前Wi-Fi傳輸速度。Wi-Fi速度提升有助于進(jìn)一步提高家中各種智能終端（手機(jī)、智能電視、平板電腦等）間的數(shù)據(jù)交換速度，尤其是高分辨率或者RAW格式的照片，或者是4K視頻。而打造家中的娛樂影音數(shù)據(jù)中心，以NAS（網(wǎng)絡(luò)附屬存儲）為核心，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，一家大小多款智能終端設(shè)備同時連接到NAS進(jìn)行上傳和下載的操作，Wi-Fi速度的提升就顯得尤其重要。因為SSD（固態(tài)硬盤）的逐步普及，當(dāng)NAS的存儲介質(zhì)由HDD（機(jī)械硬盤）換成了SSD，并組建成RAID陣列之后，NAS端速度瓶頸就會減緩，速度瓶頸壓力就會落在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上。所以提升Wi-Fi傳輸速度迫在眉睫，勢在必行。

　　要介紹驍龍820中的兩項Wi-Fi技術(shù)，我們必須先了解Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的演變過程。IEEE 802.11是由電氣和電子工程師協(xié)會制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.11并不是單一協(xié)議，而是一個協(xié)議簇，包括了很多協(xié)議。本文所提及的一些協(xié)議如下圖所示：

IEEE 802.11協(xié)議簇（部分）

　　根據(jù)百度百科的定義，ISM頻段是指那些開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個主要機(jī)構(gòu)使用的頻段，屬于Free License，無需授權(quán)許可，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾。目前在Wi-Fi領(lǐng)域，討論得最多的就是2.4GHz和5GHz，還有伴隨著802.11ad一起到來的，全新啟用的60GHz頻段。

　　2.4GHz頻段為各國共同的ISM頻段，因此無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee等無線網(wǎng)絡(luò)，均可工作在2.4GHz頻段上。由于2.4GHz頻段公開使用的時間最長，在這個頻段工作的產(chǎn)品技術(shù)也最為成熟，同時因為2.4GHz相比其它常用的ISM頻段發(fā)射功率更低，耗電也更低，所以市面上有大量電子設(shè)備共同搶占2.4GHz頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，例如智能手機(jī)、平板電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙鍵盤、藍(lán)牙鼠標(biāo)、路由器等，更為可怕的是，大功率的電器微波爐也是工作在2.4GHz頻段上的，這也是為什么生活中經(jīng)常發(fā)生同一Wi-Fi環(huán)境中的設(shè)備互相搶奪數(shù)據(jù)通道進(jìn)行傳輸?shù)脑?，也是為什么微波爐開啟的時候，附近工作在2.4GHz的電子設(shè)備或多或少受到其干擾的原因。

　　從上圖可以看出，伴隨著協(xié)議不斷迭代，無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也不斷提升。另一方面，5GHz頻段在近年來逐步被無線協(xié)議提升到重要的地位，主要還是因為2.4GHz頻段的帶寬資源被搶占得差不多，同理，在12年底公布的IEEE 802.11ad協(xié)議中，更是首次提出把60GHz這個相對高頻的頻段也拿來使用，可見無線網(wǎng)絡(luò)帶寬資源是多么地?fù)屖?。新協(xié)議除了支持新加入的頻段，對舊協(xié)議的舊頻段也會進(jìn)行兼容，正如USB 3.0協(xié)議兼容USB 2.0及以前的版本。

　　驍龍820處理器支持的802.11ac和802.11ad都是最新的協(xié)議，傳輸速度也較高，究竟有什么“黑科技”讓這兩項協(xié)議能夠達(dá)到如此高的傳輸速度呢？當(dāng)然，選擇了5GHz和60GHz更高發(fā)射頻率來傳輸數(shù)據(jù)，來避開“塞車”嚴(yán)重的2.4GHz是其中一項“黑科技”。

　　要搞清楚Qualcomm的黑科技，我們先來探究一下，究竟有哪些因素能夠增加Wi-Fi傳輸速度。請看下圖：

決定傳輸速度的四要素

　　Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸速度簡單來說取決于四個方面：帶寬、協(xié)議、MIMO空間流、工作頻段。為了方便各位讀者理解，小編打個比方，將上述四項指標(biāo)比喻為“決定汽車行駛在公路上的速度”的四個因素。我們逐個因素來看一下。

　　工作頻段，也就是不同的高速公路。這也是為什么Qualcomm需要選擇更高的發(fā)射功率傳輸無線信號的主要原因。與其大家都擠在同一條高速公路上比拼車技，不如抽身離開，選擇在另一條高速公路上暢游神州大地。當(dāng)然，科學(xué)家也不是傻子，采用這種方式很明顯是有副作用，不然也不會在近幾年才開始啟用5GHz和60GHz兩個新頻段。這一點下文會提到并解釋原因。

頻段（不同高速公路）

　　帶寬，也就是每一條高速公路（信道）的寬度，和一般的高速公路只有兩條寬度相等的往返車道（信道）不同，無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬，以2.4GHz頻段為例，擁有13條大小不一的信道，每條信道的寬度是不相同的，數(shù)據(jù)在更寬的信道上傳輸，能夠獲得更高的帶寬。

帶寬（道路寬度）

　　MIMO空間流，等同于單向行駛的公路（信道）上擁有多少條車道，注意，這個參數(shù)只有在頻段比較空閑、帶寬比較大的情況下才有意義，如果本身就處于一條經(jīng)常塞車而且狹窄的高速公路上，還劃分那么多條車道干什么？正因為這個原因，MIMO空間流概念直到802.11n開始才被引入到協(xié)議中。下文會詳細(xì)介紹MIMO的定義。

MIMO空間流（多車道）

　　協(xié)議，可以粗略地看作是汽車，只有把上述幾項指標(biāo)都做得不錯，然后才能夠從根本上發(fā)揮出協(xié)議本身最大潛力，也就是汽車的最高速度。所以說，協(xié)議（汽車）是整個數(shù)據(jù)傳輸過程中最重要的一環(huán)，他和前面的幾項參數(shù)掛靠在一起，同時也是最終傳輸速度的集中表現(xiàn)。

協(xié)議（汽車）

　　接下來，我們對比一下802.11n、802.11ac、802.11ad三種版本的傳輸協(xié)議之間的區(qū)別。

三種版本的傳輸協(xié)議之間的區(qū)別

　　和讀者普及了影響傳輸速度的四項重要指標(biāo)之后，從今開始提及傳輸速度的時候不能夠再單純地說該協(xié)議的最大傳輸速度為300Mbps，而是需要在該協(xié)議的前面加上MIMO通道數(shù)、工作頻段和帶寬三項參數(shù)來限定，如上圖所示，IEEE 802.11n得到的最大300Mbps傳輸速度，其實是在2.4GHz頻段，帶寬為40MHz，MIMO空間流為2的時候測量到的。當(dāng)然，實際傳輸速度會有所下降，這也是無線網(wǎng)絡(luò)相比有線網(wǎng)絡(luò)不同的地方，不過該部分內(nèi)容超出了本文范疇，暫不延展開去。

不同帶寬、不同MIMO通道數(shù)、不同協(xié)議之間傳輸速度是不同的

　　Qualcomm這次在驍龍820引入的兩項傳輸協(xié)議作用可是不相同的，802.11ac主要用于“中短距離無線通信”，用于優(yōu)化普通的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸效果，接替昔日的802.11n，而802.11ad則是“面向家庭娛樂設(shè)備”的全新技術(shù)，主要用于短距離傳輸，將大容量的高清音頻和視頻文件通過快速的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

　　接下來我們介紹一下上文提及的自802.11n開始引入的MIMO技術(shù)，在802.11n協(xié)議版本中，我們看到的是相對基礎(chǔ)的SU-MIMO，而在802.11ac協(xié)議版本中，我們看到的是進(jìn)一步提升了帶寬利用率的MU-MIMO。

現(xiàn)場提供了原型機(jī)讓我們測試Wi-Fi傳輸速度

　　根據(jù)百度百科的資料：MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多根發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多根天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。這就解釋了市面上為什么那么多自稱“傳輸速度快到?jīng)]朋友”的路由器全部都長得像“天線寶寶”的樣子，三天線、四天線、八天線的路由器層出不窮。

　　MIMO能充分利用空間資源，通過多根天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢、被視為下一代移動通信的核心技術(shù)。通過多鏈路同時傳輸?shù)姆绞剑嵘酚善髋c客戶端設(shè)備（筆記本、手機(jī)、平板等）之間的網(wǎng)絡(luò)通訊速率。

　　SU-MIMO（單用戶多進(jìn)多出）技術(shù)，同一時間和同一頻段內(nèi)，路由器只能夠與一個客戶端設(shè)備通信。即使客戶端設(shè)備不能完全占用路由器的無線帶寬，路由器也無法將剩余帶寬分配給其它設(shè)備使用，造成白白浪費。

　　MU-MIMO（多用戶多重輸入多重輸出）技術(shù)，主要是用于提升802.11ac網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的技術(shù)。在SU-MIMO基礎(chǔ)上添加了多用戶同時通信機(jī)制，讓閑置的無線帶寬也能夠利用起來。MU-MIMO技術(shù)無須客戶端設(shè)備提供技術(shù)支持，只要路由器本身支持這項技術(shù)即可。

　　由于Qualcomm驍龍820指出采用了802.11ac的MU-MIMO技術(shù)，接下來我們通過圖片形式更好地理解這項技術(shù)。我們先通過下圖解釋一些相關(guān)的基本術(shù)語。

半雙工工作模式

　　AP可以簡單理解為無線接入點、熱點，也就是路由器或者手機(jī)共享出來的流量卡。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸需要有接收端和發(fā)送端，接收端假設(shè)為筆記本電腦，發(fā)送端用AP表示，如上圖所示，AP擁有多條天線，而這些天線都是半雙工的天線，換句話說就是既能做發(fā)送信號所用，也能做接收信號所用。當(dāng)然，也存在著部分路由器的部分天線只能夠單向使用的情況。筆記本電腦內(nèi)置無線網(wǎng)卡，隨著近年來的設(shè)備更新，也開始出現(xiàn)多條天線的情況，同樣地，這些天線類似AP那些天線，采用半雙工的工作模式。

　　我們來解釋一下半雙工。如果只能夠單向傳輸?shù)男诺?，我們稱為單工，雙向都能夠傳輸?shù)男诺溃覀兎Q為雙工。雙工又分為全雙工和半雙工兩種模式，前者和后者最主要的區(qū)別在于，半雙工只能夠在同一時間，出現(xiàn)兩個設(shè)備之間要么就是A發(fā)送給B，要么就是B發(fā)送給A的情況，并不能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工那種A和B之間同一時間既是接收端又是發(fā)送端。這主要和無線網(wǎng)絡(luò)的容錯機(jī)制等特性相關(guān)，注定了不能夠像有線網(wǎng)絡(luò)那樣采用全雙工的工作模式。當(dāng)然，不同時間，信道就能夠雙向復(fù)用。注意，天線的多少和信道的數(shù)量并不是一對一的關(guān)系，不要看到路由器上有四根天線，就以為AP和筆記本之間存在著4條信道。

　　接下來我們引入更復(fù)雜的情況，在無線網(wǎng)絡(luò)中存在著兩個客戶端設(shè)備（筆記本電腦和智能手機(jī)），同時和AP（路由器）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如下圖所示：

進(jìn)一步解釋MU-MIMO

　　最上面的兩幅圖直觀地描述了SU-MIMO和MU-MIMO的主要區(qū)別，如果看不明白請跟隨著小編的腳步看看后面的5幅小圖。

　　(a)這是只有一個客戶端和AP進(jìn)行通訊的情況，這個時候，智能手機(jī)和AP之間沒有數(shù)據(jù)傳輸

　　(b)在(a)的基礎(chǔ)上，智能手機(jī)開始和AP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，AP是能夠同時處理兩個客戶端發(fā)出的請求的，前面兩幅圖傳輸效率比較低，主要是因為同一時間，只有一條信道在工作，這在802.11n協(xié)議誕生之前比較常見

　　(c)在802.11n誕生后，引入了MIMO的新技術(shù)，同一時間，能夠通過多條信道同時傳輸客戶端和AP之間的數(shù)據(jù)，這就好比雙核和四核處理器對系統(tǒng)性能帶來的提升一樣，Wi-Fi領(lǐng)域也引入了多任務(wù)并行的概念。

　　(d)而Qualcomm在驍龍820中使用的802.11ac MU-MIMO技術(shù)，則更進(jìn)一步，能夠靈活調(diào)動多個客戶端的信道，將低負(fù)載的客戶端閑置信道調(diào)動給高負(fù)載的客戶端，減少信道資源的浪費，也提高了高負(fù)載客戶端的數(shù)據(jù)傳輸效率。如圖所示，AP將連接到筆記本電腦一端的閑置信道調(diào)配到連接在智能手機(jī)的一端，提高智能手機(jī)那端的執(zhí)行效率同時，也避免了筆記本電腦那端的信道閑置。

　　(e)這就是如果沒有MU-MIMO技術(shù)，筆記本電腦和智能手機(jī)的信道都得不到最佳的資源分配，筆記本電腦和AP之間存在部分空閑信道，智能手機(jī)和AP之間只有一條信道能夠利用，工作效率大打折扣。

MU-MIMO和802.11ad兩項法寶

　　除了802.11ac的MU-MIMO，Qualcomm驍龍820中還存在著另一項殺手锏，802.11ad。

　　802.11ac主要采用5GHz的空閑頻段，兼容2.4GHz的頻段。而802.11ad繼續(xù)采用類似的思路，開辟了全新的60GHz的空閑頻段，避免和使用2.4GHz或者5GHz頻段的大量電子設(shè)備競爭帶寬。主要用于實現(xiàn)家庭內(nèi)部無線高清音視頻信號的傳輸。Qualcomm宣傳802.11ad支持多千兆比特連接，完美適用于4K視頻串流、點對點大型文件共享、媒體查詢終端使用，無線擴(kuò)展基座以及硬盤備份等應(yīng)用。

MU-MIMO和802.11ad兩項技術(shù)的傳輸速度提升明顯

　　這里和大家普及一下無線電知識，2.4GHz、5GHz、60GHz三個頻段的穿墻能力和最遠(yuǎn)傳輸距離是遞減的，這也是前文為什么說IEEE協(xié)會等到近幾年才啟用這些高頻段的原因，換句話說，如果是為了增加信號穿墻的效果而購買路由器，5GHz的那些路由器未必比2.4GHz的路由器更值得買。主要是因為隨著頻率越高，載波的繞射（衍射）能力越低，在空氣中衰減也越快，所以這幾年新上市5GHz的路由器經(jīng)常被吐槽說穿墻能力還不如以前的2.4GHz路由器，這是正常的，同理，未來如果有60GHz路由器上市，穿墻效果肯定更差。問題來了，既然穿墻效果差了和信號衰減厲害了，為什么還要力推5GHz和60GHz兩個新頻段呢？主要還是因為電子設(shè)備“打架”的老問題，2.4GHz頻段已經(jīng)有太多的電子設(shè)備在搶奪Wi-Fi資源，業(yè)界必須把部分電子設(shè)備引流到其它頻段，5GHz和60GHz就是在這種背景下誕生的。雖然穿墻能力差，信號衰減快，但是近距離傳輸優(yōu)勢明顯，能夠提供更快的傳輸速度，同時也能夠避開2.4GHz頻段設(shè)備間“塞車”問題。這也是60GHz頻段被下一代802.11ad無線標(biāo)準(zhǔn)看中的原因。

LTE-U技術(shù)

　　LTE-U命名和LTE-A很類似，其實大不相同。LTE-A全稱是Long Term Evolution-Advanced，俗稱4G網(wǎng)絡(luò)，通過載波聚合、上下行多天線增強(qiáng)、多點協(xié)作傳輸、中繼等關(guān)鍵技術(shù)，大大提高無線通信系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率等指標(biāo)。而LTE-U則是跨界的產(chǎn)品，不再局限于蜂窩數(shù)據(jù)領(lǐng)域，而是和Wi-Fi聚合在一起。LTE-U（LTE-unlicensed）則是由Qualcomm牽頭的一項全新技術(shù)，簡單來說就是在Wi-Fi頻段上部署LTE，將網(wǎng)絡(luò)運營商沒有利用起來的閑置頻段全部集合在一起，統(tǒng)一調(diào)配，大大提高帶寬利用率。這一點也讓我國三大運營商頗感興趣，Qualcomm在未來也將公布這項技術(shù)的更多細(xì)節(jié)和具體實現(xiàn)方式。

　　除此以外，驍龍820所采用的全新Wi-Fi技術(shù)還能夠降低Wi-Fi熱點的功耗，對于經(jīng)常喜歡share上網(wǎng)卡流量給別人用的“活雷鋒”，再也不用擔(dān)心電量會比流量先耗光的情況出現(xiàn)了。

　　眾所周知，早在三星S5上就已經(jīng)出現(xiàn)過LTE/Wi-Fi協(xié)同工作的例子，當(dāng)時所搭載的處理器為驍龍801，支持一項名為“下載加速器”的功能。一直以來，我們只能夠在蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（僅限4G網(wǎng)絡(luò)）和WLAN網(wǎng)絡(luò)之中二選一，為我們提供下載。為什么我們那么喜歡BT下載支持多任務(wù)功能，不僅支持多個任務(wù)同時下載，而且還支持亂序下載，主要還是因為這種下載方式十分人性化，告別了以前單任務(wù)單線程的下載方式，試想一下，如果只有單任務(wù)，我們必須等以GB為單位計算的愛情片A完全下載完畢之后，才能夠開始下載動作片B，世事往往不是一帆風(fēng)順的，當(dāng)你愿意耗費2個小時去等待下載這部愛情片，可能因為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差、其它人下載完之后停止造種、甚至資源被重定向和轉(zhuǎn)移，最終讓我們要花更多時間去等待下載。

　　支持多任務(wù)同時進(jìn)行的BT下載出現(xiàn)之后，我們能夠同時將愛情片A、動作片B、懸疑片C等影片同時添加到下載列表，而且BT下載特性允許亂序執(zhí)行，當(dāng)A資源下載速度變得緩慢，BT下載管理算法就會將帶寬多撥給B資源，因為此時B資源擁有更多的人流在下載，根據(jù)BT下載特性，越多人下載資源加速下載效果越明顯，所以將帶寬資源重新合理地分配。

三星S5上出現(xiàn)的“下載推進(jìn)器”

　　類似地，三星S5上的“下載管理器”功能也類似，允許4G網(wǎng)絡(luò)為WLAN加速，舉個不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦樱?dāng)你使用WLAN下載某個文件上半部分的時候，4G網(wǎng)絡(luò)可能正在幫你將該文件下半部分一并下載，分段同步下載節(jié)省下載時間。

　　而驍龍820上提出了另一個LTE/Wi-Fi協(xié)同工作的例子，“高通驍龍X12 LTE調(diào)制解調(diào)器”能夠在LTE和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)之間智能選擇下載方式，為用戶帶來無縫切換的下載體驗。如今很多大媽和大叔都很懂得在公共場所利用360無線Wi-Fi，榮耀WLAN（與運營商合作），小米Wi-Fi（與邁外迪合作）等免費資源，但是他們往往忽略了信息安全問題，即使沒有釣魚服務(wù)器和黑客入侵，連上了一臺需要密碼的服務(wù)器，或者連上了一臺比4G網(wǎng)絡(luò)還要慢的服務(wù)器，不如直接連蜂窩數(shù)據(jù)算了，免得得不償失。以前我們的基帶芯片很不智能，需要我們手動選擇什么時候開啟蜂窩數(shù)據(jù)，什么時候開啟WLAN網(wǎng)絡(luò)。驍龍820上的“高通驍龍X12 LTE調(diào)制解調(diào)器”能夠幫我們更好地判斷什么時候該連4G網(wǎng)絡(luò)，什么時候該連WLAN網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)大媽和大叔的手機(jī)和平板接入公共場合時候，這顆全新的基帶就會開始判斷究竟附近的WLAN網(wǎng)絡(luò)是否真的可用？如果不可用，或者需要輸入密碼，或者不安全，或者網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，或者網(wǎng)速很慢，系統(tǒng)會自動切換到綜合條件更好的WLAN網(wǎng)絡(luò)，或者直接開啟蜂窩數(shù)據(jù)，整個過程用戶無須考慮應(yīng)該選擇哪種網(wǎng)絡(luò)或者哪個服務(wù)器進(jìn)行連接。

　　綜上所述，國內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)資費開始下降之后，更多的LTE/Wi-Fi協(xié)同工作的功能也會出現(xiàn)，而消費者只需要關(guān)心用戶體驗好不好，能夠瀏覽和下載到自己需要的網(wǎng)絡(luò)信息即可，至于用哪些方式實現(xiàn)，Qualcomm已經(jīng)為消費者想好了。

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