很顯然，無線局域網(wǎng)絡(luò)正在不斷改變我們的生活。802.11n之后，傳輸速率達(dá)到Gb/s級別的802.11ac也逐漸成形。802.11ac還有很多伙伴，比如面向短距超高速的802.11ad，面向長距離傳輸?shù)?02.11ah和802.11af等等。下一代無線局域網(wǎng)絡(luò)擁有哪些先進(jìn)技術(shù)？它能夠應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)嗎？

我們的世界正被無線技術(shù)所改變。無線電的發(fā)現(xiàn)要追溯到19世紀(jì)中期，天才的麥克斯韋在19世紀(jì)60年代建立了完整的電磁場理論，特斯拉和馬可尼則分別在19世紀(jì)末期研究了用無線電波來傳輸信號的方式，20世紀(jì)初，無線電廣播開始運(yùn)營。此后，電臺、無線對講機(jī)、無線電話、手機(jī)等利用無線電波傳輸信號的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，軍方也開始使用加密的無線數(shù)據(jù)鏈，但無線局域網(wǎng)的出現(xiàn)則要一直等到20世紀(jì)末。1997年，最原始的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)問世，它的理論傳輸速率僅有2Mb/s，

工作在2.4GHz頻段，而且并未大規(guī)模實(shí)用化。1999年，兩個物理層補(bǔ)充協(xié)議——802.11b和802.11a分別出現(xiàn)，前者也工作在2.4GHz頻段，理論傳輸速率為11Mb/s；后者則工作在5GHz頻段，理論傳輸速率可以達(dá)到54Mb/s。由于后者的開發(fā)困難較大，802.11b成為第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并在21世紀(jì)初開始流行。2003年，物理層補(bǔ)充協(xié)議802.11g出現(xiàn)了，它也工作在2.4GHz，理論傳輸速率達(dá)到了54Mb/s，通過多天線收發(fā)技術(shù)（MIMO），還可以使傳輸速率倍增，信號覆蓋范圍也獲得了較大提高。此后，業(yè)界圍繞著下一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)展開了激烈的爭奪，并逐漸形成兩大陣營，幸好它們及時(shí)達(dá)成了妥協(xié)，在2008年推出了802.11n drift（草案）。802.11n傳輸速率可達(dá)300Mb/s，信號覆蓋范圍達(dá)到百米級別，是目前我們應(yīng)用的最快的無線局域網(wǎng)絡(luò)。目前，600Mb/s規(guī)格的802.11n標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)出爐。

時(shí)至今日，無線局域網(wǎng)已經(jīng)幾乎在全球范圍內(nèi)普及。與無線局域網(wǎng)（LAN）普及的同時(shí)，以藍(lán)牙技術(shù)為代表的無線個人網(wǎng)絡(luò)（PAN）、以WiMAX和3G通訊技術(shù)為代表的無線廣域網(wǎng)絡(luò)（WAN）和以2.4GHz通信技術(shù)為代表的無線外設(shè)也迎來了發(fā)展的熱潮。無線個人網(wǎng)絡(luò)的通信距離在10m之內(nèi)，速度也較慢，但能耗和成本都很低，適用于移動裝置。更高速的無線個人網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如UWB和無線USB的發(fā)展則遇到重重困難。WiMAX的信號范圍可達(dá)千米級別，速度適中，但能耗和成本較高。3G通訊技術(shù)以WCDMA為代表，由電信公司運(yùn)營，速度尚可，使用方便，但要收取一定的費(fèi)用。目前，4G（LTE）網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)開始在部分國家和地區(qū)投入運(yùn)營。

無線技術(shù)為我們的生活帶來了極大的便利：用戶可以隨時(shí)隨地登錄互聯(lián)網(wǎng)，上傳或下載內(nèi)容，訂購或發(fā)售商品；只需簡單的操作，便可以完成多臺設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)卡、鍵盤、鼠標(biāo)，甚至電源線，都不用再拖著一根長長的尾巴……盡管無線網(wǎng)絡(luò)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但這并非意味著它已經(jīng)趨于完美。無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和質(zhì)量依然比不上有線網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍和使用方便程度上仍需進(jìn)一步改善。此外，多樣的無線技術(shù)也需要同樣多的無線芯片來實(shí)現(xiàn)，鏈路建立需要的時(shí)間和使用的方便程度也不盡如人意。下一代無線網(wǎng)絡(luò)向什么方向發(fā)展？業(yè)界之中看法各不相同。很多人認(rèn)為，速度依然是下一代無線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容，由于高清等海量內(nèi)容的傳輸需求，Gb/s級別將成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)志；也有很多人認(rèn)為，速度并非下一代無線網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，使用的方便性和可靠性才是大問題。未來家用電器、交通工具、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備都將成為無線網(wǎng)絡(luò)中的一員，將各個設(shè)備方便和安全地連接是一個巨大的挑戰(zhàn)。那么，下一代無線網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展？本文將為您揭開謎底。

針對不同的應(yīng)用層面，上至IEEE各類相關(guān)小組，下至各大廠商都紛紛積極行動起來，認(rèn)真思考無線局域網(wǎng)絡(luò)還可以做些什么，并針對這些應(yīng)用設(shè)計(jì)相關(guān)的產(chǎn)品或制訂相應(yīng)的規(guī)范。以著名的無線芯片生產(chǎn)商博通（Broadcom）公司為例，目前該公司生產(chǎn)近30種無線局域網(wǎng)收發(fā)芯片，應(yīng)用范圍則涵蓋智能手機(jī)、路由器、個人電腦、電視等產(chǎn)品。而僅僅在5~6年前，它旗下的無線局域網(wǎng)芯片只有4~5種，只供路由器和個人電腦使用。東芝公司則針對數(shù)碼市場最新開發(fā)了帶有802.11n功能的SDHC存儲卡FlashAir，讓那些沒有無線局域網(wǎng)的數(shù)碼設(shè)備也能夠接入Wi-Fi，該產(chǎn)品將于2012年2月投放市場。村田制作所開發(fā)的無線局域網(wǎng)模塊則主要針對傳感器應(yīng)用，例如用于體溫計(jì)或皮膚濕度計(jì)。此外，針對手機(jī)和數(shù)碼設(shè)備之間直接傳遞數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)“Wi-Fi Direct”也在緊鑼密鼓地制訂中……

面對新應(yīng)用的廣大市場，不僅僅是無線局域網(wǎng)，IEEE旗下歸屬于無線個人網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)乃至非IEEE規(guī)范的各類無線技術(shù)也紛紛出馬，迫不及待地想要分一杯羹。但與其他無線技術(shù)相比，無線局域網(wǎng)有著先天的優(yōu)勢。首先，無線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展時(shí)間最久，用戶眾多并牢牢把持著電腦平臺；其次，無線局域網(wǎng)各代標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展有序，兼容性好，還不存在“窩里斗”的現(xiàn)象；再次，無線局域網(wǎng)成本低廉，在傳輸距離、傳輸速度和可接入設(shè)備等方面都能令用戶滿意。因此無線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為各類新興無線互聯(lián)應(yīng)用的首選，并為業(yè)界一致看好。

新一代Wi-Fi盟主

802.11ac是802.11n之后的下一代無線局域網(wǎng)技術(shù)，它的理論傳輸速率可以達(dá)到1Gb/s以上的級別，易用性和安全性也有較大改進(jìn)。同時(shí)，它還能夠兼容此前的802.11a/b/g/n以及同時(shí)代的數(shù)種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。802.11ac可以被看作是無線局域網(wǎng)技術(shù)達(dá)到完全成熟的標(biāo)志。

802.11ac的發(fā)展歷程

802.11n 300Mb/s的速度曾經(jīng)令我們感到相當(dāng)振奮，但I(xiàn)EEE似乎依然不會滿足。在802.11n尚未定案的2008年，802.11ac的開發(fā)就已經(jīng)提上了日程，當(dāng)時(shí)的名稱是“Very High Thoughput”（VHT，甚高吞吐量），目標(biāo)是1Gb/s的傳輸速率應(yīng)用。到了2008年下半年，甚高吞吐量技術(shù)又被進(jìn)一步細(xì)分為802.11ac和802.11ad。2010年11月，802.11ac的基本框架被確定。2011年1月20日，IEEE推出了Draft 0.1版本的草案，根據(jù)官方的日程表，2011年11月，802.11ac的草案1.0版本制訂完成，這一目標(biāo)目前有所延誤，但基本框架已經(jīng)成型。接下來，2012年12月，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將會最終完成，并在一年后完成認(rèn)證。從2014年開始，802.11ac網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將大量上市，并開始取代802.11n，而到2015年，全球?qū)⒂?億臺802.11ac設(shè)備。

802.11ac的先進(jìn)技術(shù)

（1）通道帶寬的擴(kuò)充

802.11ac主要基于802.11a和802.11n開發(fā)，它與802.11a一樣，也使用5GHz頻段。為了達(dá)到更高的傳輸率，802.11ac每個信道的標(biāo)準(zhǔn)頻帶寬度將由20MHz增加到80MHz（802.11n則是40MHz），通過合并信道，802.11ac還可以升級到160MHz頻帶寬度。

與802.11n一樣，802.11ac也引入了正交頻分多工（OFDM）技術(shù)，但在一次解調(diào)方式的多值化程度方面做出了改進(jìn)。802.11n最多僅支持64個正交幅度調(diào)制（QAMs），而802.11ac則支持256個QAMs，這一改進(jìn)可使802.11ac的傳輸速率提高1.3倍。

與802.11n相比，802.11ac的多天線發(fā)射/接收（MIMO）技術(shù)也得到了加強(qiáng)。802.11n最多支持4天線復(fù)用，而802.11ac則一舉達(dá)到了靈活的8天線復(fù)用，理論傳輸速率也可達(dá)到兩倍。通過這三項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，802.11ac的總通道帶寬可以達(dá)到802.11n（300Mb/s）的數(shù)倍乃至數(shù)十倍。

（2）增強(qiáng)的天線技術(shù)

從802.11g和802.11n時(shí)代開始，天線技術(shù)已經(jīng)成為無線局域網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。MIMO技術(shù)的出現(xiàn)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和傳輸速度得以同時(shí)提升。802.11ac的MIMO技術(shù)則比上一代更加先進(jìn)，它被稱為“多用戶MIMO”（MU-MIMO）。MU-MIMO技術(shù)允許無線接入點(diǎn)（如路由器）等設(shè)備的天線控制發(fā)射波束成形，使用同一頻道發(fā)射因終端而異的數(shù)據(jù)，并同時(shí)進(jìn)行連接。而此前直到802.11n，Wi-Fi只支持MIMO同時(shí)與單一設(shè)備進(jìn)行連接的單用戶MIMO模式。MU-MIMO的實(shí)現(xiàn)意味著天線技術(shù)的突破性進(jìn)展。其最大優(yōu)勢是即使基站與多臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)的傳輸速率也不會受到影響。天線的傳輸波束成形等復(fù)雜的處理則交由基站的芯片進(jìn)行，盡量減輕終端的負(fù)擔(dān)。不過，控制空間分割的基帶處理技術(shù)相對較為復(fù)雜，因此第一代802.11ac處理芯片可能不會采用MU-MIMO，而僅僅采用增大頻寬的方式來提高傳輸速度。

802.11ac的主要規(guī)格

根據(jù)IEEE官方數(shù)據(jù)，在256個正交幅度調(diào)制下，單天線接入點(diǎn)（基站）和單天線終端之間以80MHz的信道頻寬連接時(shí)，可達(dá)到的理論傳輸速率是433Mb/s。當(dāng)頻寬增加到160MHz時(shí)，傳輸速率將會倍增為867MB/s。但這并不足以令802.11ac達(dá)到1Gb/s的極速，還需要MIMO技術(shù)的幫助。在80MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻寬下，2×2 MIMO（雙天線接入點(diǎn)和雙天線終端）的速度也可以達(dá)到867Mb/s，在160MHz頻寬下則能夠?qū)崿F(xiàn)1.73Gb/s的理論傳輸速率。當(dāng)然，802.11ac還規(guī)定了更強(qiáng)大的規(guī)格，此時(shí)可以使用8天線的接入點(diǎn)，與多個單/雙/四天線終端通信，每個用戶視配置不同可以達(dá)到1.73Gb/s乃至3.47Gb/s的理論傳輸速度，總?cè)萘扛梢赃_(dá)到6.93Gb/s。不過，這僅僅是理論上的數(shù)據(jù)，和它的Wi-Fi前輩一樣，實(shí)際傳輸速率大約為理論值的30%左右，這一速度也已經(jīng)相當(dāng)驚人。

增強(qiáng)的吞吐量和靈活的規(guī)格使得802.11ac的應(yīng)用范圍更進(jìn)一步擴(kuò)大。對于那些對能量消耗敏感的設(shè)備，比如手機(jī)和平板電腦，可以使用單天線無線網(wǎng)卡，這樣可以在80MHz/160MHz信道頻寬下達(dá)到433Mb/s和867Mb/s的理論傳輸速率。對于需要較大數(shù)據(jù)吞吐量的個人電腦，通過雙天線網(wǎng)卡/路由可以擁有最高1.73Gb/s的理論傳輸速率。

802.11ac初試啼聲

盡管要到2013~2014年802.11ac才能夠真正實(shí)用化，但在基本框架已經(jīng)確定的大前提下，各大廠商已經(jīng)緊鑼密鼓地展開802.11ac芯片的開發(fā)工作。2011年7月，博通公司首先表示，在2012年下半年將完成第一代802.11ac芯片的開發(fā)工作并爭取2013年上市。高通創(chuàng)銳訊（高通收購Atheros公司后的名稱）表示將會開發(fā)使用80MHz頻寬，支持3路空間復(fù)用MIMO和256值QAMs的802.11ac芯片。日本的NTT公司則在2011年7月的WTP 2011展會上演示了基于802.11ac、令接入點(diǎn)與3個用戶終端之間以120Mb/s的實(shí)際傳輸速度進(jìn)行分別通信的技術(shù)。發(fā)送端使用了6根天線，并由FPGA處理器構(gòu)筑的MU-MIMO處理電路進(jìn)行空間分割運(yùn)算處理；接收端則使用了3根天線。最為激動人心的是，Quantenna公司于2011年11月15日發(fā)布了全球第一個802.11ac芯片組——QAC2300，并給出了路由器參考設(shè)計(jì)。QAC2300可使用4×4 MIMO天線，支持最大2Gb/s的傳輸速度。

超高速傳輸專用

802.11ad是除了802.11ac之外備受業(yè)界關(guān)注的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它的特點(diǎn)是傳輸速度高，適合大量數(shù)據(jù)短距離傳輸應(yīng)用，它甚至有侵入無線個人網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的可能。

802.11ad的發(fā)展

802.11ad與802.11ac出自同一個開發(fā)項(xiàng)目VHT，自從2008年它們分道揚(yáng)鑣以來，802.11ad走上了超高速無線傳輸專用的道路。此后的802.11ad與802.11a已經(jīng)沒有多少關(guān)系，而是基于IEEE 802.15.3c標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，成為毫米波通訊技術(shù)家族的一員。2009年，IEEE相關(guān)專業(yè)委員會確定了802.11ad的基本發(fā)展框架，并在2010年上半年開始征集技術(shù)提案。幾乎與此同時(shí)，2009年年底，以英特爾和Atheros等公司為首成立的無線G比特聯(lián)盟（WiGig）制訂了第一個基于60GHz波段的標(biāo)準(zhǔn)，它的最大傳輸速率可達(dá)5Gb/s~7Gb/s，并在MAC層面與現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容。2010年5月10日，WiGig和IEEE宣布將就60GHz毫米波無線傳輸進(jìn)行合作，以確保802.11ad和WiGig規(guī)范的兼容性，WiGig規(guī)范也就此成為了802.11ad標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。2010年9月，IEEE完成了802.11ad草案1.0版本的制訂。根據(jù)官方的日程表，802.11ad也將在2012年下半年開始進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證，2013年完成正式標(biāo)準(zhǔn)制訂工作。目前看來，802.11ad的進(jìn)度略快于802.11ac。

802.11ad的技術(shù)規(guī)格

（1）頻段和基本特征

802.11ad使用的是60GHz頻段，這是FCC批準(zhǔn)的用于超高速通訊的新頻段，全世界大多數(shù)國家，包括美國在內(nèi)，這一頻段尚未被占用。由于頻率較高，因此802.11ad能夠允許使用60GHz附近的5Gb/s~7Gb/s頻段范圍，并以單個頻道2.16GHz的寬度進(jìn)行通訊。這一頻寬是802.11b/g的100倍以上，亦是802.11n的50倍。較寬的頻道范圍是802.11ad能夠以超高速（目標(biāo)大約7Gb/s）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕颈Ｕ稀?/p>

更為可貴的是，802.11ad在架構(gòu)方面考慮了能夠與現(xiàn)有的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)兼容的可能性，這使得未來開發(fā)的通訊芯片可以支持2.4Ghz、5GHz和60GHz的3頻通訊。同時(shí)，802.11ad定義的協(xié)議適配層能夠允許Wi-Fi和HDMI、DisplayPort、PCI-E、USB等“有線”標(biāo)準(zhǔn)界面在802.11ad芯片的MAC層和物理層直接執(zhí)行，這也為個人電腦平臺高速接口的無線化提供了不錯的平臺。在MAC層面，802.11的配置也非常靈活并能與現(xiàn)有的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)兼容。802.11ad定義的傳輸模式既包括點(diǎn)對點(diǎn)的高速傳輸，也包括像Wi-Fi一樣的AP模式，在不同的頻帶間還可進(jìn)行快速的會話轉(zhuǎn)移，在沒有60GHz的802.11ad網(wǎng)絡(luò)時(shí)，也可用標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（2）調(diào)變、編碼方式與波束

為了適應(yīng)不同設(shè)備的需求，802.11ad規(guī)定了兩種不同的波束調(diào)變方式，一種是OFDM方式，在此方式下具有較大的延遲擴(kuò)展，對障礙物的穿透/繞行能力較強(qiáng)，傳輸距離較長（可達(dá)10m以上），傳輸速度最高達(dá)到7Gb/s，可用于平板電視、臺式機(jī)等固定設(shè)備；另一種則是單載波方式，在此方式下功耗較低，但應(yīng)對障礙物的能力較弱，傳輸距離也短，傳輸速度最高“僅能”達(dá)到4.6Gb/s，可以應(yīng)用于對能耗敏感的設(shè)備如筆記本電腦、手機(jī)和平板電腦。這兩種調(diào)變方式可以共用前序和通道編碼等內(nèi)容，以降低芯片設(shè)計(jì)的難度。

802.11ad標(biāo)準(zhǔn)中采用了高增益、低復(fù)雜度和低處理延時(shí)的低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC），以對應(yīng)高速傳輸?shù)男枨?。此外它還引入了旋轉(zhuǎn)調(diào)制、差分調(diào)制、擴(kuò)展 QPSK 等改進(jìn)的調(diào)制技術(shù)。針對無線視頻、快速文件傳輸?shù)葢?yīng)用場景和60GHz 無線通信技術(shù)特點(diǎn)，802.11ad標(biāo)準(zhǔn)還引入了新的組網(wǎng)方式——個人基本服務(wù)集（PBSS）。

由于波的頻率越高，粒子性越強(qiáng)，在空氣中傳輸?shù)膿p失也就越大，因此802.11ad采用了適應(yīng)性波束成形技術(shù)，也就是用載波定向傳播的技術(shù)來克服這一問題。這種技術(shù)采用了特殊設(shè)計(jì)的定向性天線，在兩個設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸時(shí)，可以將兩個設(shè)備之間的信號集中為具有方向性的“束波”，在束波成型的過程中，兩個裝置之間首先建立通訊，然后定向性天線進(jìn)行微調(diào)，提升通訊方向的信號品質(zhì)，直到達(dá)到足夠的數(shù)據(jù)傳輸容量為止。適應(yīng)性波束成形技術(shù)的另一個好處是具備快速建立新路徑的能力，如果兩個正在通訊的設(shè)備之間突然插入障礙（比如有人走過），設(shè)備可以通過墻面反射的波束快速建立一個新的連接。

（3）電源管理和安全

802.11ad在電源管理方面也引入了不少特色技術(shù)，值得一提的是先進(jìn)的排程存儲模式。當(dāng)兩個設(shè)備之間通過方向性的束波進(jìn)行定點(diǎn)通訊時(shí)，可以設(shè)定它們之間的通訊時(shí)間，在其他時(shí)間兩個設(shè)備則進(jìn)入休眠或省電模式，這樣就可以更加精確地規(guī)劃設(shè)備的電源管理。對于手機(jī)等依靠電池供電的設(shè)備，這是相當(dāng)重要的能力。

在安全方面，802.11ad也引入了Galois/Counter模式的AES加密算法，這是專門為10Gb/s以上的高速通訊所開發(fā)的加密算法，效率很高。此外，針對數(shù)字影音方面的應(yīng)用，還可以加入版權(quán)方面的內(nèi)容，比如HDCP（高清數(shù)字內(nèi)容保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)）等。

（4）802.11ad已經(jīng)登場

由于802.11ad標(biāo)準(zhǔn)草案已經(jīng)在一年前制訂，因此802.11ad芯片的開發(fā)是2011~2012年的重頭戲。2011年6月，松下宣布，已經(jīng)開發(fā)出了基于WiGig標(biāo)準(zhǔn)和802.11ad草案的小型便攜終端用無線傳輸電路技術(shù)，可用CMOS工藝制造，集成了60GHz頻帶收發(fā)和基帶處理模塊。松下方面的資料顯示，通過優(yōu)化糾錯碼解碼電路，可以削減30%左右的耗電量。在芯片組的RF收發(fā)器芯片中嵌入了相位噪聲極低的電壓控制振蕩電路，更可降低功率放大器輸出功率。Atheros（現(xiàn)在已經(jīng)是高通創(chuàng)銳訊）在Computex 2011上展示的AR9004TB芯片組是全球第一款整合802.11n和802.11ad的芯片組，傳輸速率（60GHz下）為5Gb/s。該芯片組甚至還集成了Bluetooth 4.0，以提供低能耗的數(shù)據(jù)傳輸方案，這款芯片組是Atheros與Wilocity公司合作的產(chǎn)物。Wilocity Wi6120芯片提供60GHz通訊功能，Atheros AR9462芯片提供2.4GHz/5GHz/藍(lán)牙通訊功能。聯(lián)發(fā)科等多家公司也表示，802.11ad芯片的開發(fā)“正按照計(jì)劃進(jìn)行”，目標(biāo)是制造出2.4GHz、5GHz和60GHz三頻合一的芯片。

802.11ad的定位

由于使用的載波頻率較高，因此802.11ad并不需要大尺寸和高功率的天線，利于設(shè)備的小型化和節(jié)能。從目前已經(jīng)演示的設(shè)備看，高速模式下芯片能耗在1W以下，配置于筆記本電腦級別的平臺不成問題。不過，高頻率的負(fù)面因素是傳輸距離較短，在空氣中的衰減也較為嚴(yán)重，因此802.11ad的定位是同一室內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸范圍。未來由于可以實(shí)現(xiàn)“三頻合一”，802.11ac和802.11ad將會成為相互補(bǔ)充的兩種技術(shù)，802.11ad負(fù)責(zé)高速短距離，802.11ac則負(fù)責(zé)較低速度和較大范圍的數(shù)據(jù)傳輸。

802.11ad的出現(xiàn)和實(shí)用化也可能將改變無線個人網(wǎng)絡(luò)高速傳輸需求部分多年來群龍無首的局面。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速率太低，已經(jīng)很難滿足大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨?，即使Bluetooth 4.0標(biāo)稱的23Mb/s的速度也只是聊勝于無；而UWB和Wireless USB多年來難以實(shí)用化，802.11ad可能會順理成章地填補(bǔ)這一空白。最近有傳言聲稱，英特爾準(zhǔn)備在下一代Ultrabook平臺上引入802.11ad。同時(shí)在數(shù)碼家電領(lǐng)域，802.11ad將成為無損傳輸高清信號的最重要選擇，IEEE與WiGig的合作，將使802.11ad在與其他無線高清傳輸方案如WHDI的競爭中占據(jù)壓倒性的優(yōu)勢。

獨(dú)門功夫顯身手

與前面介紹的未來“武林盟主”802.11ac和“副盟主”802.11ad相比，802.11af和802.11ah的媒體曝光度小了很多，也不以速度見長。不過它們也有自己的獨(dú)門功夫——長距離傳輸，這對Wi-Fi在儀器儀表方面和通訊欠發(fā)達(dá)地區(qū)的應(yīng)用有相當(dāng)大的意義。而802.11ai則是令移動設(shè)備快速建立無線連接的規(guī)范。

較低頻段換來長距離

由前文中提及無線電波頻率與傳播距離的關(guān)系可知，想要在不增大發(fā)射功率的情況下提高傳輸距離，可以通過降低載波頻率來實(shí)現(xiàn)。按照IEEE方面的資料，使用TV頻段時(shí)，信號的直線傳輸距離是802.11n的3倍，覆蓋面積則為9倍。不過，頻段的利用有嚴(yán)格的規(guī)定，而且隨著頻率降低，天線的尺寸和功率也會增加。802.11ah利用了1GHz以下的900MHz無線電波頻段，而802.11af則考慮利用500MHz~700MHz波段之間空白的TV訊號頻段。由于頻率降低，頻段變窄，可供利用的信道寬度也會相應(yīng)減少，因此數(shù)據(jù)傳輸量較小，這注定了兩者的應(yīng)用都是“非主流”的。

802.11ah：儀器儀表應(yīng)用前景看好

工作在900MHz左右頻段的802.11ah被設(shè)想用于傳感器領(lǐng)域的無線局域網(wǎng)連接。同樣工作在這一頻段的IEEE 802.15.4g也預(yù)計(jì)應(yīng)用在傳感器領(lǐng)域，但與遍布世界各地的無線局域網(wǎng)絡(luò)的兼容性顯然是802.11ah更佳。目前802.11ah仍然處在標(biāo)準(zhǔn)討論階段，已經(jīng)形成的輪廓是載波工作形式采用OFDM，使802.11ah與現(xiàn)有的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)相似，并引入可降低頻段的物理層和MAC層擴(kuò)展方法。在設(shè)想的場景中，802.11ah可以用于多種智能電表產(chǎn)品，LG公司更提出了采用IPv6的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。高通創(chuàng)銳訊技術(shù)副總裁Bill McFarland也表示，該公司對802.11ah用于白色家電和室內(nèi)傳感器以及儀器儀表的前景充滿期待。

802.11af：困難與機(jī)遇并存

802.11af設(shè)想工作于500MHz~ 700MHz之間的電視頻段的空白段，在無線麥克風(fēng)和微波無線電視等設(shè)備的優(yōu)先服務(wù)不存在時(shí)，可以免執(zhí)照地利用其通道。對于那些通訊欠發(fā)達(dá)地區(qū)，如山區(qū)和鄉(xiāng)村，如果能夠利用已經(jīng)廣泛布設(shè)的廣播電視網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，則可以大幅度減少無線局域網(wǎng)基站的建設(shè)數(shù)量和投資，在數(shù)據(jù)傳輸不要求配備載波偵聽功能時(shí)，手持移動終端也能適用802.11af。特別是在自然災(zāi)害來臨時(shí)，可能會導(dǎo)致大部分通訊中斷，此時(shí)利用廣播電視網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)將是可行的方案。在日本3.11地震海嘯災(zāi)害之后，災(zāi)區(qū)通訊斷絕，但移動電視系統(tǒng)依然能夠?qū)崟r(shí)提供廣播電視服務(wù)，如未來能利用廣播電視頻段進(jìn)一步建立數(shù)據(jù)傳輸通道，無疑對救災(zāi)工作有很大的幫助。正是因?yàn)榭梢岳矛F(xiàn)有的廣播電視網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，Google、微軟和三星等公司都對802.11af寄予了很大期望。

不過，不幸的是，想要利用電視頻段的規(guī)范也都必須解決該頻段附帶的各類問題。FCC對TV頻段的頻譜遮罩規(guī)定十分嚴(yán)格，需要在可利用頻段兩端設(shè)立數(shù)倍于該頻段范圍的保護(hù)頻帶，這對于本來就不大的頻寬無疑是雪上加霜。對于電池供電的設(shè)備，由于天線和功率都要相應(yīng)加大，所以耗電量將會相應(yīng)增加，在使用時(shí)間上會受到較大限制。另外，僅有包括美國在內(nèi)的部分國家規(guī)定了這一空白頻段，對于那些想要開拓全球市場的芯片企業(yè)，入市的意愿將會打一些折扣。

802.11ai：可快速多用戶接入

802.11ai是最年輕的無線局域網(wǎng)規(guī)范之一，2011年1月，該項(xiàng)目工作組剛剛正式啟動標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。802.11ai規(guī)范的目標(biāo)是將無線局域網(wǎng)設(shè)備間的安全認(rèn)證時(shí)間縮短至目前的1/10左右，提高無線局域網(wǎng)終端的易用性。該工作組是由從事無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)業(yè)務(wù)的日本ROOT公司、日本Trans New Technology公司與美國Marvell Technology公司共同提議成立的，目前已經(jīng)在受理技術(shù)提案，預(yù)期在2012年3月份左右形成標(biāo)準(zhǔn)草案。

802.11ai確定了新的MAC層協(xié)議，旨在顯著加快移動設(shè)備與Wi-Fi接入點(diǎn)或熱點(diǎn)的身份驗(yàn)證和關(guān)聯(lián)速度。此外，這一標(biāo)準(zhǔn)還允許接入多個點(diǎn)，并在移動設(shè)備進(jìn)入和離開Wi-Fi領(lǐng)域時(shí)，同時(shí)處理數(shù)百個這種鏈接。它可以用于任何當(dāng)前或未來的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)在的IEEE802.11 b/g/n和下一代802.11ac標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)802.11ai工作組主席真野浩的描述，在802.11ai的幫助下，電車或地鐵上下來的100名用戶同時(shí)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)，他們的智能手機(jī)將在1s的時(shí)間內(nèi)內(nèi)接入Wi-Fi，還具有很高的安全性，這無疑很受現(xiàn)代人士的歡迎。

應(yīng)對多重需求的下一代無線局域網(wǎng)

下一代無線局域網(wǎng)將在2013~2014年左右投入實(shí)用化，屆時(shí)它將面對一個多設(shè)備和多需求的市場環(huán)境。目前來看，IEEE 802.11ac/ad/af/ah/ai能力各有側(cè)重，又能相互配合，無疑令我們感到相當(dāng)欣慰。我們將擁有比以往功能更多、速度更快、更安全，使用更便捷的無線局域網(wǎng)嗎？CHIP今天給您一個肯定的答案。

面向多重任務(wù)的無線局域網(wǎng)

21世紀(jì)的最初10年是無線局域網(wǎng)大發(fā)展的10年。2001年，多數(shù)人還不知無線網(wǎng)絡(luò)為何物；而到了2011年，無線局域網(wǎng)幾乎已經(jīng)在全球范圍內(nèi)普及，無線局域網(wǎng)芯片的價(jià)格也下降到原來的1/50，10年間連接速度提升近百倍，易用程度和安全性更是不可同日而語。

很久以來，相關(guān)業(yè)者都在思考同樣一個問題，那就是無線局域網(wǎng)能夠做什么？無線局域網(wǎng)最初的基本功能就是連接網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，但在無線局域網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成熟的今天，無線局域網(wǎng)絡(luò)的普及性和成熟性都使之具備能夠負(fù)擔(dān)更多任務(wù)的能力。未來，我們身邊的任何一樣?xùn)|西，包括家電、自行車、體溫計(jì)、跑步機(jī)甚至內(nèi)衣褲，都可以通過無線局域網(wǎng)來接入互聯(lián)網(wǎng)，這樣的前景無疑十分美妙。

未來的數(shù)字家庭中，無線局域網(wǎng)更要擔(dān)負(fù)起連接各類設(shè)施的任務(wù)。一些白色家電廠商表示，希望電冰箱、洗衣機(jī)等設(shè)備也能夠接入無線局域網(wǎng)，針對這一應(yīng)用，速度并非決定性的因素，傳輸距離和無線模塊的成本才是廠商重點(diǎn)考慮的。但對于大屏幕平板電視和高清播放機(jī)而言，能夠以足夠的速度傳輸無損高清信號是最重要的，節(jié)能和傳輸距離并非首要的因素。智能電表和能源管理網(wǎng)關(guān)也可以接入無線局域網(wǎng)，此時(shí)需要低速、持續(xù)的數(shù)據(jù)流量傳輸，安全性、節(jié)能性和傳輸距離都應(yīng)顧及。而面向智能手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用需求時(shí)，除了兼顧速度和節(jié)電需求外，能夠以非常方便的形式接入和傳輸數(shù)據(jù)也非常重要。此外，健身器、溫度計(jì)、車載設(shè)備和家庭管理中心等設(shè)備也是無線局域網(wǎng)的潛在用戶，數(shù)據(jù)傳遞的便捷性將是這類產(chǎn)品的主要需求。