本文刊登于《微波射頻技術》雜志 2015無線射頻專刊

自1999年推出以來，Wi-Fi憑借其高速、便捷、成本低的優勢,逐步發展成為用戶和產品開發商的首選聯網方式。相對于最初只能提供11Mbps數據傳輸速度的首批Wi-Fi認證產品而言，如今，在與其他最新一代技術通信時，最先進的Wi-Fi設備可以提供高達1Gbps的數據傳輸速度。隨著下一個連接創新的大潮--“萬物互聯”（IoE）的興起，Wi-Fi的影響范圍將延伸至智慧家庭、車聯網、傳感及控制網絡等等，市場前景廣泛。

IEEE 802.11協議是當今無線局域網的通用技術標準，受到了產業界與學術界越來越多的關注。目前，Wi-Fi聯盟已經開始針對頻率在1GHz以下的數據連接，開展基于802.11ah和802.11af通信協議的認證項目，從而支持范圍更大、功率極低的數據連接。據悉，IEEE也已開始著手802.11ax標準的制定工作。本文對正在標準化過程中的下一代802.11協議進行了簡要介紹。

IEEE 802.11ad  近距離高速無線傳輸的理想選擇

基于IEEE 802.11ad標準的WiGig技術最初由WiGig（無線吉比特聯盟）主導開發。2013年，WiGig聯盟與Wi-Fi聯盟合并，強化了Wi-Fi聯盟內部所有技術與認證開發工作，帶來了緊密協調的連接與應用層解決方案。

802.11ad主要用于實現家庭內部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。802.11ad拋棄了擁擠的2.4GHz和5GHz頻段，而是使用高頻載波的60GHz頻譜。由于60GHz頻譜在大多數國家有大段的頻率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技術的支持下實現多信道的同時傳輸，而每個信道的傳輸帶寬都將超過1Gbps。從而通過使用低功率調制方案有更寬的信道來支持高達7 Gbps的更快數據傳輸速率。

同時，802.11ad也面臨技術上的限制。比如：60GHz載波的繞射能力很差，而且在空氣中信號衰減很厲害，其傳輸距離、信號覆蓋范圍都大受到影響，這使得它的有效連接只能局限在一個很小的范圍內。在理想的狀態下，802.11ad最適合被用來作為房間內各個設備之間高速無線傳輸的通道。

目前致力于802.11ad 解決方案上的芯片商，有英特爾、高通與萊迪思半導體旗下的SiBEAM三家。在2015 CES展會上高通宣布推出三頻802.11ad芯片組，該芯片組將把60GHz 802.11ad技術與5GHz和2.4GHz的802.11ac融合到一起，是一款三頻接入點芯片組。2015年5月樂視正式推出全球首款具備60GHz毫米波無線視頻技術的量產手機Max，Max采用SiBEAM的UltraGig SiI6400發送器。

IEEE  802.11ah  面向物聯網應用的低頻段Wi-Fi

因應萬物無縫互連的應用需求，IEEE已提出并積極擬訂更適合物聯網應用的無線通信標準，即IEEE 802.11ah，預計2016年完成正式版標準。新一代802.11ah標準，將采用1GHz以下頻段，具有覆蓋面更大、支持更多用戶、更低功耗、針對中低速率進行優化增強等特點。其目標應用場景包括傳感器和智能抄表，傳感器和智能抄表回傳鏈路，Wi-Fi覆蓋擴展。

IEEE 802.11ah物理層是IEEE 802.11ac的降頻版本。802.11ah定義了2MHz，4MHz，8MHz，16MHz信道帶寬，剛好是此前標準的1/10。此外，802.11ah還定義了1MHz信道帶寬，用于更遠距離無線傳輸。目前802.11ah的技術規格與現有802.11n、802.11ac等Wi-Fi技術有大程度差異，包含運作頻段、傳輸率、傳輸距離等均不相同。802.11ah目標是1公里以上的傳輸距離，且仍能有100kbps以上的傳輸率。802.11ah標準的出現，將影響現有其他采行1GHz以下頻段傳輸的無線技術，如ZigBee、Z-Wave，以及其他業者自行發展的技術，802.11ah有可能在某些物聯網應用中與這類技術競爭。

不同國家的可用802.11ah頻譜分別為868-868.6 MHz (歐洲), 950 MHz -958 MHz (日本), 314-316 MHz, 430-434 MHz, 470-510 MHz, and 779-787 MHz (中國), 917 - 923.5 MHz (韓國) and 902-928 MHz (美國)。

IEEE 802.11 ax 下一代Wi-Fi技術標準接班人

IEEE 802.11ax標準是802.11協議的最新修訂版本，與802.11ad和802.11ah這些補充與衍生版本不同，802.11ax是屬于后續發展標準，這意味著它很可能會實行商品化。與802.11ac標準相比，802.11ax可以說是前者的繼承與發展版本，兩者均使用5GHz頻段，并支持MU-MIMO技術，只是在802.11ac標準中，MU-MIMO屬于“選配”，目前只在“802.11ac Wave 2”的旗艦產品上應用；而在802.11ax標準中，MU-MIMO屬于“標配”，首發將直接提供支持。

此外802.11ax還有一個非常重要的革新，就是引入了OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交頻分多址）技術，該技術有在WiMax和LTE中使用，被譽為是下一代無線網絡的核心技術。OFDMA技術可以把一個常規信道分為數個甚至是數十個正交子信道，通過把這些子信道疊加并分配給不同用戶的方式，大大提升數據傳輸的效率。

與802.11ac中使用的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交分頻復用）技術先比，OFDMA技術理論上可以為數據傳輸效率帶來10倍的提升，即便考慮上干擾、損耗、調制解調速率等因素，OFDMA的效率少說也是OFDM技術的4到5倍。

實際上802.11ax標準的首要目標就是把無線網絡的速率提升至802.11ac標準的4倍，目前在5GHz頻段和80MHz頻寬下，802.11ac的單流理論速率為433Mbps，按此計算802.11ax的在同等條件下的單流速率則高達1733MHz，如果再加上4x4 MU-MIMO技術和160MHz頻寬的加成，802.11ax標準可以提供的理論速率將達到14Gbps，相當于1.75GB/s，直接秒殺了現在的“千兆光纖”。

當然對于無線網絡來說，速度是一個重要參數，但不是唯一的重要參數，網絡覆蓋范圍也是非常重要的。IEEE 802.11ax與802.11ac同樣都使用5GHz頻段網絡，在穿透障礙物的過程中能量會衰弱得比較快，而且“繞墻”能力不強，因此IEEE 802.11ax的網絡覆蓋表現與802.11ac網絡相差不大。

最后我們來看看802.11ax標準什么時候會進入商品化階段，802.11ac標準在2008年開始進入制定階段，直至2011年才推出第一款路由器產品，但真正算是開始推廣的要到2013年，而2014年則開始大力普及，目前已經發展至“802.11ac Wave 2”，但是要完全取代802.11n成為市場上的絕對主流，那恐怕還需要一段很長的時間。

而在802.11ac成為市場上的絕對主流之前，802.11ax標準恐怕不會有什么大力推廣的行為。實際上802.11ax協議尚未最終確定，部分技術細節仍然在進行商討，按照IEEE協會的安排，802.11ax標準恐怕要到2019年才會獲得最終批準，之后可能會有些試驗型產品投入市場，但是大規模的普及，恐怕又是再過幾年后的事情了。

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