無線技術最新趨勢（二）：無線LAN篇

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無線技術最新趨勢（一）：移動通信篇

連載第二篇將聚焦個人電腦和智能手機所必需的無線LAN（WLAN）技術。

智能手機的配備會產生良性循環

無線LAN的應用領域如今已有了很大擴展。過去，無線LAN主要應用於個人電腦及其外設、智能手機等便攜終端。但現如今，已擴大到以電視等影音設備為首，直到空調等白色家電、保健儀器和車載儀器等各種領域（圖1）。

圖1：無線LAN應用領域擴大 過去的無線LAN以筆記本電腦和個人電腦外設為中心。以配備智能手機為契機，應用范圍正在向數碼相機和保健儀器擴大。

市場正在快速擴大的智能手機和平板終端幾乎100％配備了無線LAN功能。因此，無線LAN用收發IC的供貨量扶搖直上，於2011年超過了10億個。供貨量的增加使得IC價格降低，進而促進了採用機型范圍的擴大，形成了良性循環。

如今，無線LAN已經開始向新市場擴展。在新市場上出現了不同於以往的要求。例如，“數據傳輸速度慢沒關系，但要能長距離傳輸”、“總之收發IC的功耗要低”、“建立無線LAN連接最好更快一些”等。

IEEE802的新一代規范

無線LAN的進化趨勢可以從新一代規范大致推測出來。無線LAN標准化團體“IEEE802.11”各工作組制定的新一代規范就是如此。

新一代規范大致可以分成三個方向：①追求更高速度的規范﹔②利用比過去的2.4GHz頻帶和5GHz頻帶更低的頻帶，旨在實現長距離傳輸的規范﹔③大幅縮短建立連接的時間等旨在提高易用性的規范（表1）。

表1：IEEE802委員會正在制定的新一代無線LAN規范示例 （表：《日經電子》 2011年9月5日刊，p.41表1）

①是在沿用5GHz頻帶的情況下，使單系統的實際處理量提高到過去的10倍，達到1Gbps以上的“IEEE802.11ac”（以下稱11ac），以及旨在利用60GHz頻帶毫米波實現近距離5G∼6Gbps的高速傳輸的“IEEE802.11ad”（以下稱11ad）。

關於②，正在推進的是在數字電視閑置頻帶“TV空白頻段”（數十M∼700MHz頻帶）間，利用面向便攜產品的500M∼700MHz頻帶，旨在把傳輸距離延長至3倍左右的“IEEE802.11af”（以下稱11af），以及旨在利用900MHz頻帶等1GHz以下的頻帶實現長距離傳輸的“IEEE802.11ah”（以下稱11ah）。③則是把無線LAN的安全認証時間縮短到1/10左右的規范“IEEE802.11ai”（以下稱11ai ）。

使用256QAM的11ac 

無線LAN的現行規范是“IEEE802.11n”（以下稱11n）。其后續的新一代規范是11ac。為了制定出單系統處理量超過1Gbps的規范，相關工作組已於2008年11月成立。

11ac的基本傳輸技術沿襲了11n以OFDM（正交頻分復用）傳輸數據的方法等。為了進一步提高傳輸速度，大致在四個方向上擴充了11n的功能。首先是增加傳輸時的天線重數。11n採用了發送端和接收端使用多個天線元件，以同一頻道實現數倍傳輸容量的MIMO技術。11n的MIMO的天線重數最大為4重，但11ac最多可以實現8重。如此，傳輸速度可提高2倍。

第二點是提高一級調制方式的多值度。11n最大採用64值QAM，11ac則把256值QAM加入到了選項規范之中。使用256值QAM時，傳輸速度大約可以提高1.3倍。

接下來的第三點是把利用頻道的帶寬擴大到原來的2∼4倍。11n使用的頻道的帶寬最大為40MHz。而11ac擴大到了80MHz及160MHz（選項規范）。

除了擴大帶寬、採用256值QAM等現行技術的擴充之外，11ac還將採用全新技術。那就是第四點——多用戶MIMO。多用戶MIMO是指利用無線LAN接入點等基站方的天線，對傳輸波束進行控制，使用同一頻道，向不同的終端發送不同的數據，以實現同時連接。

11n之前支持的均為同時僅允許1台終端與MIMO交換數據的“單用戶MIMO”。隨著11ac發展為多用戶MIMO，多個終端將可以同時與基站交換數據，有望大幅提升單系統的處理量。

用毫米波帶可實現高速傳輸

面向進一步高速化的另一項規范是利用60GHz頻段的11ad。這個頻段可以確保世界通用的5G∼7GHz左右的帶寬。在這個較有富裕的帶寬中，通過設置單通道帶寬為2.16GHz的通道，最大可實現約6.7Gbps數據傳輸。

11ad的規范已經成形，半導體開發漸入佳境。而且，為了促進遵循11ad的毫米波通信的普及，業界團體“WiGig”正在開展活動，向會員企業公開正式規范。其中，鬆下准備馬上著手開發遵循11ad的芯片組，在WiGig產品中加以運用。該公司有意把11ad芯片組應用於便攜終端的近距離高速無線傳輸。為了降低功耗，鬆下採取了在芯片組的RF收發器IC上置入相位噪聲極低的電壓控制振蕩電路，為降低功率放大器的輸出功率進行優化等措施。

還將利用900MHz頻帶 

著眼於利用TV空白頻段的11af，與著眼於利用900MHz頻帶的11ah，在利用比過去的2.4GHz和5GHz更低的頻帶的意義上，有著相似的概念。

其中，11af設想利用的是500M∼700MHz等頻帶。在這個頻段，如果沒有微波數字電視和無線麥克風等優先服務存在，使用頻道無需申請執照。

利用TV空白頻段的設備，需要訪問數據庫了解頻道的空閑狀態，此時的訪問方法的規范化目前正在研究之中。FCC制定的TV空白頻段使用規定除了訪問數據庫的功能之外，最初還要求內嵌載波偵聽功能，用來檢測其他無線服務是否存在。由於在產品中安裝這項功能需要極高的接收靈敏度，一般認為便攜終端很難利用TV空白頻段。然而，在2010年下半年，FCC提出了無需配備載波偵聽功能的方向。

與使用地區受限的TV空白頻段相比，11ah有意利用的900MHz等頻帶與世界市場的磨合性較好。11ah將爭取利用這些頻段，大幅延長傳輸距離。

11ah還在探討之中，傳輸規范尚未敲定。目前，工作組正在對傳輸方式使用OFDM，在保持系統與現行無線LAN（11a/b/g/n）相似的基礎上，降低頻帶的物理層等拓展方法進行探討。

11ah工作組在美國以從事電力及燃氣公司設備生產的企業為主導，以智能電網的使用場景為前提開展的討論不在少數。

大幅縮短建立連接的時間

11ai是旨在大幅縮短無線LAN安全初始認証需要的時間的規范。無線LAN的初始認証在終端與接入點之間至少需要交換14次數據包，而且，在初始認証之后，還要交換DHCP等數據包。因此常常需要數百m秒以上的時間。而11ai的目標是將這一時間縮短到1/10∼1/15。（日經技術在線 供稿）