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无线技术最新趋势(二):无线LAN篇

2012年12月21日11:32    来源:人民网-财经频道

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无线技术最新趋势(一):移动通信篇

连载第二篇将聚焦个人电脑和智能手机所必需的无线LAN(WLAN)技术。

智能手机的配备会产生良性循环

无线LAN的应用领域如今已有了很大扩展。过去,无线LAN主要应用于个人电脑及其外设、智能手机等便携终端。但现如今,已扩大到以电视等影音设备为首,直到空调等白色家电、保健仪器和车载仪器等各种领域(图1)。

图1:无线LAN应用领域扩大

过去的无线LAN以笔记本电脑和个人电脑外设为中心。以配备智能手机为契机,应用范围正在向数码相机和保健仪器扩大。

市场正在快速扩大的智能手机和平板终端几乎100%配备了无线LAN功能。因此,无线LAN用收发IC的供货量扶摇直上,于2011年超过了10亿个。供货量的增加使得IC价格降低,进而促进了采用机型范围的扩大,形成了良性循环。

如今,无线LAN已经开始向新市场扩展。在新市场上出现了不同于以往的要求。例如,“数据传输速度慢没关系,但要能长距离传输”、“总之收发IC的功耗要低”、“建立无线LAN连接最好更快一些”等。

IEEE802的新一代规范

无线LAN的进化趋势可以从新一代规范大致推测出来。无线LAN标准化团体“IEEE802.11”各工作组制定的新一代规范就是如此。

新一代规范大致可以分成三个方向:①追求更高速度的规范;②利用比过去的2.4GHz频带和5GHz频带更低的频带,旨在实现长距离传输的规范;③大幅缩短建立连接的时间等旨在提高易用性的规范(表1)。

表1:IEEE802委员会正在制定的新一代无线LAN规范示例

(表:《日经电子》 2011年9月5日刊,p.41表1)

①是在沿用5GHz频带的情况下,使单系统的实际处理量提高到过去的10倍,达到1Gbps以上的“IEEE802.11ac”(以下称11ac),以及旨在利用60GHz频带毫米波实现近距离5G~6Gbps的高速传输的“IEEE802.11ad”(以下称11ad)。

关于②,正在推进的是在数字电视闲置频带“TV空白频段”(数十M~700MHz频带)间,利用面向便携产品的500M~700MHz频带,旨在把传输距离延长至3倍左右的“IEEE802.11af”(以下称11af),以及旨在利用900MHz频带等1GHz以下的频带实现长距离传输的“IEEE802.11ah”(以下称11ah)。③则是把无线LAN的安全认证时间缩短到1/10左右的规范“IEEE802.11ai”(以下称11ai )。

使用256QAM的11ac 

无线LAN的现行规范是“IEEE802.11n”(以下称11n)。其后续的新一代规范是11ac。为了制定出单系统处理量超过1Gbps的规范,相关工作组已于2008年11月成立。

11ac的基本传输技术沿袭了11n以OFDM(正交频分复用)传输数据的方法等。为了进一步提高传输速度,大致在四个方向上扩充了11n的功能。首先是增加传输时的天线重数。11n采用了发送端和接收端使用多个天线元件,以同一频道实现数倍传输容量的MIMO技术。11n的MIMO的天线重数最大为4重,但11ac最多可以实现8重。如此,传输速度可提高2倍。

第二点是提高一级调制方式的多值度。11n最大采用64值QAM,11ac则把256值QAM加入到了选项规范之中。使用256值QAM时,传输速度大约可以提高1.3倍。

接下来的第三点是把利用频道的带宽扩大到原来的2~4倍。11n使用的频道的带宽最大为40MHz。而11ac扩大到了80MHz及160MHz(选项规范)。

除了扩大带宽、采用256值QAM等现行技术的扩充之外,11ac还将采用全新技术。那就是第四点——多用户MIMO。多用户MIMO是指利用无线LAN接入点等基站方的天线,对传输波束进行控制,使用同一频道,向不同的终端发送不同的数据,以实现同时连接。

11n之前支持的均为同时仅允许1台终端与MIMO交换数据的“单用户MIMO”。随着11ac发展为多用户MIMO,多个终端将可以同时与基站交换数据,有望大幅提升单系统的处理量。

用毫米波带可实现高速传输

面向进一步高速化的另一项规范是利用60GHz频段的11ad。这个频段可以确保世界通用的5G~7GHz左右的带宽。在这个较有富裕的带宽中,通过设置单通道带宽为2.16GHz的通道,最大可实现约6.7Gbps数据传输。

11ad的规范已经成形,半导体开发渐入佳境。而且,为了促进遵循11ad的毫米波通信的普及,业界团体“WiGig”正在开展活动,向会员企业公开正式规范。其中,松下准备马上着手开发遵循11ad的芯片组,在WiGig产品中加以运用。该公司有意把11ad芯片组应用于便携终端的近距离高速无线传输。为了降低功耗,松下采取了在芯片组的RF收发器IC上置入相位噪声极低的电压控制振荡电路,为降低功率放大器的输出功率进行优化等措施。

还将利用900MHz频带 

着眼于利用TV空白频段的11af,与着眼于利用900MHz频带的11ah,在利用比过去的2.4GHz和5GHz更低的频带的意义上,有着相似的概念。

其中,11af设想利用的是500M~700MHz等频带。在这个频段,如果没有微波数字电视和无线麦克风等优先服务存在,使用频道无需申请执照。

利用TV空白频段的设备,需要访问数据库了解频道的空闲状态,此时的访问方法的规范化目前正在研究之中。FCC制定的TV空白频段使用规定除了访问数据库的功能之外,最初还要求内嵌载波侦听功能,用来检测其他无线服务是否存在。由于在产品中安装这项功能需要极高的接收灵敏度,一般认为便携终端很难利用TV空白频段。然而,在2010年下半年,FCC提出了无需配备载波侦听功能的方向。

与使用地区受限的TV空白频段相比,11ah有意利用的900MHz等频带与世界市场的磨合性较好。11ah将争取利用这些频段,大幅延长传输距离。

11ah还在探讨之中,传输规范尚未敲定。目前,工作组正在对传输方式使用OFDM,在保持系统与现行无线LAN(11a/b/g/n)相似的基础上,降低频带的物理层等拓展方法进行探讨。

11ah工作组在美国以从事电力及燃气公司设备生产的企业为主导,以智能电网的使用场景为前提开展的讨论不在少数。

大幅缩短建立连接的时间

11ai是旨在大幅缩短无线LAN安全初始认证需要的时间的规范。无线LAN的初始认证在终端与接入点之间至少需要交换14次数据包,而且,在初始认证之后,还要交换DHCP等数据包。因此常常需要数百m秒以上的时间。而11ai的目标是将这一时间缩短到1/10~1/15。(日经技术在线 供稿) 

(责任编辑:值班编辑、庄红韬)

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