无线技术最新趋势（二）：无线LAN篇

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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）