下一代无线Wi-Fi技术标准发展路线图

本文刊登于《微波射频技术》杂志 2015无线射频专刊

自1999年推出以来，Wi-Fi凭借其高速、便捷、成本低的优势,逐步发展成为用户和产品开发商的首选联网方式。相对于最初只能提供11Mbps数据传输速度的首批Wi-Fi认证产品而言，如今，在与其他最新一代技术通信时，最先进的Wi-Fi设备可以提供高达1Gbps的数据传输速度。随着下一个连接创新的大潮--“万物互联”（IoE）的兴起，Wi-Fi的影响范围将延伸至智慧家庭、车联网、传感及控制网络等等，市场前景广泛。

IEEE 802.11协议是当今无线局域网的通用技术标准，受到了产业界与学术界越来越多的关注。目前，Wi-Fi联盟已经开始针对频率在1GHz以下的数据连接，开展基于802.11ah和802.11af通信协议的认证项目，从而支持范围更大、功率极低的数据连接。据悉，IEEE也已开始着手802.11ax标准的制定工作。本文对正在标准化过程中的下一代802.11协议进行了简要介绍。

IEEE 802.11ad  近距离高速无线传输的理想选择

基于IEEE 802.11ad标准的WiGig技术最初由WiGig（无线吉比特联盟）主导开发。2013年，WiGig联盟与Wi-Fi联盟合并，强化了Wi-Fi联盟内部所有技术与认证开发工作，带来了紧密协调的连接与应用层解决方案。

802.11ad主要用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。802.11ad抛弃了拥挤的2.4GHz和5GHz频段，而是使用高频载波的60GHz频谱。由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技术的支持下实现多信道的同时传输，而每个信道的传输带宽都将超过1Gbps。从而通过使用低功率调制方案有更宽的信道来支持高达7 Gbps的更快数据传输速率。

同时，802.11ad也面临技术上的限制。比如：60GHz载波的绕射能力很差，而且在空气中信号衰减很厉害，其传输距离、信号覆盖范围都大受到影响，这使得它的有效连接只能局限在一个很小的范围内。在理想的状态下，802.11ad最适合被用来作为房间内各个设备之间高速无线传输的通道。

目前致力于802.11ad 解决方案上的芯片商，有英特尔、高通与莱迪思半导体旗下的SiBEAM三家。在2015 CES展会上高通宣布推出三频802.11ad芯片组，该芯片组将把60GHz 802.11ad技术与5GHz和2.4GHz的802.11ac融合到一起，是一款三频接入点芯片组。2015年5月乐视正式推出全球首款具备60GHz毫米波无线视频技术的量产手机Max，Max采用SiBEAM的UltraGig SiI6400发送器。

IEEE  802.11ah  面向物联网应用的低频段Wi-Fi

因应万物无缝互连的应用需求，IEEE已提出并积极拟订更适合物联网应用的无线通信标准，即IEEE 802.11ah，预计2016年完成正式版标准。新一代802.11ah标准，将采用1GHz以下频段，具有覆盖面更大、支持更多用户、更低功耗、针对中低速率进行优化增强等特点。其目标应用场景包括传感器和智能抄表，传感器和智能抄表回传链路，Wi-Fi覆盖扩展。

IEEE 802.11ah物理层是IEEE 802.11ac的降频版本。802.11ah定义了2MHz，4MHz，8MHz，16MHz信道带宽，刚好是此前标准的1/10。此外，802.11ah还定义了1MHz信道带宽，用于更远距离无线传输。目前802.11ah的技术规格与现有802.11n、802.11ac等Wi-Fi技术有大程度差异，包含运作频段、传输率、传输距离等均不相同。802.11ah目标是1公里以上的传输距离，且仍能有100kbps以上的传输率。802.11ah标准的出现，将影响现有其他采行1GHz以下频段传输的无线技术，如ZigBee、Z-Wave，以及其他业者自行发展的技术，802.11ah有可能在某些物联网应用中与这类技术竞争。

不同国家的可用802.11ah频谱分别为868-868.6 MHz (欧洲), 950 MHz -958 MHz (日本), 314-316 MHz, 430-434 MHz, 470-510 MHz, and 779-787 MHz (中国), 917 - 923.5 MHz (韩国) and 902-928 MHz (美国)。

IEEE 802.11 ax 下一代Wi-Fi技术标准接班人

IEEE 802.11ax标准是802.11协议的最新修订版本，与802.11ad和802.11ah这些补充与衍生版本不同，802.11ax是属于后续发展标准，这意味着它很可能会实行商品化。与802.11ac标准相比，802.11ax可以说是前者的继承与发展版本，两者均使用5GHz频段，并支持MU-MIMO技术，只是在802.11ac标准中，MU-MIMO属于“选配”，目前只在“802.11ac Wave 2”的旗舰产品上应用；而在802.11ax标准中，MU-MIMO属于“标配”，首发将直接提供支持。

此外802.11ax还有一个非常重要的革新，就是引入了OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交频分多址）技术，该技术有在WiMax和LTE中使用，被誉为是下一代无线网络的核心技术。OFDMA技术可以把一个常规信道分为数个甚至是数十个正交子信道，通过把这些子信道叠加并分配给不同用户的方式，大大提升数据传输的效率。

与802.11ac中使用的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交分频复用）技术先比，OFDMA技术理论上可以为数据传输效率带来10倍的提升，即便考虑上干扰、损耗、调制解调速率等因素，OFDMA的效率少说也是OFDM技术的4到5倍。

实际上802.11ax标准的首要目标就是把无线网络的速率提升至802.11ac标准的4倍，目前在5GHz频段和80MHz频宽下，802.11ac的单流理论速率为433Mbps，按此计算802.11ax的在同等条件下的单流速率则高达1733MHz，如果再加上4x4 MU-MIMO技术和160MHz频宽的加成，802.11ax标准可以提供的理论速率将达到14Gbps，相当于1.75GB/s，直接秒杀了现在的“千兆光纤”。

当然对于无线网络来说，速度是一个重要参数，但不是唯一的重要参数，网络覆盖范围也是非常重要的。IEEE 802.11ax与802.11ac同样都使用5GHz频段网络，在穿透障碍物的过程中能量会衰弱得比较快，而且“绕墙”能力不强，因此IEEE 802.11ax的网络覆盖表现与802.11ac网络相差不大。

最后我们来看看802.11ax标准什么时候会进入商品化阶段，802.11ac标准在2008年开始进入制定阶段，直至2011年才推出第一款路由器产品，但真正算是开始推广的要到2013年，而2014年则开始大力普及，目前已经发展至“802.11ac Wave 2”，但是要完全取代802.11n成为市场上的绝对主流，那恐怕还需要一段很长的时间。

而在802.11ac成为市场上的绝对主流之前，802.11ax标准恐怕不会有什么大力推广的行为。实际上802.11ax协议尚未最终确定，部分技术细节仍然在进行商讨，按照IEEE协会的安排，802.11ax标准恐怕要到2019年才会获得最终批准，之后可能会有些试验型产品投入市场，但是大规模的普及，恐怕又是再过几年后的事情了。

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