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這篇文章是轉(zhuǎn)載自國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)的網(wǎng)站，原文發(fā)表于2012年，還是802.11ac Draft標(biāo)準(zhǔn)，但是內(nèi)容不錯(cuò)，讀者不要在意文中提到的時(shí)間。

近年來(lái)手持設(shè)備蓬勃發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之技術(shù)也隨著與時(shí)并進(jìn)。與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)的新聞中，曝光率最高的就屬 IEEE 802.11ac 協(xié)定。由于它是第一個(gè)超過(guò)1 Gbps傳輸速率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此備受矚目。根據(jù)報(bào)導(dǎo)，802.11ac將對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)造成沖擊，并且將在2015年將超過(guò)10億個(gè)IC之出貨量。本篇文章將介紹 802.11ac 之發(fā)展現(xiàn)況，并探討它的技術(shù)特性。

前言

802.11ac是一個(gè)由 IEEE（電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)）所制訂的802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)。第一個(gè)草案(Draft 1.0)發(fā)表于2011年11月，目前已發(fā)布 Draft 5.0，預(yù)計(jì)在 2013年底或2014年初才會(huì)發(fā)布正式版本。

雖然正式版本尚未發(fā)布，但近期的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)品信息，卻已有許多與 802.11ac 相關(guān)的產(chǎn)品與報(bào)導(dǎo)出現(xiàn)，我們就來(lái)了解一下這個(gè)最新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

802.11ac提供下列的技術(shù)來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)頻寬與更好的使用者體驗(yàn)：

• 支援更寬的頻寬(RF Bandwidth): 最高160 MHz（802.11n上限是 40 MHz）
• 支持最多 8空間串流(MIMO Spatial Streams)（802.11n僅支持4個(gè)）
• 多使用者的 MIMO (Multi-user MIMO) （802.11n 無(wú)此功能）
• 傳送波束成型正式納入標(biāo)準(zhǔn)(Beam forming) (802.11n 非標(biāo)準(zhǔn)功能)
• 支持高密度的解調(diào)變(Modulation): 256 QAM (802.11n 最高 64-QAM)

1. 支援更寬的頻寬(RF Bandwidth): 最高160 MHz

802.11ac Draft預(yù)計(jì)使用5 GHz RF頻帶(4.9 ~ 6.0 GHz)，主要原因在于802.11ac有較寬的頻寬(RF Bandwidth)需求。

以美國(guó)地區(qū)為例， 2.4GHz 能用的范圍僅有2.4~ 2.462 GHz, 以5MHz 區(qū)分一個(gè) Channel，共有 11 個(gè)Channels 如下：

雖然有 11個(gè)Channels可用，若以 802.11b 為例，所需頻寬RF Bandwidth: 22MHz，因此僅有三個(gè)不會(huì)互相干擾之 Channel 存在。

這也就是一般在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建置中，在一個(gè)空間中，若無(wú)線 AP 僅支持 2.4GHz 802.11 b/g/n，則建議最多布建三臺(tái)，且三臺(tái) AP 各設(shè)定使用 Channel 1/6/11，才能有互不干擾之最佳效果。除了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用于 2.4 GHz頻帶，藍(lán)芽、家用無(wú)線電話都在使用，甚至連微波爐都可能會(huì)在這個(gè)頻帶內(nèi)。而5GHz在美國(guó)地區(qū)能用的范圍有 5.180~5.850GHz，以5MHz 區(qū)分一個(gè) Channel，可用的 Channels 有 36~165，因此才能容納 802.11ac 最高 160 MHz 之頻寬要求。但5GHz也不是完全沒(méi)有缺點(diǎn)，因?yàn)轭l率越高，波長(zhǎng)越短，繞射(diffraction)程度越低，也就是遇到障礙不容易繞過(guò)，因此在相同功率上之有效傳輸距離會(huì)較 2.4GHz 來(lái)的短。

802.11ac 所需160 MHz 之頻寬可利用通道集成技術(shù) (Channel Bonding)來(lái)達(dá)成，也就是可使用連續(xù)Contiguous 80+80 MHz 或非連續(xù) Discontinuous 80+80 MHz，使總頻寬達(dá)到160 MHz。下表為在單一空間流使用不同頻寬 (Bandwidth) 在 802.11n 與 802.11ac 之理論傳輸速率：

2. 支持最多 8空間流(MIMO Spatial Streams)

MIMO 是 Multi-input Multi-output 之縮寫，可用此法表示：

T x R：S

發(fā)射天線數(shù)量 x 接收天線數(shù)量：空間流數(shù)

例如：3x3:3 MIMO

表示有三個(gè)發(fā)射天線與三個(gè)接收天線，共提供三個(gè)空間流(Spatial Streams)。

在企業(yè)方案所提供之無(wú)線解決方案，也會(huì)看到如 MIMO: 4x4:3，表示有四個(gè)發(fā)射天線與四個(gè)接收天線，卻僅提供三個(gè)空間流數(shù)量，其優(yōu)點(diǎn)在于使用N+1 的冗余收發(fā)器，可針對(duì)信號(hào)衰減和硬件故障提供有效保護(hù)，使三個(gè)空間流之性能和覆蓋范圍更大且更穩(wěn)定。

802.11n 40 MHz Bandwidth (64-QAM)，使用多個(gè)空間流之理論傳輸速率：

802.11ac 40 MHz Bandwidth (256-QAM)，使用多個(gè)空間流之理論傳輸速率：

3. 多使用者的 MIMO (Multi-user MIMO)

Multi-user MIMO 是一種新的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于多個(gè)終端設(shè)備同時(shí)連上 AP 時(shí)，每個(gè)裝置可獨(dú)立使用不同的空間流(Spatial Streams)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而減少競(jìng)爭(zhēng)，此種技術(shù)又稱為 SDMA (Space Division Multiple Access)。

例如一個(gè)無(wú)線 AP 使用 4 x 4: 4 Mu-MiMo可對(duì)2個(gè)連上的終端設(shè)備同時(shí)單獨(dú)進(jìn)行通訊。而現(xiàn)行的 802.11n MiMo裝置只能在同一時(shí)間服務(wù)一個(gè)終端設(shè)備之多重天線，無(wú)線 AP必須以時(shí)間多任務(wù)服務(wù)多個(gè)終端設(shè)備。

4. 傳送波束成型(Beam forming) 正式納入標(biāo)準(zhǔn)

Beam forming (波束成型)技術(shù)已經(jīng)正式納入 802.11ac 之標(biāo)準(zhǔn)，雖然在 802.11n 已有多家廠商提供此技術(shù)，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)為非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，因此各廠商在實(shí)作上可能存在兼容性問(wèn)題。

所謂的Beam forming技術(shù)在于使用單一聲測(cè)(Single sounding)與反饋格式(相較于802.11n的多重聲測(cè)與反饋格式)，而在特定方向集中射頻(RF)能量，以改善到個(gè)別終端設(shè)備之傳輸效率。

5. 支持高密度的解調(diào)變(Modulation): 256-QAM

802.11ac使用與802.11n 相同之 OFDM(正交分頻多任務(wù))作為調(diào)變與編碼技術(shù)，也相同要求裝置能夠支持BPSK、QPSK、16-QAM與64-QAM，但802.11ac額外增加256-QAM(3/4 or 5/6 Coding Rate)之調(diào)變方式，256-QAM的好處在于提供比64-QAM更大33% 之傳輸流量。不過(guò)256-QAM僅允許較低的位錯(cuò)誤容許誤差，因此較適用于無(wú)干擾之通訊環(huán)境中。

下表是使用各種調(diào)變(Modulation)技術(shù)在頻寬 40 MHz with 400 ns GI 使用單一空間流之理論傳輸速率：

另一個(gè)與802.11n 之差異在于 802.11n 支持「不同」調(diào)變，例如一位使用者可能在一空間流上接收BPSK調(diào)變信號(hào)，及在另一空間流上接收16QAM 調(diào)變信號(hào)。但802.11ac只支持「相同」調(diào)變，因?yàn)榇颂匦宰C明在市場(chǎng)中不會(huì)成功(很少802.11n 裝置實(shí)際支持此功能)，所以IEEE決定放棄支持「不同」調(diào)變。

總結(jié)

下表整理 802.11ac 在單一空間流中使用不同頻寬 Bandwidth與不同調(diào)變 Modulation 之理論傳輸速率 Mbps：

因此若802.11ac 使用最高 160 MHz Bandwidth，與最佳之調(diào)變 256-QAM，在8個(gè)空間流之情況下，最高可達(dá) 6.93 Gbps之理論傳輸速率

802.11ac協(xié)議除了上述五個(gè)新的特性之外，能與現(xiàn)有802.11n兼容也是十分重要的，因此 802.11ac提供與802.11a和802.11n裝置在5 GHz頻帶之兼容性。表示802.11ac能與支持802.11a和802.11n技術(shù)的裝置互動(dòng)；802.11ac訊框結(jié)構(gòu)可容納與802.11 a和802.11n裝置的傳輸。

參考資料

1.IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications

2." WiFi (wireless networking technology)". Encyclopadia Britannica.

3.DIGITIMES中文網(wǎng): 即將邁入802.11ac的世代所面臨的測(cè)試挑戰(zhàn)

4.http://en.wikipedia.org/wiki/Guard_interval

5.http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009

6.http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ac

7.http://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

8.Cisco無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案 http://www.cisco.com/web/TW/products/wireless/index.html

本文轉(zhuǎn)載自：http://www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0024/20130320_2409.html