快馬加鞭為Wi-Fi找尋更多的頻譜

作者 / Mark Miller L-com Global Connectivity公司產(chǎn)品經(jīng)理

　　Wi-Fi是如此之必要，以至于實(shí)際上無(wú)論身處何地，人們都隨時(shí)帶著(zhù)支持Wi-Fi功能的設備。然而，這也為Wi-Fi的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了挑戰，這是因為Wi-Fi的頻譜有限?？偠灾?，為了適應未來(lái)數年必然增長(cháng)的Wi-Fi業(yè)務(wù)，必須為Wi-Fi分配更多的頻譜。研究表明，至少需要多分配500 MHz，而且當視頻串流等應用的需求超出預期時(shí)，甚至可能需要多分配1700 MHz的頻譜。那么，何處才有可能找到整個(gè)DC~1.7 GHz頻段的同等替代物?

頻譜的現狀及未來(lái)發(fā)展趨勢

　　為Wi-Fi分配的新頻率應該能組成連續頻段，以至少能夠應付未來(lái)Wi-Fi標準所需的160 MHz信道帶寬。其中，第一項未來(lái)標準為802.11ax，其工作頻率為2.4 GHz和5 GHz，預計在2019年付諸應用。對于如此寬的信道，窄碎頻帶的簡(jiǎn)單拼湊或窄碎頻帶的載波聚合(無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商已做過(guò)該嘗試)均不可行。然而，雖然在值得考慮的頻率處難以直接找到這么大的帶寬，但是在必要時(shí)可以考慮使用載波聚合。

　　Wi-Fi是一種免許可的服務(wù)，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)將其降格至專(zhuān)用于工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué)應用的ISM頻段。遺憾的是，Wi-Fi主要使用的2400~2483 MHz頻段已經(jīng)完全飽和。該頻段是第一個(gè)用于Wi-Fi的頻段，大部分Wi-Fi標準至今仍在該頻段運行。該頻段由Wi-Fi與包括微波爐、無(wú)繩電話(huà)、車(chē)庫門(mén)開(kāi)啟器以及嬰兒監視器在內的一系列應用共享。由此可見(jiàn)，這一頻段無(wú)法用作上述新頻段。

　　下一候選頻段為802.11a、n、ac(以及未來(lái)近期的ax)采用的5.1~5.9 GHz頻段，這一頻段并未被現有服務(wù)充分利用，因此Wi-Fi有機會(huì )以共享的方式使用該頻段。對于已加入及待加入的雙方而言，共享頻段都不是一件令人高興的事，這是因為將干擾控制在可控范圍內是一項非常復雜的任務(wù)，而且之前為數不多的此類(lèi)嘗試的結果均差強人意。該任務(wù)要求在某個(gè)實(shí)體(通常為政府)的精心策劃下實(shí)施對全國范圍內每一設備進(jìn)行監控的管理計劃。值得欣慰的是，接下來(lái)將部署采用3.5 GHz頻率以及迄今為止最先進(jìn)的頻譜分配服務(wù)器(SAS)的市民寬帶無(wú)線(xiàn)電服務(wù)(CBRS)。

新方法

　　基于上述考量，目前已有各種解決方案得到批準，處于開(kāi)發(fā)過(guò)程中或已被提出。其中，很多方案將Wi-Fi的定義擴大至遠遠超出當今的經(jīng)典定義，但在目標方面基本殊途同歸。例如，雖然CBRS并不專(zhuān)門(mén)用于Wi-Fi，但是由于其稱(chēng)為“創(chuàng )新頻段”，因此FCC在附加了若干限制的同時(shí)，仍然對所有數字技術(shù)采取開(kāi)發(fā)態(tài)度。舉例而言，為了保護現有用戶(hù)，兩類(lèi)新服務(wù)(授權和未授權)均不得對運行于該波段的海軍海岸雷達造成影響。授權用戶(hù)相對于最底層(未授權)用戶(hù)享受絕對保護，而最底層用戶(hù)無(wú)任何保護。盡管如此，這些最低等級的用戶(hù)仍可使用約80 MHz的頻譜，而且在某些情況下還可使用更多的頻譜，因此對于他們而言，仍不失為一種較有吸引力的方案。

　　除此之外，還有去年剛發(fā)布802.11ah等“Wi-Fish”標準。802.11ah稱(chēng)為“Wi-Fi HaLow”，運行于目前已被無(wú)繩電話(huà)、微波爐、工業(yè)射頻系統及軍用雷達占用的900~928 MHz ISM頻段。802.11ah的目標在于利用該頻率下的優(yōu)異傳播條件，以更小的射頻功率實(shí)現大得多的覆蓋范圍，從而使網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現農村地區的覆蓋，并同時(shí)還將物聯(lián)網(wǎng)考慮在內。

　　除了上述之外，還有于2014年批準用于所謂的電視白色空間的802.11af標準，其使用的頻段為隨電視技術(shù)從模擬向數字轉變而提供的54~790 MHz。802.11af通過(guò)認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，確保這些新的“Wi-Fi”接入點(diǎn)和用戶(hù)設備不會(huì )對數字電視和無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)等現有服務(wù)造成干擾。此外，其還采用地理位置數據庫確定何種信道在特定的地點(diǎn)和時(shí)間可供使用，并在必要時(shí)命令可造成干擾的設備跳轉至其他信道。802.11標準族還具有當前處于各種開(kāi)發(fā)階段的若干其他成員，這其中的多數采用毫米波頻率，并設計用于特定用途。

　　除了找尋頻譜的任務(wù)之外，還需要考慮可使整個(gè)過(guò)程變得復雜化的其他因素。例如，IEEE 802.11標準族異常復雜，其涉及包括每個(gè)標準的工作頻率、功率水平、室內或室外(或兩者兼有)環(huán)境、調制技術(shù)和其他區別特征、以及指明為了減小與相近服務(wù)發(fā)生干擾的可能性而必須采取的步驟的一長(cháng)串限制和要求等在內的諸多因素。802.11標準族不但包括11套不同的標準，而且還包括各種通過(guò)將若干標準組合并加入數十條修訂后形成的“合并標準”(每個(gè)合并標準都賦予獨有的標號，例如，802.11q標準用于車(chē)載環(huán)境無(wú)線(xiàn)接入)。因此，對802.11標準鉆研得越深，越會(huì )覺(jué)得自己選錯了研究方向。

　　筆者認為，新的Wi-Fi 頻譜的確立和驗證需要對上述所有因素加以考慮，而且在可能的情況下，還需與其他國家協(xié)調。對于每一候選頻率范圍，除了上述各因素之外，還需對其在傳播特性上與Wi-Fi的適合性以及與不斷變化的監管環(huán)境的適應性加以考量。

　　值得欣慰的是，人們已意識到這一問(wèn)題，并正在為此付出極大努力，以保證Wi-Fi不但仍然為當今的首選連接解決方案，而且還能應對未來(lái)之需。這一過(guò)程可能困難重重，但絕對為必要之舉。(技術(shù)校對：L-com中國 楊勇)

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第4期第85頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。