LTE成為主流？無(wú)線(xiàn)通信最新技術(shù)趨勢盤(pán)點(diǎn)（二）

　　智能手機的配備會(huì )發(fā)生良性循環(huán)

　　無(wú)線(xiàn)LAN的應用領(lǐng)域如今已有了很大擴展。過(guò)去，無(wú)線(xiàn)LAN主要應用于個(gè)人電腦及其外設、智能手機等便攜終端。但現如今，已擴大到以電視等影音設備為首，直到空調等白色家電、保健儀器和車(chē)載儀器等各種領(lǐng)域（圖4）。

　　圖4：無(wú)線(xiàn)LAN應用領(lǐng)域擴大

　　過(guò)去的無(wú)線(xiàn)LAN以筆記本電腦和個(gè)人電腦外設為中心。以配備智能手機為契機，應用范圍正在向數碼相機和保健儀器擴大。

　　市場(chǎng)正在快速擴大的智能手機和平板終端幾乎100％配備了無(wú)線(xiàn)LAN功能。因此，無(wú)線(xiàn)LAN用收發(fā)IC的供貨量扶搖直上，于2011年超過(guò)了10億個(gè)。供貨量的增加使得IC價(jià)格降低，進(jìn)而促進(jìn)了采用機型范圍的擴大，形成了良性循環(huán)。

　　如今，無(wú)線(xiàn)LAN已經(jīng)開(kāi)始向新市場(chǎng)擴展。在新市場(chǎng)上出現了不同于以往的要求。例如：“數據傳輸速度慢沒(méi)關(guān)系，但要能長(cháng)距離傳輸”、“總之收發(fā)IC的功耗要低”、“建立無(wú)線(xiàn)LAN連接最好更快一些”等。

　　IEEE802的新一代規范

　　無(wú)線(xiàn)LAN的進(jìn)化趨勢可以從新一代規范大致推測出來(lái)。無(wú)線(xiàn)LAN標準化團體“IEEE802.11”各工作組制定的新一代規范就是如此。

　　新一代規范大致可以分成三個(gè)方向。①追求更高速度的規范；②利用比過(guò)去的2.4GHz頻帶和5GHz頻帶更低的頻帶，旨在實(shí)現長(cháng)距離傳輸的規范；③大幅縮短建立連接的時(shí)間等旨在提高易用性的規范（表1）。

　　表1：IEEE802委員會(huì )正在制定的新一代無(wú)線(xiàn)LAN規范示例

　?、偈窃谘赜?GHz頻帶的情況下，使單系統的實(shí)際處理量提高到過(guò)去的10倍，達到1Gbps以上的“IEEE802.11ac”（以下稱(chēng)11ac），以及旨在利用60GHz頻帶毫米波實(shí)現近距離5G～6Gbps的高速傳輸的“IEEE802.11ad”（以下稱(chēng)11ad）。

　　關(guān)于②，正在推進(jìn)的是在數字電視閑置頻帶“TV空白頻段”（數十M～700MHz頻帶）間，利用面向便攜產(chǎn)品的500M～700MHz頻帶，旨在把傳輸距離延長(cháng)至3倍左右的“IEEE802.11af”（以下稱(chēng)11af），以及旨在利用900MHz頻帶等1GHz以下的頻帶實(shí)現長(cháng)距離傳輸的“IEEE802.11ah”（以下稱(chēng)11ah）。③則是把無(wú)線(xiàn)LAN的安全認證時(shí)間縮短到1/10左右的規范“IEEE802.11ai”（以下稱(chēng)11ai ）。

　　使用256QAM的11ac

　　無(wú)線(xiàn)LAN的現行規范是“IEEE802.11n”（以下稱(chēng)11n）。其后續的新一代規范是11ac。為了制定出單系統處理量超過(guò)1Gbps的規范，相關(guān)工作組已于2008年11月成立。

　　11ac的基本傳輸技術(shù)沿襲了11n以OFDM（正交頻分復用）傳輸數據的方法等。為了進(jìn)一步提高傳輸速度，大致在四個(gè)方向上擴充了11n的功能。首先是增加傳輸時(shí)的天線(xiàn)重數。11n采用了發(fā)送端和接收端使用多個(gè)天線(xiàn)元件，以同一頻道實(shí)現數倍傳輸容量的MIMO技術(shù)。11n的MIMO的天線(xiàn)重數最大為4重，但11ac最多可以實(shí)現8重。如此，傳輸速度可提高2倍。

　　第二點(diǎn)是提高一級調制方式的多值度。11n最大采用64值QAM，11ac則把256值QAM加入到了選項規范之中。使用256值QAM時(shí)，傳輸速度大約可以提高1.3倍。

　　接下來(lái)的第三點(diǎn)是把利用頻道的帶寬擴大到原來(lái)的2～4倍。11n使用的頻道的帶寬最大為40MHz。而11ac擴大到了80MHz及160MHz（選項規范）。

　　除了擴大帶寬、采用256值QAM等現行技術(shù)的擴充之外，11ac還將采用全新技術(shù)。那就是第四點(diǎn)——多用戶(hù)MIMO。多用戶(hù)MIMO是指利用無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)等基站方的天線(xiàn)，對傳輸波束進(jìn)行控制，使用同一頻道，向不同的終端發(fā)送不同的數據，以實(shí)現同時(shí)連接。

　　11n之前支持的均為同時(shí)僅允許1臺終端與MIMO交換數據的“單用戶(hù)MIMO”。隨著(zhù)11ac發(fā)展為多用戶(hù)MIMO，多個(gè)終端將可以同時(shí)與基站交換數據，有望大幅提升單系統的處理量。

　　用毫米波帶可實(shí)現高速傳輸

　　面向進(jìn)一步高速化的另一項規范是利用60GHz頻段的11ad。這個(gè)頻段可以確保世界通用的5G～7GHz左右的帶寬。在這個(gè)較有富裕的帶寬中，通過(guò)設置單通道帶寬為2.16GHz的通道，最大可實(shí)現約6.7Gbps數據傳輸。

　　11ad的規范已經(jīng)成形，半導體開(kāi)發(fā)漸入佳境。而且，為了促進(jìn)遵循11ad的毫米波通信的普及，業(yè)界團體“WiGig”正在開(kāi)展活動(dòng)，向會(huì )員企業(yè)公開(kāi)正式規范。其中，松下準備馬上著(zhù)手開(kāi)發(fā)遵循11ad的芯片組，在WiGig產(chǎn)品中加以運用。該公司有意把11ad芯片組應用于便攜終端的近距離高速無(wú)線(xiàn)傳輸。為了降低功耗，松下采取了在芯片組的RF收發(fā)器IC上置入相位噪聲極低的電壓控制振蕩電路，為降低功率放大器的輸出功率進(jìn)行優(yōu)化等措施。

　　還將利用900MHz頻帶

　　著(zhù)眼于利用TV空白頻段的11af，與著(zhù)眼于利用900MHz頻帶的11ah，在利用比過(guò)去的2.4GHz和5GHz更低的頻帶的意義上，有著(zhù)相似的概念。

　　其中，11af設想利用的是500M～700MHz等頻帶。在這個(gè)頻段，如果沒(méi)有微波數字電視和無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)等優(yōu)先服務(wù)存在，使用頻道無(wú)需申請執照。

　　利用TV空白頻段的設備，需要訪(fǎng)問(wèn)數據庫了解頻道的空閑狀態(tài)，此時(shí)的訪(fǎng)問(wèn)方法的規范化目前正在研究之中。FCC制定的TV空白頻段使用規定除了訪(fǎng)問(wèn)數據庫的功能之外，最初還要求內嵌載波偵聽(tīng)功能，用來(lái)檢測其他無(wú)線(xiàn)服務(wù)是否存在。由于在產(chǎn)品中安裝這項功能需要極高的接收靈敏度，一般認為便攜終端很難利用TV空白頻段。然而，在2010年下半年，FCC提出了無(wú)需配備載波偵聽(tīng)功能的方向。

　　與使用地區受限的TV空白頻段相比，11ah有意利用的900MHz等頻帶與世界市場(chǎng)的磨合性較好。11ah將爭取利用這些頻段，大幅延長(cháng)傳輸距離。

　　11ah還在探討之中，傳輸規范尚未敲定。目前，工作組正在對傳輸方式使用OFDM，在保持系統與現行無(wú)線(xiàn)LAN（11a/b/g/n）相似的基礎上，降低頻帶的物理層等拓展方法進(jìn)行探討。

　　11ah工作組在美國以從事電力及燃氣公司設備生產(chǎn)的企業(yè)為主導，以智能電網(wǎng)的使用場(chǎng)景為前提開(kāi)展的討論不在少數。

　　大幅縮短建立連接的時(shí)間

　　11ai是旨在大幅縮短無(wú)線(xiàn)LAN安全初始認證需要的時(shí)間的規范。無(wú)線(xiàn)LAN的初始認證在終端與接入點(diǎn)之間至少需要交換14次數據包，而且，在初始認證之后，還要交換DHCP等數據包。因此常常需要數百m秒以上的時(shí)間。而11ai的目標是將這一時(shí)間縮短到1/10～1/15。
本節主要介紹較近距離無(wú)線(xiàn)連接使用的無(wú)線(xiàn)PAN（個(gè)人局域網(wǎng)）技術(shù)。

　　智能手機的藍牙

　　無(wú)線(xiàn)PAN技術(shù)正在面向眾多用途不斷發(fā)展，本文將挑選最近尤其受到關(guān)注的三個(gè)用途，對其動(dòng)向進(jìn)行解說(shuō)。三個(gè)用途分別是（1）智能手機周邊、（2）醫療保健、（3）面向家庭能源管理的“HAN”（home area network，家庭局域網(wǎng)）。

　　首先，（1）智能手機周邊是指智能手機及其外設使用的無(wú)線(xiàn)PAN技術(shù)。在這個(gè)領(lǐng)域，普及度占壓倒性?xún)?yōu)勢的當屬近距離無(wú)線(xiàn)標準“藍牙”。主要生產(chǎn)商的智能手機絕大多數都配備了藍牙通信功能，用于連接無(wú)線(xiàn)耳機和耳麥等。

　　藍牙的焦點(diǎn)在于最新版本“Version 4.0”中加入的低耗電量模式“Bluetooth Low Energy”，該模式又被稱(chēng)作BluetoothLE或BLE，該模式的耗電量?jì)H為傳統藍牙的1/5～1/10，因此可以應用于使用紐扣電池驅動(dòng)的小型設備。

　　縮小的包的最大長(cháng)度

　　BLE利用2.4GHz頻帶、使用跳頻方式的擴頻技術(shù)來(lái)收發(fā)電波這一點(diǎn)與現行藍牙相同。不同之處是跳頻利用的信道數量從過(guò)去的79個(gè)減少到了40個(gè)，相應地，信道間隔擴大到了2MHz。

　　為了減少消耗電流，數據收發(fā)需要的時(shí)間縮短到了300μs左右，不到過(guò)去的1/2。而且還通過(guò)大幅縮短需要輸出峰值電流的時(shí)間，延長(cháng)待機模式狀態(tài)下的時(shí)間，減少了消耗電流。為了實(shí)現這一點(diǎn)，收發(fā)的數據包的最大長(cháng)度控制在了現行藍牙的1/8左右。如此一來(lái)，實(shí)際最大數據傳輸速度有所降低，約為300kbps。

　　新版本的前身是諾基亞在2006年發(fā)布的低耗電無(wú)線(xiàn)技術(shù)“Wibree”。這是該公司為手表和傳感器產(chǎn)品提出的無(wú)線(xiàn)規范，博通、CSR等半導體廠(chǎng)商以及精工愛(ài)普生、太陽(yáng)誘電都在主導企業(yè)之列。但之后，隨著(zhù)Wibree與藍牙合并，該技術(shù)被冠以了Low Energy的名稱(chēng)。

　　醫療和保健用途

　　關(guān)于無(wú)線(xiàn)PAN的第二個(gè)動(dòng)向——醫療和保健，如今備受關(guān)注的標準是“IEEE802.15.6”。因為是在人體周?chē)褂?，所以也叫做“BAN”（body areanetwork，人體局域網(wǎng)）。<