IEEE 802.11、Wi-Fi 2013年发展动向展望

行业:电子元器件时间:2013/3/25 0:00:00此信息共有935人关注

wi-fi certified miracast

看到诸多wi-fi芯片业者提出wi-fi display(无线播放)的方案,如intel的widi,或apple提出airplay mirroring应用等,wi-fi联盟也有意统一wi-fi串流播放应用的标准,进而提出wi-fi certified miracast(以下简称miracast)。

miracast在2012年6月提出,而wi-fi联盟正式提供认证测试的时间则为同年8月,诸多芯片业者均支持此一共通标准,包含ti、nvidia等,而intel也愿意放弃自2010年即开始推行的widi,新版widi将依循miracast标准。

不仅芯片业者支持,google也支持miracast,android 4.2版即支持miracast,而google与lg合作的智能型手机nexus 4也支持miracast。而2013年1月ces期间,wi-fi联盟也发出新闻稿,强调持续强力推展miracast功效及应用。

由于miracast是纯软件方案,不用更动底层标准,因此不需要增订、修订ieee 802.11标准也能实现,事实上miracast也倚赖另一个底层标准wi-fi direct,该标准也是纯软件方案,不需要变更硬件即可实现。

与其它家用网络保持友谊关系

家庭区域网络自1998年开始谈论,例如以电话线建构家庭网络(homepna),用电源电力线建构家庭网络(homeplug)、用有线电视的同轴电缆建构家庭网络(moca)等,但其实最普遍使用的家庭网络却是无线的wi-fi(另有一小段时间流行homerf,然很快被wi-fi所取代)。

虽然wi-fi为家用网络最大赢家,但从wi-fi联盟在ces 2013期间的展示可看出,wi-fi联盟无意与其它有线家用网络竞争,相反地,却有共同推促家用网络的技术示范。例如wi-fi联盟与zigbee联盟和homeplug网络联盟达成合作协议,使 wi-fi、homeplug 绿色实体层(green phy)和使用 sep 2.0 应用协议的 zigbee 网络设备具备可互通性。

11ac极高通量(vht)的技术推展

所谓极高通量(very high throughput;vht)指的是原生传输率突破1gbps的wi-fi技术,此方面需要底层技术的支持,针对此ieee 802.11工作小组研拟2套标准,一是ieee 802.11ac,另一是ieee 802.11ad。

ieee 802.11ac使用wi-fi较少使用的5ghz频段(相对于2.4ghz频段较少被使用),可说是过往11g、11n速率标准的接替延伸,11ac最快可到6.93gbps(理论值),而加速手法主要是将过往11n的技术再持续强化精进而得。

例如11n每通道带宽为20mhz或40mhz,11ac则扩增至80mhz、160mhz,又如11n最高调变为64qam(事实上11a标准已是64qam),而11ac增至256qam,另外11n最多4组天线,11ac则增至8组。

比较特别的是,11ac的8组天线不能同时服务同1个终端装置,而是服务2个或2个以上的装置,同时服务2个以上的装置,也改变wi-fi过往的同时间仅服务1个装置的惯例,因此该功效称为mu-mimo(multi-user mimo),亦即过往11n的多进多出(multiple-input and multiple-output,mimo)技术,可同时用来服务2个以上的使用者。

由于11ac将wi-fi速率再往上提升,可说是wi-fi速率标准的第5次改版(或称第5世代),加上使用5ghz频段,因而营销多称为「5g wi-fi」。

11ac虽有更高速率,但尚未完成所有订立,原订2013年底可完成正式版订立,然目前观察时程恐要递延至2014年初,不过业者已等不及正式版本出炉,自2012年下半年开始,业界已用11ac草版标准来推行新芯片,目前先行的作法称为wave 1,并未实现所有的11ac功效,如wave 1仅有80mhz通道带宽,须至wave 2才有160mhz通道带宽。

11ad极高通量(vht)的技术推展

11ac外的另一gbps级标准为ieee 802.11ad,11ad使用60ghz频段,由于频率过高,电波发波后即快速衰减,因此不适合长距离传输(10公尺内),也不能穿墙传输(视线内传输line-of-sight,los),然优点是传输率高,目前点对点传输可至7gbps,理论值则在10gbps、20gbps以上,未来能仍有加速潜力空间。

11ad也尚未完成正式版标准订立,且其推行的名称为wigig(wireless gigabit alliance),于2009年开始推展,但2013年初已确定wigig将与wi-fi融合整并,wi-fi联盟在ces 2013期间也力推此一标准技术,但改以「multi-gigabit point-to-point wireless」一称推行。另外,wi-fi联盟未称11ac为5g wi-fi,而是称「gigabit wi-fi」。

11ad的正式标准也预计在2014年才能完成,估计在此之前业者也是以草拟版标准先行在市场推展,11ad在基频(baseband,bb)与低阶媒体存取控制(lower media access control,mac)层方面兼容于ieee 802.11标准,因此未来的wi-fi产品有可能同时兼具11n与11ad,或是兼具11ac与11ad,并可视应用情境(有无穿墙传输需求、10公尺外传输需求等)而自动侦测切换,或手动切换等。

分流(offloading)机制标准wi-fi passpoint

随着智能型手机日益普及,愈来愈多人使用手机上网,此大量耗损3g基地台的数据带宽,但过往为鼓励大众使用行动数据服务,对数据服务的收费采行大方的吃到饱费率,过低的费率使电信商收入微薄,从而无法再建置、投资新的3g基地台来纾缓服务需求。

针对此,各国电信商与电信设备商开始有各种因应,美国4大电信商全面取消吃到饱服务,台湾也有意跟进,欧洲则维持吃到饱,但对于重度用户耗用过多带宽与传输量后,局端会开始对该用户限速。另外基地台业者开始推行比较平价低廉的小型基地台(small cell base station),好降低电信商扩建的财务负担。

除了上述修正措施外,业界也提出wi-fi分流(wi-fi offloading,卸除负荷)方案,即wi-fi基地台相当便宜,仅100美元不到就可以得到约80~140公尺距离、150~450mbps通量速率。因此,电信业者开始在重点区域布建wi-fi基地台,如机场、饭店、餐厅等,用wi-fi基地台来分担3g基地台的数据服务负荷量。

严格而论,wi-fi基地台只能部份分担3g数据服务的负荷,而无法完全取代,一是wi-fi基地台覆盖面积太小,另一是wi-fi基地台间的换手机制(hand-off)不够快,无法支持行车(高速移动下)通讯,只能定点(零速度)或走动(低速)。虽然wi-fi分流有其限制,但wi-fi能以廉价布建来满足外出的定点、低速数据服务需求,在现阶段已难得可贵。

wi-fi分流作法虽理想,但终端消费者若要自己查找wi-fi的ssid,进而自行输入帐号口令才能使用数据服务,未免不便,为此业界开始提出各种无缝切换机制,让终端装置自动侦测附近可用的wi-fi基地台,也自动输入帐号口令,让使用者使用wi-fi分流服务,与使用3g行动数据般一样无形便利。

不过,现阶段业界提出各种不同的无缝切换机制,鉴于平顺切换机制的紊乱,wi-fi联盟提出wi-fi passpoint,wi-fi passpoint以ieee 802.11u及hot spot 2.0标准为基础,期望wi-fi passpoint成为日后一统的平顺切换机制。

ieee 802.11af(super wi-fi/tv white space)

虽然wi-fi的底层技术倚仗的是ieee 802.11标准,但不代表wi-fi会采行所有ieee 802.11订立的标准,或ieee 802.11订立的标准必成为wi-fi,在后续的ieee 802.11标准订立中,就有部份不确定会否与wi-fi兼容互通。

以ieee 802.11af为例,它是运用过往电视白区(tv white space,tvws)的频段所订立标准,另一个也是使用该区频段的无线标准为ieee 802.22。由于使用白区频段(vhs的54mhz~216mhz及uhf的470mhz~698mhz),有时ieee 802.11af也称为white-fi(取wi-fi一词的衍生变化)。

除了white-fi外,ieee 802.11af也被称为super wi-fi,原因是白区频段的频率低,单一基地台的建立即可达高面积的覆盖,理论值可达160公里之远,远多过现有wi-fi的100公尺上下距离。

虽称为super wi-fi,但其实尚未确定与wi-fi兼容,且正式的11af标准也要等到2014年6月才能底定,2012年初wi-fi联盟已经对super wi-fi一称有些微词,并发表新闻稿声明,此一名称有让用户误以为super wi-fi与wi-fi相通,wi-fi联盟对此表示关切等。

ieee 802.11ah(wsn/iot)

除11af外,11ah是另一个与wi-fi关连性不高的ieee 802.11标准,11ah是订立一个低于1ghz以下的频段标准,该标准将用来支持无线传感器网络(wireless sensor network,wsn),以及支持物联网(internet of thing,iot)、智能型电网(smart grid)的智能电表(smart meter)等应用,即类似zigbee的功效应用。

事实上wi-fi联盟确实有往其它应用领域发展的意向,特别是工业控制、医疗等过往的垂直应用市场等,例如2012年初示范过wi-fi与zigbee互通,zigbee部份是使用sep 2(smart energy profile 2)的应用型态,言下之意zigbee部份是用来进行输配电、供电用电等侦测之用。11ah目前仍在订立中,预估2015年5月可以完成正式版标准。

ieee 802.11aj(大陆60ghz微米波标准)

前面谈及ieee 802.11ad为60ghz频段的标准,60ghz一般为不需要授权即可使用的频段,然严格而论,此频段各国仍有部份的差异。例如韩国是57ghz~64ghz,日本是59ghz~66ghz,而欧洲、北美也各有不同,澳洲甚至只59.4ghz~62.9ghz范畴,带宽明显较其它国家为小。

由于各国的不同,因而有针对大陆所订立的毫米(公厘等级)波标准,所谓毫米波指的是电波的波长,即光速除以频率,每秒299,792,458公尺除以60ghz,约为5毫米左右。大陆版的60ghz频段标准,即为ieee 802.11aj,一般称为cmmw(china millimeter wave)。

小幅调修的11ai、11mc

除上述ieee 802.11标准外,也有若干小标准在研拟中,但主要是补强现有ieee 802.11标准的一些小缺漏,使整体标准更加完备。例如ieee 802.11ai是用来加速wi-fi初始连结设定的速度之用,预计2014年9月可以完成订立。又如ieee 802.11mc,该标准无具体重大变革,只针对网络的维护管理方面提出更多的补强与修正,预计2015年3月完成标准。

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