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快马加鞭为Wi-Fi找寻更多的频谱

作者:Mark Miller时间:2018-03-29来源:电子产品世界
编者按:当“Wi-Fi之父”维克·海耶斯(Vic Hayes)在1988年应当时就职的NCR公司的要求,开始为收银机寻找一种无线连接方法时,他无论如何也想不到他后来与贝尔实验室的布鲁斯·塔奇(Bruce Tuch)合作开发的连接方案能够在今日会成为一种不可或缺之物。

作者 / Mark Miller L-com Global Connectivity公司产品经理

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201803/377643.htm

  是如此之必要,以至于实际上无论身处何地,人们都随时带着支持功能的设备。然而,这也为的未来发展带来了挑战,这是因为Wi-Fi的频谱有限。总而言之,为了适应未来数年必然增长的Wi-Fi业务,必须为Wi-Fi分配更多的频谱。研究表明,至少需要多分配500 MHz,而且当视频串流等应用的需求超出预期时,甚至可能需要多分配1700 MHz的频谱。那么,何处才有可能找到整个DC~1.7 GHz频段的同等替代物?

及未来发展趋势

  为Wi-Fi分配的新频率应该能组成连续频段,以至少能够应付未来Wi-Fi标准所需的160 MHz信道带宽。其中,第一项未来标准为802.11ax,其工作频率为2.4 GHz和5 GHz,预计在2019年付诸应用。对于如此宽的信道,窄碎频带的简单拼凑或窄碎频带的载波聚合(无线运营商已做过该尝试)均不可行。然而,虽然在值得考虑的频率处难以直接找到这么大的带宽,但是在必要时可以考虑使用载波聚合。

  Wi-Fi是一种免许可的服务,美国联邦通信委员会(FCC)将其降格至专用于工业、科学和医学应用的ISM频段。遗憾的是,Wi-Fi主要使用的2400~2483 MHz频段已经完全饱和。该频段是第一个用于Wi-Fi的频段,大部分Wi-Fi标准至今仍在该频段运行。该频段由Wi-Fi与包括微波炉、无绳电话、车库门开启器以及婴儿监视器在内的一系列应用共享。由此可见,这一频段无法用作上述新频段。

  下一候选频段为802.11a、n、ac(以及未来近期的ax)采用的5.1~5.9 GHz频段,这一频段并未被现有服务充分利用,因此Wi-Fi有机会以共享的方式使用该频段。对于已加入及待加入的双方而言,共享频段都不是一件令人高兴的事,这是因为将干扰控制在可控范围内是一项非常复杂的任务,而且之前为数不多的此类尝试的结果均差强人意。该任务要求在某个实体(通常为政府)的精心策划下实施对全国范围内每一设备进行监控的管理计划。值得欣慰的是,接下来将部署采用3.5 GHz频率以及迄今为止最先进的频谱分配服务器(SAS)的市民宽带无线电服务(CBRS)。

新方法

  基于上述考量,目前已有各种解决方案得到批准,处于开发过程中或已被提出。其中,很多方案将Wi-Fi的定义扩大至远远超出当今的经典定义,但在目标方面基本殊途同归。例如,虽然CBRS并不专门用于Wi-Fi,但是由于其称为“创新频段”,因此FCC在附加了若干限制的同时,仍然对所有数字技术采取开发态度。举例而言,为了保护现有用户,两类新服务(授权和未授权)均不得对运行于该波段的海军海岸雷达造成影响。授权用户相对于最底层(未授权)用户享受绝对保护,而最底层用户无任何保护。尽管如此,这些最低等级的用户仍可使用约80 MHz的频谱,而且在某些情况下还可使用更多的频谱,因此对于他们而言,仍不失为一种较有吸引力的方案。

  除此之外,还有去年刚发布802.11ah等“Wi-Fish”标准。802.11ah称为“Wi-Fi HaLow”,运行于目前已被无绳电话、微波炉、工业射频系统及军用雷达占用的900~928 MHz ISM频段。802.11ah的目标在于利用该频率下的优异传播条件,以更小的射频功率实现大得多的覆盖范围,从而使网络能够实现农村地区的覆盖,并同时还将物联网考虑在内。

  除了上述之外,还有于2014年批准用于所谓的电视白色空间的802.11af标准,其使用的频段为随电视技术从模拟向数字转变而提供的54~790 MHz。802.11af通过认知无线电技术,确保这些新的“Wi-Fi”接入点和用户设备不会对数字电视和无线麦克风等现有服务造成干扰。此外,其还采用地理位置数据库确定何种信道在特定的地点和时间可供使用,并在必要时命令可造成干扰的设备跳转至其他信道。802.11标准族还具有当前处于各种开发阶段的若干其他成员,这其中的多数采用毫米波频率,并设计用于特定用途。

  除了找寻频谱的任务之外,还需要考虑可使整个过程变得复杂化的其他因素。例如,IEEE 802.11标准族异常复杂,其涉及包括每个标准的工作频率、功率水平、室内或室外(或两者兼有)环境、调制技术和其他区别特征、以及指明为了减小与相近服务发生干扰的可能性而必须采取的步骤的一长串限制和要求等在内的诸多因素。802.11标准族不但包括11套不同的标准,而且还包括各种通过将若干标准组合并加入数十条修订后形成的“合并标准”(每个合并标准都赋予独有的标号,例如,802.11q标准用于车载环境无线接入)。因此,对802.11标准钻研得越深,越会觉得自己选错了研究方向。

  笔者认为,新的Wi-Fi 频谱的确立和验证需要对上述所有因素加以考虑,而且在可能的情况下,还需与其他国家协调。对于每一候选频率范围,除了上述各因素之外,还需对其在传播特性上与Wi-Fi的适合性以及与不断变化的监管环境的适应性加以考量。

  值得欣慰的是,人们已意识到这一问题,并正在为此付出极大努力,以保证Wi-Fi不但仍然为当今的首选连接解决方案,而且还能应对未来之需。这一过程可能困难重重,但绝对为必要之举。(技术校对:L-com中国 杨勇)

  本文来源于《电子产品世界》2018年第4期第85页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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