2006年1月,由EWC(Enhanced Wireless Consortium)联盟所提出的802.11n Wi-Fi标准草案,正式由国际电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers;IEEE)投票通过,作为新世代Wi-Fi标准规格讨论的第一个基础。虽然依照IEEE正规审核程序,该草案将经过为期一年半左右的意见汇整、投票及批准流程,但过由于原本对规格持不同意见的各方终于取得共识,因此业界对于标准的底定与未来Wi-Fi无线市场的发展,均抱持着乐观的态度,并纷纷推出因应的新产品。
此次提案中的IEEE 802.11n Wi-Fi标准,将协助业者开发各种高效能的新一代无线局域网络(Wireless Local Area Networking;WLAN)产品。该标准支持最高600Mbps的传输速率,远超越目前市面上的802.11a/b/g等Wi-Fi产品。同时,采用多重输入与输出(Multiple Input Multiple Output;MIMO)技术,将使无线系统能够支持更长的通讯距离,此项转变将使不同市场的无线产品,均能支持各种先进的多媒体应用。本文将针对最新通过的Wi-Fi规格草案,深入探讨新一代802.11n技术的重要内涵及市场优势。
WLAN标准发展现况
802.11n修正规格为目前市面上最先进的WLAN标准,将发展出一套新的高流量媒体存取器(Media-Access Controller;MAC)与物理层(Physical-Layer)延伸技术。高流量(High Throughput)计划的目标是提供新的PHY与MAC相关改良技术,提供流量在100Mbps以上有效无误的数据,或所谓的有效传输流量(Goodput)。
100Mbps在过去一向被视为难以跨越的流量门坎,然而目前已有多项技术提案宣称能达到600Mbps的无线传输速度,并可将MAC的使用效率从50%提升至70%左右。如果这些提案中的宣称为真,尖峰时段的数据传输速率将超过400Mbps。而在家庭或办公室的环境中,将可带来远超过现有系统的数据传输速率与传输距离。
迈向高效能的新一代Wi-Fi网络
(图一)的比例虽不甚精密,但仍可清楚地呈现传输速度与距离。802.11n将延伸WLAN的最高数据传输速率与传输距离。相较于之前的802.11a/b/g,新一代的无线电规格能够在各种数据传输率下,提供更远的传输距离。换个角度来说,802.11n规格将能在任何传输距离下,提供更高的数据传输速率,以实现许多过去技术上无法达到的应用,例如在整个住宅环境中进行无线影片传输。
规划中的PHY修正草案
新一代Wi-Fi技术之所以能够达到更高的传输速率以及更远的传输距离,主要来自于运用MIMO技术所带来的效能提升。MIMO技术是一种讯号处理天线技术,其基础架构在使单一天线同时发射及接收多重讯号,以有效扩大传输距离、提升传输速率,并改善频谱效率。
传统的802.11技术以20MHz的带宽传输单一讯号,尖峰传输速率约为54Mbps。而最新提出的802.11n草案,则是计划运用多重空间数据流,在相同的20MHz带宽中同时传送四个讯号。如此一来,将需要增加二到四个平行无线电前端组件与天线,才能使效率大幅提升。假设采用四个平行运作的无线电,就能提供高于现有讯号流系统四倍的数据传输速率。
除运用MIMO无线电技术克服Wi-Fi技术在多重信道上长久以来的发展瓶颈外,新一代的802.11n技术更运用两个频道,或者重复使用40MHz频道等简单的方法,将数据传输速率提高两倍之多。透过上述两种技术应用,便可使采用802.11n标准装置的数据传输速率提升至八倍左右。再加上其他周边技术的帮助,令新一代802.11n技术不论在数据传输速率与传输距离上,都能有令人惊艳的效能提升。
规划中的MAC修正草案
一般而言,MAC的使用效率大约为50%。除上述的两种技术应用外,其他多项改良技术亦将使整体MAC使用效率向上提升。由于通讯系统双向链路的特性,使得无线数据串流永远无法仅专注用户下载数据作业。同时,提供的数据串流则必须在前置数据字段中包含关键信息,使传送器与接收器的时序能同步化,并在封包传送有关数据单元长度、使用的调制技术、收悉通知及其他频道分配的信息时,能够设定AGC自动增益控制。此外,草案中所提出的技术,包括封包快冲模式、区域收悉通知、缩减讯框间的闲置空间等规划中的技术,都希望能藉由提高数据封包的传输密度,并减少闲置或无线传输的时间,来增加无线电数据传输速率。
虽然认为这些技术将会全部派上用场可能是不切实际的想法,但这个想法一但实现,整体MAC的使用效率将有可能提高至85%,进而将现今技术的数据传输速率提升1.7倍。
综上所述,若能结合所有针对物理层的传输速率改良技术,再加上增加MAC使用效率的各种提案,理论上802.11n的传输速度将可提高十四倍左右,实际的传输速率则可达到约500Mbps。虽然这样的传输速度必须在各种条件相互配合的情况下才能达成,但仍显示出802.11n无线电技术仍是有可观的创新空间与发展潜力。
传输距离的进一步延伸
除了传输速率外,该项草案也在技术上有诸多改良,俾使802.11n技术在传输距离亦得以延伸。无线电组件的研发业者除了提升传输功率或接收器的灵敏度之外,还有许多规格选项等待开发,包括运用各种改良的前向错误修正(Forward Error Correction;FEC)编码技术,如涡轮回旋编码、低密度奇偶校验编码(Low Desity Parity Check;LDPC),以及空时区块码(Space Time Block Code;STBC)。另一项值得注意的是一项名为Beamforming的波型生成技术,能集中将无线电讯号的能量以不同的方式加以集中,而非以相同强度向所有方向进行广播。这些技术加上MIMO技术容许多重信道的特性,能改进接收器的噪讯比,让数据传输速率与传输距离都能超越前世代的设备。
结论
另一项值得注意的是一项名为Beamforming的波型生成技术,能集中将无线电讯号的能量以不同的方式加以集中,而非以相同强度向所有方向进行广播。这些技术加上MIMO技术容许多重信道的特性,能改进接收器的噪讯比,让数据传输速率与传输距离都能超越前世代的设备。