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，以至于實際上無論身處何地，人們都隨時帶著支持Wi-Fi功能的設(shè)備。然而，這也為Wi-Fi的未來發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，這是因為Wi-Fi的頻譜有限?？偠灾?，為了適應(yīng)未來數(shù)年必然增長的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(dāng)視頻串流等應(yīng)用的需求超出預(yù)期時，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DC~1.7 GHz頻段的同等替代物?

頻譜的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

　　為Wi-Fi分配的新頻率應(yīng)該能組成連續(xù)頻段，以至少能夠應(yīng)付未來Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)所需的160 MHz信道帶寬。其中，第一項未來標(biāo)準(zhǔn)為802.11ax，其工作頻率為2.4 GHz和5 GHz，預(yù)計在2019年付諸應(yīng)用。對于如此寬的信道，窄碎頻帶的簡單拼湊或窄碎頻帶的載波聚合(無線運營商已做過該嘗試)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(FCC)將其降格至專用于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)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。該頻段是第一個用于Wi-Fi的頻段，大部分Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)至今仍在該頻段運行。該頻段由Wi-Fi與包括微波爐、無繩電話、車庫門開啟器以及嬰兒監(jiān)視器在內(nèi)的一系列應(yīng)用共享。由此可見，這一頻段無法用作上述新頻段。

　　下一候選頻段為802.11a、n、ac(以及未來近期的ax)采用的5.1~5.9 GHz頻段，這一頻段并未被現(xiàn)有服務(wù)充分利用，因此Wi-Fi有機會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(nèi)是一項非常復(fù)雜的任務(wù)，而且之前為數(shù)不多的此類嘗試的結(jié)果均差強人意。該任務(wù)要求在某個實體(通常為政府)的精心策劃下實施對全國范圍內(nèi)每一設(shè)備進行監(jiān)控的管理計劃。值得欣慰的是，接下來將部署采用3.5 GHz頻率以及迄今為止最先進的頻譜分配服務(wù)器(SAS)的市民寬帶無線電服務(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(zhǔn)，處于開發(fā)過程中或已被提出。其中，很多方案將Wi-Fi的定義擴大至遠遠超出當(dāng)今的經(jīng)典定義，但在目標(biāo)方面基本殊途同歸。例如，雖然CBRS并不專門用于Wi-Fi，但是由于其稱為“創(chuàng)新頻段”，因此FCC在附加了若干限制的同時，仍然對所有數(shù)字技術(shù)采取開發(fā)態(tài)度。舉例而言，為了保護現(xiàn)有用戶，兩類新服務(wù)(授權(quán)和未授權(quán))均不得對運行于該波段的海軍海岸雷達造成影響。授權(quán)用戶相對于最底層(未授權(quán))用戶享受絕對保護，而最底層用戶無任何保護。盡管如此，這些最低等級的用戶仍可使用約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(biāo)準(zhǔn)。802.11ah稱為“Wi-Fi HaLow”，運行于目前已被無繩電話、微波爐、工業(yè)射頻系統(tǒng)及軍用雷達占用的900~928 MHz ISM頻段。802.11ah的目標(biāo)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現(xiàn)大得多的覆蓋范圍，從而使網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)村地區(qū)的覆蓋，并同時還將物聯(lián)網(wǎng)考慮在內(nèi)。

　　除了上述之外，還有于2014年批準(zhǔn)用于所謂的電視白色空間的802.11af標(biāo)準(zhǔn)，其使用的頻段為隨電視技術(shù)從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)變而提供的54~790 MHz。802.11af通過認(rèn)知無線電技術(shù)，確保這些新的“Wi-Fi”接入點和用戶設(shè)備不會對數(shù)字電視和無線麥克風(fēng)等現(xiàn)有服務(wù)造成干擾。此外，其還采用地理位置數(shù)據(jù)庫確定何種信道在特定的地點和時間可供使用，并在必要時命令可造成干擾的設(shè)備跳轉(zhuǎn)至其他信道。802.11標(biāo)準(zhǔn)族還具有當(dāng)前處于各種開發(fā)階段的若干其他成員，這其中的多數(shù)采用毫米波頻率，并設(shè)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過程變得復(fù)雜化的其他因素。例如，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)族異常復(fù)雜，其涉及包括每個標(biāo)準(zhǔn)的工作頻率、功率水平、室內(nèi)或室外(或兩者兼有)環(huán)境、調(diào)制技術(shù)和其他區(qū)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串限制和要求等在內(nèi)的諸多因素。802.11標(biāo)準(zhǔn)族不但包括11套不同的標(biāo)準(zhǔn)，而且還包括各種通過將若干標(biāo)準(zhǔn)組合并加入數(shù)十條修訂后形成的“合并標(biāo)準(zhǔn)”(每個合并標(biāo)準(zhǔn)都賦予獨有的標(biāo)號，例如，802.11q標(biāo)準(zhǔn)用于車載環(huán)境無線接入)。因此，對802.11標(biāo)準(zhǔn)鉆研得越深，越會覺得自己選錯了研究方向。

　　筆者認(rèn)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(diào)。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(jiān)管環(huán)境的適應(yīng)性加以考量。

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

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