快馬加鞭為Wi-Fi找尋更多的頻譜

作者 / Mark Miller L-com Global Connectivity公司產品經理

　　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。總而言之，為了適應未來數年必然增長的Wi-Fi業(yè)務，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，而且當視頻串流等應用的需求超出預期時，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?

頻譜的現狀及未來發(fā)展趨勢

　　為Wi-Fi分配的新頻率應該能組成連續(xù)頻段，以至少能夠應付未來Wi-Fi標準所需的160 MHz信道帶寬。其中，第一項未來標準為802.11ax，其工作頻率為2.4 GHz和5 GHz，預計在2019年付諸應用。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，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)將其降格至專用于工業(yè)、科學和醫(yī)學應用的ISM頻段。遺憾的是，Wi-Fi主要使用的2400~2483 MHz頻段已經完全飽和。該頻段是第一個用于Wi-Fi的頻段，大部分Wi-Fi標準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)視器在內的一系列應用共享。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，這一頻段并未被現有服務充分利用，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是一項非常復雜的任務，而且之前為數不多的此類嘗試的結果均差強人意。該任務要求在某個實體(通常為政府)的精心策劃下實施對全國范圍內每一設備進行監(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器(SAS)的市民寬帶無線電服務(CBRS)。

新方法

　　基于上述考量，目前已有各種解決方案得到批準，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今的經典定義，但在目標方面基本殊途同歸。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，仍然對所有數字技術采取開發(fā)態(tài)度。舉例而言，為了保護現有用戶，兩類新服務(授權和未授權)均不得對運行于該波段的海軍海岸雷達造成影響。授權用戶相對于最底層(未授權)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”標準。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大得多的覆蓋范圍，從而使網絡能夠實現農村地區(qū)的覆蓋，并同時還將物聯(lián)網考慮在內。

　　除了上述之外，還有于2014年批準用于所謂的電視白色空間的802.11af標準，其使用的頻段為隨電視技術從模擬向數字轉變而提供的54~790 MHz。802.11af通過認知無線電技術，確保這些新的“Wi-Fi”接入點和用戶設備不會對數字電視和無線麥克風等現有服務造成干擾。此外，其還采用地理位置數據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備跳轉至其他信道。802.11標準族還具有當前處于各種開發(fā)階段的若干其他成員，這其中的多數采用毫米波頻率，并設計用于特定用途。

　　除了找尋頻譜的任務之外，還需要考慮可使整個過程變得復雜化的其他因素。例如，IEEE 802.11標準族異常復雜，其涉及包括每個標準的工作頻率、功率水平、室內或室外(或兩者兼有)環(huán)境、調制技術和其他區(qū)別特征、以及指明為了減小與相近服務發(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的諸多因素。802.11標準族不但包括11套不同的標準，而且還包括各種通過將若干標準組合并加入數十條修訂后形成的“合并標準”(每個合并標準都賦予獨有的標號，例如，802.11q標準用于車載環(huán)境無線接入)。因此，對802.11標準鉆研得越深，越會覺得自己選錯了研究方向。

　　筆者認為，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。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不但仍然為當今的首選連接解決方案，而且還能應對未來之需。這一過程可能困難重重，但絕對為必要之舉。(技術校對：L-com中國 楊勇)

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