802.11ac与新一代无线网络技术标准发展与演进
- DIGITIMES企划
-
无线通讯？网络技术依连线速率、距离与应用上，可从小于1Mbps/1m以下的NFC、1Mbps/10m以下的802.15个人无线网络(PAN)，11？600Mbps、100？300m的802.11a/b/g/n Wi-Fi无线区域网络，到能提供20公里距离、75？300Mbps的WiMax/3G/4G LTE广域无线网络(Wide Area Network；WAN)。
802.11ac将以空旷不拥挤的5GHz频段，提供至少1.3Gbps的超高连线速率，为高清？4K分辨率的影音传输与多屏一云的云端应用，带来毫无羁绊的无线应用新契机。
无线区域网络(WLAN)与Wi-Fi标准的演进
在导入电脑应用之前，无线传输技术的发展已经有数十年历史。而无线区域网络(Wireless Local Area Network；WLAN)技术，源自于1991年NCR与AT&T双方为一家荷兰银行开发的无线收银系统。
当Wi-Fi之父Vic Hayes以这项产品的应用技术，于1997年IEEE(国际电机电子工程学会)制定出802.11无线网络规范，以2.4GHz ISM频段运作与来自军方FHSS(跳频展频)与DSSS(直接序列展频)，BPSK、QSK与QPSK载波调变技术，传输速率为2Mbps，户内？户外连线距离可达20、100米，成为最早的Wi-Fi规格。
1999年追加了5GHz频段、较先进的OFDM(正交分频多工)调变技术的802.11a，与同样2.4GHz频段、DSSS调变技术的802.11b规格，连线速率分别达到54、11Mbps，户内外连线距离也加大到35、120？140米；同年Wi-Fi联盟正式成立并致力于IEEE 802.11x无线网络产品的推动与相关认证，使得Wi-Fi与IEEE 802.11x被视为无线区域网络标准的等义代名词。
2003年英特尔(Intel)推行Pentium M处理器+855移动芯片组+802.11ab/802.11b无线网卡三合一的第一代迅驰(Centrino)移动平台，采OFDM(正交分频多工)、2.4GHz ISM频段的802.11g规格，连线速率直追5GHz频段的802.11a(54Mbps)，且跟既有802.11b兼容，户内连线距离加大到38米。
2004年初IEEE对802.11g正式定案，802.11b/g也迅速成为2004~2009年之间，笔记本电脑甚至无线网卡的主流规格。
随着移动通讯、网际网络移动化、视讯串流化与云端运算的应用逐渐普及，从PMP、数码镜头，到智能手机、平板电脑等装置追加Wi-Fi 802.11b/g无线网络，促使Wi-Fi无线网络应用移动化，也进一步带动了家庭企业无线闸道器？路由器产品的蓬勃发展。而采用2.4/5GHz ISM频段、运用最新4x4 MIMO(多重天线收发)技术的802.11n规格于2009年推出。
其首度将运作带宽加倍到40MHz，同时采用OFDM(正交分频多工)与16QAM、64QAM调变编码技术，以1T1R1Stream(一传送？一接收？单数据流)的连线速率上限达150Mbps，2T2R2Stream(双天线？双数据流)的802.11n装置，连线速率达300Mbps，3T3R3Stream(三天线？三数据流)更达到450Mbps；若是采用4T4R (4x4 MIMO)设计下，802.11n的连线速率极限达到600Mbps。
不过受限于功耗以及成本，大多数移动设备仍以1T1R？2T2R(1x1？2x2 MIMO)双数据串流的设计为主，采4T4R(4x4 MIMO)的移动设备并不多见，使得多数顶级802.11n的无线闸道器产品，仍以3根天线(3T3R， 3x3 MIMO)的三数据串流，连线速率450Mbps的产品最为常见。
Wi-Fi走向移动设备 无线网络G情演出
由于做高清甚至4K影音传输，所需的网络串流速率从1.3Gbps？7Gbps不等，而在多屏一云的数码家庭应用的驱动下，家中移动设备、个人电脑与笔记本电脑，以至于大尺寸液晶电视，透过无线闸道器相互传送影音数据，更是把家中无线闸道器的带宽消耗殆尽，即便是最高4x4 MIMO技术的802.11n也不胜负荷。
于是IEEE于2008年11月启动ac工作小组(TGac)，以较少干扰的5GHz ISM频段，开发出突破Gbps等级的无线网络新技术，同时与既有5GHz频段的802.11a/n兼容，这即为802.11ac规格的前身。
甫于2014年1月正式定案的802.11ac规格中，采用5GHz(从4.9~ 6.0GHz)射频频段；同样采OFDM正交分频多工与解码效率更高的QAM256载波调变技术，MIMO数据串流上限也扩大到最多8个。
802.11ac也加入了针对多用户、多MIMO装置的MU-MIMO动态调配技术，以及巧妙计算多重天线之间电波的振幅干涉，对终端装置形成具指向性强化电波的波束成型(Beamforming)技术。
光单数据串流下，使用80Mhz带宽的802.11ac就达到433Mbps的连线速率。以常见的3天线3数据串流(3x3 MIMO)的无线路由器做比较，40MHz带宽、2.4/5GHz频段的 802.11n，连线速率为450Mbps；而80MHz带宽、5GHz频段的802.11ac装置，连线速率为433Mbps*3=1.3Gbps，约为802.11n的三倍，也达到无线传递高清影音的门槛。
而802.11ac若使用最高8x8 MIMO(8天线8数据串流)，并使用160MHz带宽，其连线速率上限达到433*8*2=6,933Mbps=6.93Gbps，这种连线速率也达到了传递无压缩高清影音(Full HD)甚至是4K(3840x2160)影音的速度需求。
2.4/5GHz截长补短 双频成当今主流
比起802.11n产品室内连线距离可达70米。受限于802.11ac的5GHz高频率特性使然，其信号散射与穿透能力较差，在室内环境下802.11ac装置之间的连线距离仅剩30米左右，退回到当初1997年Wi-Fi刚推出的水准。
所幸802.11ac规格上与5GHz 802.11n兼容，802.11ac网卡多半具备兼容降速能力，当网卡无法查找到5GHz频段上以802.11ac最高速连接时，可以切回5GHz/802.11n模式，甚至2.4GHz/802.11n的连线模式进行无线传输。
也因此网通芯片？网卡设备厂商，推出结合5GHz 802.11ac与既有2.4/5GHz 802.11n的双频？双模产品，让用户无论是使用既有的802.11n移动设备，或先进的802.11ac高速移动网卡？手机装置，依照扫描得到的连线距离需求，动态选择用802.11n或是速度最快的802.11ac来连线。
而双频802.11ac无线分享器也是基于这种思维设计，坊间许多高端双频802.11ac无线闸道器？分享器产品，是以提供3x3 MIMO 802.11n(450Mbps)＋3x3 MIMO 802.11ac(1300Mbps)，总带宽达1750Mbps为规格诉求；它能同时接受802.11ac与802.11n的无线装置各自连接，并各自以1.3Gbps、450Mbps的规格最高速率去服务。
博通(Broadcom)在自家的路由器芯片？网卡芯片，支持一种专利的TurboQAM调变技术，在2.4GHz频段下也能开启高解码效率的QAM256载波技术，使得同频率、同MIMO空间串流下，802.11n传输速率提昇33%；像华硕(ASUS)的RT-AC68U双频无线路由器、Netgear的Nighthawk R7000等802.11ac等无线路由器，均采用博通BCM4360无线收发芯片搭BCM4708 SoC网通处理器架构。
目前笔记本电脑部份，英特尔已推出Dual Band Wireless-AC 7260 miniPCI-E网络卡。陆续搭着主机板与笔记本电脑出货。
前面所提到的仅无线分享器会设计3？4支天线，在802.11n、802.11ac部份各自走3x3 MIMO三数据串流的设计，也就是1750？1900(TurboQAM)Mbps的设计，同时提供4组LAN区域网络埠、1组WAN网际网络埠，以及1？2组的USB 2.0/3.0连接埠。
少数强调可以跨楼层无线桥接的无线路由器，则会配置9dB的大型天线来强化其收讯？发送强度。这类高端双频802.11ac/802.11n无线路由器，售价大约新台币4,990？6,990元。
而2.4GHz或2.4/5GHz双频纯802.11n无线路由器，依天线、连线速率(300？450Mbps)做区分，价格已跌破新台币2,000元甚至千元有找，同时其覆盖率与实际连线表现上的C/P值很高，值得无需Gbps等级无线网络的用户使用。
