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很显然，无线局域网络正在不断改变我们的生活。802.11n之后，传输速率达到Gb/s级别的802.11ac也逐渐成形。802.11ac还有很多伙伴，比如面向短距超高速的802.11ad，面向长距离传输的802.11ah和802.11af等等。下一代无线局域网络拥有哪些先进技术？它能够应对未来的挑战吗？
我们的世界正被无线技术所改变。无线电的发现要追溯到19世纪中期，天才的麦克斯韦在19世纪60年代建立了完整的电磁场理论，特斯拉和马可尼则分别在19世纪末期研究了用无线电波来传输信号的方式，20世纪初，无线电广播开始运营。此后，电台、无线对讲机、无线电话、手机等利用无线电波传输信号的设备不断涌现，军方也开始使用加密的无线数据链，但无线局域网的出现则要一直等到20世纪末。1997年，最原始的IEEE 802.11标准问世，它的理论传输速率仅有2Mb/s，
工作在2.4GHz频段，而且并未大规模实用化。1999年，两个物理层补充协议——802.11b和802.11a分别出现，前者也工作在2.4GHz频段，理论传输速率为11Mb/s；后者则工作在5GHz频段，理论传输速率可以达到54Mb/s。由于后者的开发困难较大，802.11b成为第一代无线局域网标准，并在21世纪初开始流行。2003年，物理层补充协议802.11g出现了，它也工作在2.4GHz，理论传输速率达到了54Mb/s，通过多天线收发技术（MIMO），还可以使传输速率倍增，信号覆盖范围也获得了较大提高。此后，业界围绕着下一代无线局域网标准展开了激烈的争夺，并逐渐形成两大阵营，幸好它们及时达成了妥协，在2008年推出了802.11n drift（草案）。802.11n传输速率可达300Mb/s，信号覆盖范围达到百米级别，是目前我们应用的最快的无线局域网络。目前，600Mb/s规格的802.11n标准也已经出炉。
时至今日，无线局域网已经几乎在全球范围内普及。与无线局域网（LAN）普及的同时，以蓝牙技术为代表的无线个人网络（PAN）、以WiMAX和3G通讯技术为代表的无线广域网络（WAN）和以2.4GHz通信技术为代表的无线外设也迎来了发展的热潮。无线个人网络的通信距离在10m之内，速度也较慢，但能耗和成本都很低，适用于移动装置。更高速的无线个人网络技术，如UWB和无线USB的发展则遇到重重困难。WiMAX的信号范围可达千米级别，速度适中，但能耗和成本较高。3G通讯技术以WCDMA为代表，由电信公司运营，速度尚可，使用方便，但要收取一定的费用。目前，4G（LTE）网络也已经开始在部分国家和地区投入运营。
无线技术为我们的生活带来了极大的便利：用户可以随时随地登录互联网，上传或下载内容，订购或发售商品；只需简单的操作，便可以完成多台设备的联网；网卡、键盘、鼠标，甚至电源线，都不用再拖着一根长长的尾巴……尽管无线网络有着诸多的优点，但这并非意味着它已经趋于完美。无线网络的传输速度和质量依然比不上有线网络，覆盖范围和使用方便程度上仍需进一步改善。此外，多样的无线技术也需要同样多的无线芯片来实现，链路建立需要的时间和使用的方便程度也不尽如人意。下一代无线网络向什么方向发展？业界之中看法各不相同。很多人认为，速度依然是下一代无线网络的重点发展内容，由于高清等海量内容的传输需求，Gb/s级别将成为下一代无线网络的标志；也有很多人认为，速度并非下一代无线网络的瓶颈，使用的方便性和可靠性才是大问题。未来家用电器、交通工具、仪器仪表、工业设备都将成为无线网络中的一员，将各个设备方便和安全地连接是一个巨大的挑战。那么，下一代无线网络如何发展？本文将为您揭开谜底。
针对不同的应用层面，上至IEEE各类相关小组，下至各大厂商都纷纷积极行动起来，认真思考无线局域网络还可以做些什么，并针对这些应用设计相关的产品或制订相应的规范。以著名的无线芯片生产商博通（Broadcom）公司为例，目前该公司生产近30种无线局域网收发芯片，应用范围则涵盖智能手机、路由器、个人电脑、电视等产品。而仅仅在5~6年前，它旗下的无线局域网芯片只有4~5种，只供路由器和个人电脑使用。东芝公司则针对数码市场最新开发了带有802.11n功能的SDHC存储卡FlashAir，让那些没有无线局域网的数码设备也能够接入Wi-Fi，该产品将于2012年2月投放市场。村田制作所开发的无线局域网模块则主要针对传感器应用，例如用于体温计或皮肤湿度计。此外，针对手机和数码设备之间直接传递数据的标准“Wi-Fi Direct”也在紧锣密鼓地制订中……
面对新应用的广大市场，不仅仅是无线局域网，IEEE旗下归属于无线个人网络和广域网络的无线技术乃至非IEEE规范的各类无线技术也纷纷出马，迫不及待地想要分一杯羹。但与其他无线技术相比，无线局域网有着先天的优势。首先，无线局域网技术发展时间最久，用户众多并牢牢把持着电脑平台；其次，无线局域网各代标准发展有序，兼容性好，还不存在“窝里斗”的现象；再次，无线局域网成本低廉，在传输距离、传输速度和可接入设备等方面都能令用户满意。因此无线局域网技术已经成为各类新兴无线互联应用的首选，并为业界一致看好。
新一代Wi-Fi盟主
802.11ac是802.11n之后的下一代无线局域网技术，它的理论传输速率可以达到1Gb/s以上的级别，易用性和安全性也有较大改进。同时，它还能够兼容此前的802.11a/b/g/n以及同时代的数种无线网络技术。802.11ac可以被看作是无线局域网技术达到完全成熟的标志。
802.11ac的发展历程
802.11n 300Mb/s的速度曾经令我们感到相当振奋，但IEEE似乎依然不会满足。在802.11n尚未定案的2008年，802.11ac的开发就已经提上了日程，当时的名称是“Very High Thoughput”（VHT，甚高吞吐量），目标是1Gb/s的传输速率应用。到了2008年下半年，甚高吞吐量技术又被进一步细分为802.11ac和802.11ad。2010年11月，802.11ac的基本框架被确定。2011年1月20日，IEEE推出了Draft 0.1版本的草案，根据官方的日程表，2011年11月，802.11ac的草案1.0版本制订完成，这一目标目前有所延误，但基本框架已经成型。接下来，2012年12月，802.11ac标准将会最终完成，并在一年后完成认证。从2014年开始，802.11ac网络设备将大量上市，并开始取代802.11n，而到2015年，全球将有1亿台802.11ac设备。
802.11ac的先进技术
（1）通道带宽的扩充
802.11ac主要基于802.11a和802.11n开发，它与802.11a一样，也使用5GHz频段。为了达到更高的传输率，802.11ac每个信道的标准频带宽度将由20MHz增加到80MHz（802.11n则是40MHz），通过合并信道，802.11ac还可以升级到160MHz频带宽度。
与802.11n一样，802.11ac也引入了正交频分多工（OFDM）技术，但在一次解调方式的多值化程度方面做出了改进。802.11n最多仅支持64个正交幅度调制（QAMs），而802.11ac则支持256个QAMs，这一改进可使802.11ac的传输速率提高1.3倍。
与802.11n相比，802.11ac的多天线发射/接收（MIMO）技术也得到了加强。802.11n最多支持4天线复用，而802.11ac则一举达到了灵活的8天线复用，理论传输速率也可达到两倍。通过这三项先进技术的应用，802.11ac的总通道带宽可以达到802.11n（300Mb/s）的数倍乃至数十倍。
（2）增强的天线技术
从802.11g和802.11n时代开始，天线技术已经成为无线局域网技术的关键点。MIMO技术的出现，使得无线局域网络的覆盖范围和传输速度得以同时提升。802.11ac的MIMO技术则比上一代更加先进，它被称为“多用户MIMO”（MU-MIMO）。MU-MIMO技术允许无线接入点（如路由器）等设备的天线控制发射波束成形，使用同一频道发射因终端而异的数据，并同时进行连接。而此前直到802.11n，Wi-Fi只支持MIMO同时与单一设备进行连接的单用户MIMO模式。MU-MIMO的实现意味着天线技术的突破性进展。其最大优势是即使基站与多台设备进行数据交换，数据的传输速率也不会受到影响。天线的传输波束成形等复杂的处理则交由基站的芯片进行，尽量减轻终端的负担。不过，控制空间分割的基带处理技术相对较为复杂，因此第一代802.11ac处理芯片可能不会采用MU-MIMO，而仅仅采用增大频宽的方式来提高传输速度。
802.11ac的主要规格
根据IEEE官方数据，在256个正交幅度调制下，单天线接入点（基站）和单天线终端之间以80MHz的信道频宽连接时，可达到的理论传输速率是433Mb/s。当频宽增加到160MHz时，传输速率将会倍增为867MB/s。但这并不足以令802.11ac达到1Gb/s的极速，还需要MIMO技术的帮助。在80MHz的标准频宽下，2×2 MIMO（双天线接入点和双天线终端）的速度也可以达到867Mb/s，在160MHz频宽下则能够实现1.73Gb/s的理论传输速率。当然，802.11ac还规定了更强大的规格，此时可以使用8天线的接入点，与多个单/双/四天线终端通信，每个用户视配置不同可以达到1.73Gb/s乃至3.47Gb/s的理论传输速度，总容量更可以达到6.93Gb/s。不过，这仅仅是理论上的数据，和它的Wi-Fi前辈一样，实际传输速率大约为理论值的30%左右，这一速度也已经相当惊人。
增强的吞吐量和灵活的规格使得802.11ac的应用范围更进一步扩大。对于那些对能量消耗敏感的设备，比如手机和平板电脑，可以使用单天线无线网卡，这样可以在80MHz/160MHz信道频宽下达到433Mb/s和867Mb/s的理论传输速率。对于需要较大数据吞吐量的个人电脑，通过双天线网卡/路由可以拥有最高1.73Gb/s的理论传输速率。
802.11ac初试啼声
尽管要到2013~2014年802.11ac才能够真正实用化，但在基本框架已经确定的大前提下，各大厂商已经紧锣密鼓地展开802.11ac芯片的开发工作。2011年7月，博通公司首先表示，在2012年下半年将完成第一代802.11ac芯片的开发工作并争取2013年上市。高通创锐讯（高通收购Atheros公司后的名称）表示将会开发使用80MHz频宽，支持3路空间复用MIMO和256值QAMs的802.11ac芯片。日本的NTT公司则在2011年7月的WTP 2011展会上演示了基于802.11ac、令接入点与3个用户终端之间以120Mb/s的实际传输速度进行分别通信的技术。发送端使用了6根天线，并由FPGA处理器构筑的MU-MIMO处理电路进行空间分割运算处理；接收端则使用了3根天线。最为激动人心的是，Quantenna公司于2011年11月15日发布了全球第一个802.11ac芯片组——QAC2300，并给出了路由器参考设计。QAC2300可使用4×4 MIMO天线，支持最大2Gb/s的传输速度。
超高速传输专用
802.11ad是除了802.11ac之外备受业界关注的无线局域网标准，它的特点是传输速度高，适合大量数据短距离传输应用，它甚至有侵入无线个人网络领域的可能。
802.11ad的发展
802.11ad与802.11ac出自同一个开发项目VHT，自从2008年它们分道扬镳以来，802.11ad走上了超高速无线传输专用的道路。此后的802.11ad与802.11a已经没有多少关系，而是基于IEEE 802.15.3c标准的相关内容，成为毫米波通讯技术家族的一员。2009年，IEEE相关专业委员会确定了802.11ad的基本发展框架，并在2010年上半年开始征集技术提案。几乎与此同时，2009年年底，以英特尔和Atheros等公司为首成立的无线G比特联盟（WiGig）制订了第一个基于60GHz波段的标准，它的最大传输速率可达5Gb/s~7Gb/s，并在MAC层面与现有的无线局域网标准兼容。2010年5月10日，WiGig和IEEE宣布将就60GHz毫米波无线传输进行合作，以确保802.11ad和WiGig规范的兼容性，WiGig规范也就此成为了802.11ad标准的基础。2010年9月，IEEE完成了802.11ad草案1.0版本的制订。根据官方的日程表，802.11ad也将在2012年下半年开始进行相关认证，2013年完成正式标准制订工作。目前看来，802.11ad的进度略快于802.11ac。
802.11ad的技术规格
（1）频段和基本特征
802.11ad使用的是60GHz频段，这是FCC批准的用于超高速通讯的新频段，全世界大多数国家，包括美国在内，这一频段尚未被占用。由于频率较高，因此802.11ad能够允许使用60GHz附近的5Gb/s~7Gb/s频段范围，并以单个频道2.16GHz的宽度进行通讯。这一频宽是802.11b/g的100倍以上，亦是802.11n的50倍。较宽的频道范围是802.11ad能够以超高速（目标大约7Gb/s）进行数据传输的基本保障。
更为可贵的是，802.11ad在架构方面考虑了能够与现有的Wi-Fi标准兼容的可能性，这使得未来开发的通讯芯片可以支持2.4Ghz、5GHz和60GHz的3频通讯。同时，802.11ad定义的协议适配层能够允许Wi-Fi和HDMI、DisplayPort、PCI-E、USB等“有线”标准界面在802.11ad芯片的MAC层和物理层直接执行，这也为个人电脑平台高速接口的无线化提供了不错的平台。在MAC层面，802.11的配置也非常灵活并能与现有的Wi-Fi标准兼容。802.11ad定义的传输模式既包括点对点的高速传输，也包括像Wi-Fi一样的AP模式，在不同的频带间还可进行快速的会话转移，在没有60GHz的802.11ad网络时，也可用标准Wi-Fi进行数据交换。
（2）调变、编码方式与波束
为了适应不同设备的需求，802.11ad规定了两种不同的波束调变方式，一种是OFDM方式，在此方式下具有较大的延迟扩展，对障碍物的穿透/绕行能力较强，传输距离较长（可达10m以上），传输速度最高达到7Gb/s，可用于平板电视、台式机等固定设备；另一种则是单载波方式，在此方式下功耗较低，但应对障碍物的能力较弱，传输距离也短，传输速度最高“仅能”达到4.6Gb/s，可以应用于对能耗敏感的设备如笔记本电脑、手机和平板电脑。这两种调变方式可以共用前序和通道编码等内容，以降低芯片设计的难度。
802.11ad标准中采用了高增益、低复杂度和低处理延时的低密度奇偶校验码（LDPC），以对应高速传输的需求。此外它还引入了旋转调制、差分调制、扩展 QPSK 等改进的调制技术。针对无线视频、快速文件传输等应用场景和60GHz 无线通信技术特点，802.11ad标准还引入了新的组网方式——个人基本服务集（PBSS）。
由于波的频率越高，粒子性越强，在空气中传输的损失也就越大，因此802.11ad采用了适应性波束成形技术，也就是用载波定向传播的技术来克服这一问题。这种技术采用了特殊设计的定向性天线，在两个设备之间进行点对点传输时，可以将两个设备之间的信号集中为具有方向性的“束波”，在束波成型的过程中，两个装置之间首先建立通讯，然后定向性天线进行微调，提升通讯方向的信号品质，直到达到足够的数据传输容量为止。适应性波束成形技术的另一个好处是具备快速建立新路径的能力，如果两个正在通讯的设备之间突然插入障碍（比如有人走过），设备可以通过墙面反射的波束快速建立一个新的连接。
（3）电源管理和安全
802.11ad在电源管理方面也引入了不少特色技术，值得一提的是先进的排程存储模式。当两个设备之间通过方向性的束波进行定点通讯时，可以设定它们之间的通讯时间，在其他时间两个设备则进入休眠或省电模式，这样就可以更加精确地规划设备的电源管理。对于手机等依靠电池供电的设备，这是相当重要的能力。
在安全方面，802.11ad也引入了Galois/Counter模式的AES加密算法，这是专门为10Gb/s以上的高速通讯所开发的加密算法，效率很高。此外，针对数字影音方面的应用，还可以加入版权方面的内容，比如HDCP（高清数字内容保护标准）等。
（4）802.11ad已经登场
由于802.11ad标准草案已经在一年前制订，因此802.11ad芯片的开发是2011~2012年的重头戏。2011年6月，松下宣布，已经开发出了基于WiGig标准和802.11ad草案的小型便携终端用无线传输电路技术，可用CMOS工艺制造，集成了60GHz频带收发和基带处理模块。松下方面的资料显示，通过优化纠错码解码电路，可以削减30%左右的耗电量。在芯片组的RF收发器芯片中嵌入了相位噪声极低的电压控制振荡电路，更可降低功率放大器输出功率。Atheros（现在已经是高通创锐讯）在Computex 2011上展示的AR9004TB芯片组是全球第一款整合802.11n和802.11ad的芯片组，传输速率（60GHz下）为5Gb/s。该芯片组甚至还集成了Bluetooth 4.0，以提供低能耗的数据传输方案，这款芯片组是Atheros与Wilocity公司合作的产物。Wilocity Wi6120芯片提供60GHz通讯功能，Atheros AR9462芯片提供2.4GHz/5GHz/蓝牙通讯功能。联发科等多家公司也表示，802.11ad芯片的开发“正按照计划进行”，目标是制造出2.4GHz、5GHz和60GHz三频合一的芯片。
802.11ad的定位
由于使用的载波频率较高，因此802.11ad并不需要大尺寸和高功率的天线，利于设备的小型化和节能。从目前已经演示的设备看，高速模式下芯片能耗在1W以下，配置于笔记本电脑级别的平台不成问题。不过，高频率的负面因素是传输距离较短，在空气中的衰减也较为严重，因此802.11ad的定位是同一室内的数据传输范围。未来由于可以实现“三频合一”，802.11ac和802.11ad将会成为相互补充的两种技术，802.11ad负责高速短距离，802.11ac则负责较低速度和较大范围的数据传输。
802.11ad的出现和实用化也可能将改变无线个人网络高速传输需求部分多年来群龙无首的局面。蓝牙技术的传输速率太低，已经很难满足大数据量传输的需求，即使Bluetooth 4.0标称的23Mb/s的速度也只是聊胜于无；而UWB和Wireless USB多年来难以实用化，802.11ad可能会顺理成章地填补这一空白。最近有传言声称，英特尔准备在下一代Ultrabook平台上引入802.11ad。同时在数码家电领域，802.11ad将成为无损传输高清信号的最重要选择，IEEE与WiGig的合作，将使802.11ad在与其他无线高清传输方案如WHDI的竞争中占据压倒性的优势。
独门功夫显身手
与前面介绍的未来“武林盟主”802.11ac和“副盟主”802.11ad相比，802.11af和802.11ah的媒体曝光度小了很多，也不以速度见长。不过它们也有自己的独门功夫——长距离传输，这对Wi-Fi在仪器仪表方面和通讯欠发达地区的应用有相当大的意义。而802.11ai则是令移动设备快速建立无线连接的规范。
较低频段换来长距离
由前文中提及无线电波频率与传播距离的关系可知，想要在不增大发射功率的情况下提高传输距离，可以通过降低载波频率来实现。按照IEEE方面的资料，使用TV频段时，信号的直线传输距离是802.11n的3倍，覆盖面积则为9倍。不过，频段的利用有严格的规定，而且随着频率降低，天线的尺寸和功率也会增加。802.11ah利用了1GHz以下的900MHz无线电波频段，而802.11af则考虑利用500MHz~700MHz波段之间空白的TV讯号频段。由于频率降低，频段变窄，可供利用的信道宽度也会相应减少，因此数据传输量较小，这注定了两者的应用都是“非主流”的。
802.11ah：仪器仪表应用前景看好
工作在900MHz左右频段的802.11ah被设想用于传感器领域的无线局域网连接。同样工作在这一频段的IEEE 802.15.4g也预计应用在传感器领域，但与遍布世界各地的无线局域网络的兼容性显然是802.11ah更佳。目前802.11ah仍然处在标准讨论阶段，已经形成的轮廓是载波工作形式采用OFDM，使802.11ah与现有的Wi-Fi标准相似，并引入可降低频段的物理层和MAC层扩展方法。在设想的场景中，802.11ah可以用于多种智能电表产品，LG公司更提出了采用IPv6的传感器网络系统。高通创锐讯技术副总裁Bill McFarland也表示，该公司对802.11ah用于白色家电和室内传感器以及仪器仪表的前景充满期待。
802.11af：困难与机遇并存
802.11af设想工作于500MHz~ 700MHz之间的电视频段的空白段，在无线麦克风和微波无线电视等设备的优先服务不存在时，可以免执照地利用其通道。对于那些通讯欠发达地区，如山区和乡村，如果能够利用已经广泛布设的广播电视网络来传输数据，则可以大幅度减少无线局域网基站的建设数量和投资，在数据传输不要求配备载波侦听功能时，手持移动终端也能适用802.11af。特别是在自然灾害来临时，可能会导致大部分通讯中断，此时利用广播电视网络来传输数据将是可行的方案。在日本3.11地震海啸灾害之后，灾区通讯断绝，但移动电视系统依然能够实时提供广播电视服务，如未来能利用广播电视频段进一步建立数据传输通道，无疑对救灾工作有很大的帮助。正是因为可以利用现有的广播电视网络的优点，Google、微软和三星等公司都对802.11af寄予了很大期望。
不过，不幸的是，想要利用电视频段的规范也都必须解决该频段附带的各类问题。FCC对TV频段的频谱遮罩规定十分严格，需要在可利用频段两端设立数倍于该频段范围的保护频带，这对于本来就不大的频宽无疑是雪上加霜。对于电池供电的设备，由于天线和功率都要相应加大，所以耗电量将会相应增加，在使用时间上会受到较大限制。另外，仅有包括美国在内的部分国家规定了这一空白频段，对于那些想要开拓全球市场的芯片企业，入市的意愿将会打一些折扣。
802.11ai：可快速多用户接入
802.11ai是最年轻的无线局域网规范之一，2011年1月，该项目工作组刚刚正式启动标准的制订工作。802.11ai规范的目标是将无线局域网设备间的安全认证时间缩短至目前的1/10左右，提高无线局域网终端的易用性。该工作组是由从事无线网络相关业务的日本ROOT公司、日本Trans New Technology公司与美国Marvell Technology公司共同提议成立的，目前已经在受理技术提案，预期在2012年3月份左右形成标准草案。
802.11ai确定了新的MAC层协议，旨在显著加快移动设备与Wi-Fi接入点或热点的身份验证和关联速度。此外，这一标准还允许接入多个点，并在移动设备进入和离开Wi-Fi领域时，同时处理数百个这种链接。它可以用于任何当前或未来的Wi-Fi标准，如现在的IEEE802.11 b/g/n和下一代802.11ac标准。根据802.11ai工作组主席真野浩的描述，在802.11ai的帮助下，电车或地铁上下来的100名用户同时进入网络范围时，他们的智能手机将在1s的时间内内接入Wi-Fi，还具有很高的安全性，这无疑很受现代人士的欢迎。
应对多重需求的下一代无线局域网
下一代无线局域网将在2013~2014年左右投入实用化，届时它将面对一个多设备和多需求的市场环境。目前来看，IEEE 802.11ac/ad/af/ah/ai能力各有侧重，又能相互配合，无疑令我们感到相当欣慰。我们将拥有比以往功能更多、速度更快、更安全，使用更便捷的无线局域网吗？CHIP今天给您一个肯定的答案。
面向多重任务的无线局域网
21世纪的最初10年是无线局域网大发展的10年。2001年，多数人还不知无线网络为何物；而到了2011年，无线局域网几乎已经在全球范围内普及，无线局域网芯片的价格也下降到原来的1/50，10年间连接速度提升近百倍，易用程度和安全性更是不可同日而语。
很久以来，相关业者都在思考同样一个问题，那就是无线局域网能够做什么？无线局域网最初的基本功能就是连接网内的计算机设备，但在无线局域网已经发展成熟的今天，无线局域网络的普及性和成熟性都使之具备能够负担更多任务的能力。未来，我们身边的任何一样东西，包括家电、自行车、体温计、跑步机甚至内衣裤，都可以通过无线局域网来接入互联网，这样的前景无疑十分美妙。
未来的数字家庭中，无线局域网更要担负起连接各类设施的任务。一些白色家电厂商表示，希望电冰箱、洗衣机等设备也能够接入无线局域网，针对这一应用，速度并非决定性的因素，传输距离和无线模块的成本才是厂商重点考虑的。但对于大屏幕平板电视和高清播放机而言，能够以足够的速度传输无损高清信号是最重要的，节能和传输距离并非首要的因素。智能电表和能源管理网关也可以接入无线局域网，此时需要低速、持续的数据流量传输，安全性、节能性和传输距离都应顾及。而面向智能手机和平板电脑的应用需求时，除了兼顾速度和节电需求外，能够以非常方便的形式接入和传输数据也非常重要。此外，健身器、温度计、车载设备和家庭管理中心等设备也是无线局域网的潜在用户，数据传递的便捷性将是这类产品的主要需求。
我们的世界正被无线技术所改变。无线电的发现要追溯到19世纪中期，天才的麦克斯韦在19世纪60年代建立了完整的电磁场理论，特斯拉和马可尼则分别在19世纪末期研究了用无线电波来传输信号的方式，20世纪初，无线电广播开始运营。此后，电台、无线对讲机、无线电话、手机等利用无线电波传输信号的设备不断涌现，军方也开始使用加密的无线数据链，但无线局域网的出现则要一直等到20世纪末。1997年，最原始的IEEE 802.11标准问世，它的理论传输速率仅有2Mb/s，
工作在2.4GHz频段，而且并未大规模实用化。1999年，两个物理层补充协议——802.11b和802.11a分别出现，前者也工作在2.4GHz频段，理论传输速率为11Mb/s；后者则工作在5GHz频段，理论传输速率可以达到54Mb/s。由于后者的开发困难较大，802.11b成为第一代无线局域网标准，并在21世纪初开始流行。2003年，物理层补充协议802.11g出现了，它也工作在2.4GHz，理论传输速率达到了54Mb/s，通过多天线收发技术（MIMO），还可以使传输速率倍增，信号覆盖范围也获得了较大提高。此后，业界围绕着下一代无线局域网标准展开了激烈的争夺，并逐渐形成两大阵营，幸好它们及时达成了妥协，在2008年推出了802.11n drift（草案）。802.11n传输速率可达300Mb/s，信号覆盖范围达到百米级别，是目前我们应用的最快的无线局域网络。目前，600Mb/s规格的802.11n标准也已经出炉。
时至今日，无线局域网已经几乎在全球范围内普及。与无线局域网（LAN）普及的同时，以蓝牙技术为代表的无线个人网络（PAN）、以WiMAX和3G通讯技术为代表的无线广域网络（WAN）和以2.4GHz通信技术为代表的无线外设也迎来了发展的热潮。无线个人网络的通信距离在10m之内，速度也较慢，但能耗和成本都很低，适用于移动装置。更高速的无线个人网络技术，如UWB和无线USB的发展则遇到重重困难。WiMAX的信号范围可达千米级别，速度适中，但能耗和成本较高。3G通讯技术以WCDMA为代表，由电信公司运营，速度尚可，使用方便，但要收取一定的费用。目前，4G（LTE）网络也已经开始在部分国家和地区投入运营。
无线技术为我们的生活带来了极大的便利：用户可以随时随地登录互联网，上传或下载内容，订购或发售商品；只需简单的操作，便可以完成多台设备的联网；网卡、键盘、鼠标，甚至电源线，都不用再拖着一根长长的尾巴……尽管无线网络有着诸多的优点，但这并非意味着它已经趋于完美。无线网络的传输速度和质量依然比不上有线网络，覆盖范围和使用方便程度上仍需进一步改善。此外，多样的无线技术也需要同样多的无线芯片来实现，链路建立需要的时间和使用的方便程度也不尽如人意。下一代无线网络向什么方向发展？业界之中看法各不相同。很多人认为，速度依然是下一代无线网络的重点发展内容，由于高清等海量内容的传输需求，Gb/s级别将成为下一代无线网络的标志；也有很多人认为，速度并非下一代无线网络的瓶颈，使用的方便性和可靠性才是大问题。未来家用电器、交通工具、仪器仪表、工业设备都将成为无线网络中的一员，将各个设备方便和安全地连接是一个巨大的挑战。那么，下一代无线网络如何发展？本文将为您揭开谜底。
针对不同的应用层面，上至IEEE各类相关小组，下至各大厂商都纷纷积极行动起来，认真思考无线局域网络还可以做些什么，并针对这些应用设计相关的产品或制订相应的规范。以著名的无线芯片生产商博通（Broadcom）公司为例，目前该公司生产近30种无线局域网收发芯片，应用范围则涵盖智能手机、路由器、个人电脑、电视等产品。而仅仅在5~6年前，它旗下的无线局域网芯片只有4~5种，只供路由器和个人电脑使用。东芝公司则针对数码市场最新开发了带有802.11n功能的SDHC存储卡FlashAir，让那些没有无线局域网的数码设备也能够接入Wi-Fi，该产品将于2012年2月投放市场。村田制作所开发的无线局域网模块则主要针对传感器应用，例如用于体温计或皮肤湿度计。此外，针对手机和数码设备之间直接传递数据的标准“Wi-Fi Direct”也在紧锣密鼓地制订中……
面对新应用的广大市场，不仅仅是无线局域网，IEEE旗下归属于无线个人网络和广域网络的无线技术乃至非IEEE规范的各类无线技术也纷纷出马，迫不及待地想要分一杯羹。但与其他无线技术相比，无线局域网有着先天的优势。首先，无线局域网技术发展时间最久，用户众多并牢牢把持着电脑平台；其次，无线局域网各代标准发展有序，兼容性好，还不存在“窝里斗”的现象；再次，无线局域网成本低廉，在传输距离、传输速度和可接入设备等方面都能令用户满意。因此无线局域网技术已经成为各类新兴无线互联应用的首选，并为业界一致看好。
新一代Wi-Fi盟主
802.11ac是802.11n之后的下一代无线局域网技术，它的理论传输速率可以达到1Gb/s以上的级别，易用性和安全性也有较大改进。同时，它还能够兼容此前的802.11a/b/g/n以及同时代的数种无线网络技术。802.11ac可以被看作是无线局域网技术达到完全成熟的标志。
802.11ac的发展历程
802.11n 300Mb/s的速度曾经令我们感到相当振奋，但IEEE似乎依然不会满足。在802.11n尚未定案的2008年，802.11ac的开发就已经提上了日程，当时的名称是“Very High Thoughput”（VHT，甚高吞吐量），目标是1Gb/s的传输速率应用。到了2008年下半年，甚高吞吐量技术又被进一步细分为802.11ac和802.11ad。2010年11月，802.11ac的基本框架被确定。2011年1月20日，IEEE推出了Draft 0.1版本的草案，根据官方的日程表，2011年11月，802.11ac的草案1.0版本制订完成，这一目标目前有所延误，但基本框架已经成型。接下来，2012年12月，802.11ac标准将会最终完成，并在一年后完成认证。从2014年开始，802.11ac网络设备将大量上市，并开始取代802.11n，而到2015年，全球将有1亿台802.11ac设备。
802.11ac的先进技术
（1）通道带宽的扩充
802.11ac主要基于802.11a和802.11n开发，它与802.11a一样，也使用5GHz频段。为了达到更高的传输率，802.11ac每个信道的标准频带宽度将由20MHz增加到80MHz（802.11n则是40MHz），通过合并信道，802.11ac还可以升级到160MHz频带宽度。
与802.11n一样，802.11ac也引入了正交频分多工（OFDM）技术，但在一次解调方式的多值化程度方面做出了改进。802.11n最多仅支持64个正交幅度调制（QAMs），而802.11ac则支持256个QAMs，这一改进可使802.11ac的传输速率提高1.3倍。
与802.11n相比，802.11ac的多天线发射/接收（MIMO）技术也得到了加强。802.11n最多支持4天线复用，而802.11ac则一举达到了灵活的8天线复用，理论传输速率也可达到两倍。通过这三项先进技术的应用，802.11ac的总通道带宽可以达到802.11n（300Mb/s）的数倍乃至数十倍。
（2）增强的天线技术
从802.11g和802.11n时代开始，天线技术已经成为无线局域网技术的关键点。MIMO技术的出现，使得无线局域网络的覆盖范围和传输速度得以同时提升。802.11ac的MIMO技术则比上一代更加先进，它被称为“多用户MIMO”（MU-MIMO）。MU-MIMO技术允许无线接入点（如路由器）等设备的天线控制发射波束成形，使用同一频道发射因终端而异的数据，并同时进行连接。而此前直到802.11n，Wi-Fi只支持MIMO同时与单一设备进行连接的单用户MIMO模式。MU-MIMO的实现意味着天线技术的突破性进展。其最大优势是即使基站与多台设备进行数据交换，数据的传输速率也不会受到影响。天线的传输波束成形等复杂的处理则交由基站的芯片进行，尽量减轻终端的负担。不过，控制空间分割的基带处理技术相对较为复杂，因此第一代802.11ac处理芯片可能不会采用MU-MIMO，而仅仅采用增大频宽的方式来提高传输速度。
802.11ac的主要规格
根据IEEE官方数据，在256个正交幅度调制下，单天线接入点（基站）和单天线终端之间以80MHz的信道频宽连接时，可达到的理论传输速率是433Mb/s。当频宽增加到160MHz时，传输速率将会倍增为867MB/s。但这并不足以令802.11ac达到1Gb/s的极速，还需要MIMO技术的帮助。在80MHz的标准频宽下，2×2 MIMO（双天线接入点和双天线终端）的速度也可以达到867Mb/s，在160MHz频宽下则能够实现1.73Gb/s的理论传输速率。当然，802.11ac还规定了更强大的规格，此时可以使用8天线的接入点，与多个单/双/四天线终端通信，每个用户视配置不同可以达到1.73Gb/s乃至3.47Gb/s的理论传输速度，总容量更可以达到6.93Gb/s。不过，这仅仅是理论上的数据，和它的Wi-Fi前辈一样，实际传输速率大约为理论值的30%左右，这一速度也已经相当惊人。
增强的吞吐量和灵活的规格使得802.11ac的应用范围更进一步扩大。对于那些对能量消耗敏感的设备，比如手机和平板电脑，可以使用单天线无线网卡，这样可以在80MHz/160MHz信道频宽下达到433Mb/s和867Mb/s的理论传输速率。对于需要较大数据吞吐量的个人电脑，通过双天线网卡/路由可以拥有最高1.73Gb/s的理论传输速率。
802.11ac初试啼声
尽管要到2013~2014年802.11ac才能够真正实用化，但在基本框架已经确定的大前提下，各大厂商已经紧锣密鼓地展开802.11ac芯片的开发工作。2011年7月，博通公司首先表示，在2012年下半年将完成第一代802.11ac芯片的开发工作并争取2013年上市。高通创锐讯（高通收购Atheros公司后的名称）表示将会开发使用80MHz频宽，支持3路空间复用MIMO和256值QAMs的802.11ac芯片。日本的NTT公司则在2011年7月的WTP 2011展会上演示了基于802.11ac、令接入点与3个用户终端之间以120Mb/s的实际传输速度进行分别通信的技术。发送端使用了6根天线，并由FPGA处理器构筑的MU-MIMO处理电路进行空间分割运算处理；接收端则使用了3根天线。最为激动人心的是，Quantenna公司于2011年11月15日发布了全球第一个802.11ac芯片组——QAC2300，并给出了路由器参考设计。QAC2300可使用4×4 MIMO天线，支持最大2Gb/s的传输速度。
超高速传输专用
802.11ad是除了802.11ac之外备受业界关注的无线局域网标准，它的特点是传输速度高，适合大量数据短距离传输应用，它甚至有侵入无线个人网络领域的可能。
802.11ad的发展
802.11ad与802.11ac出自同一个开发项目VHT，自从2008年它们分道扬镳以来，802.11ad走上了超高速无线传输专用的道路。此后的802.11ad与802.11a已经没有多少关系，而是基于IEEE 802.15.3c标准的相关内容，成为毫米波通讯技术家族的一员。2009年，IEEE相关专业委员会确定了802.11ad的基本发展框架，并在2010年上半年开始征集技术提案。几乎与此同时，2009年年底，以英特尔和Atheros等公司为首成立的无线G比特联盟（WiGig）制订了第一个基于60GHz波段的标准，它的最大传输速率可达5Gb/s~7Gb/s，并在MAC层面与现有的无线局域网标准兼容。2010年5月10日，WiGig和IEEE宣布将就60GHz毫米波无线传输进行合作，以确保802.11ad和WiGig规范的兼容性，WiGig规范也就此成为了802.11ad标准的基础。2010年9月，IEEE完成了802.11ad草案1.0版本的制订。根据官方的日程表，802.11ad也将在2012年下半年开始进行相关认证，2013年完成正式标准制订工作。目前看来，802.11ad的进度略快于802.11ac。
802.11ad的技术规格
（1）频段和基本特征
802.11ad使用的是60GHz频段，这是FCC批准的用于超高速通讯的新频段，全世界大多数国家，包括美国在内，这一频段尚未被占用。由于频率较高，因此802.11ad能够允许使用60GHz附近的5Gb/s~7Gb/s频段范围，并以单个频道2.16GHz的宽度进行通讯。这一频宽是802.11b/g的100倍以上，亦是802.11n的50倍。较宽的频道范围是802.11ad能够以超高速（目标大约7Gb/s）进行数据传输的基本保障。
更为可贵的是，802.11ad在架构方面考虑了能够与现有的Wi-Fi标准兼容的可能性，这使得未来开发的通讯芯片可以支持2.4Ghz、5GHz和60GHz的3频通讯。同时，802.11ad定义的协议适配层能够允许Wi-Fi和HDMI、DisplayPort、PCI-E、USB等“有线”标准界面在802.11ad芯片的MAC层和物理层直接执行，这也为个人电脑平台高速接口的无线化提供了不错的平台。在MAC层面，802.11的配置也非常灵活并能与现有的Wi-Fi标准兼容。802.11ad定义的传输模式既包括点对点的高速传输，也包括像Wi-Fi一样的AP模式，在不同的频带间还可进行快速的会话转移，在没有60GHz的802.11ad网络时，也可用标准Wi-Fi进行数据交换。
（2）调变、编码方式与波束
为了适应不同设备的需求，802.11ad规定了两种不同的波束调变方式，一种是OFDM方式，在此方式下具有较大的延迟扩展，对障碍物的穿透/绕行能力较强，传输距离较长（可达10m以上），传输速度最高达到7Gb/s，可用于平板电视、台式机等固定设备；另一种则是单载波方式，在此方式下功耗较低，但应对障碍物的能力较弱，传输距离也短，传输速度最高“仅能”达到4.6Gb/s，可以应用于对能耗敏感的设备如笔记本电脑、手机和平板电脑。这两种调变方式可以共用前序和通道编码等内容，以降低芯片设计的难度。
802.11ad标准中采用了高增益、低复杂度和低处理延时的低密度奇偶校验码（LDPC），以对应高速传输的需求。此外它还引入了旋转调制、差分调制、扩展 QPSK 等改进的调制技术。针对无线视频、快速文件传输等应用场景和60GHz 无线通信技术特点，802.11ad标准还引入了新的组网方式——个人基本服务集（PBSS）。
由于波的频率越高，粒子性越强，在空气中传输的损失也就越大，因此802.11ad采用了适应性波束成形技术，也就是用载波定向传播的技术来克服这一问题。这种技术采用了特殊设计的定向性天线，在两个设备之间进行点对点传输时，可以将两个设备之间的信号集中为具有方向性的“束波”，在束波成型的过程中，两个装置之间首先建立通讯，然后定向性天线进行微调，提升通讯方向的信号品质，直到达到足够的数据传输容量为止。适应性波束成形技术的另一个好处是具备快速建立新路径的能力，如果两个正在通讯的设备之间突然插入障碍（比如有人走过），设备可以通过墙面反射的波束快速建立一个新的连接。
（3）电源管理和安全
802.11ad在电源管理方面也引入了不少特色技术，值得一提的是先进的排程存储模式。当两个设备之间通过方向性的束波进行定点通讯时，可以设定它们之间的通讯时间，在其他时间两个设备则进入休眠或省电模式，这样就可以更加精确地规划设备的电源管理。对于手机等依靠电池供电的设备，这是相当重要的能力。
在安全方面，802.11ad也引入了Galois/Counter模式的AES加密算法，这是专门为10Gb/s以上的高速通讯所开发的加密算法，效率很高。此外，针对数字影音方面的应用，还可以加入版权方面的内容，比如HDCP（高清数字内容保护标准）等。
（4）802.11ad已经登场
由于802.11ad标准草案已经在一年前制订，因此802.11ad芯片的开发是2011~2012年的重头戏。2011年6月，松下宣布，已经开发出了基于WiGig标准和802.11ad草案的小型便携终端用无线传输电路技术，可用CMOS工艺制造，集成了60GHz频带收发和基带处理模块。松下方面的资料显示，通过优化纠错码解码电路，可以削减30%左右的耗电量。在芯片组的RF收发器芯片中嵌入了相位噪声极低的电压控制振荡电路，更可降低功率放大器输出功率。Atheros（现在已经是高通创锐讯）在Computex 2011上展示的AR9004TB芯片组是全球第一款整合802.11n和802.11ad的芯片组，传输速率（60GHz下）为5Gb/s。该芯片组甚至还集成了Bluetooth 4.0，以提供低能耗的数据传输方案，这款芯片组是Atheros与Wilocity公司合作的产物。Wilocity Wi6120芯片提供60GHz通讯功能，Atheros AR9462芯片提供2.4GHz/5GHz/蓝牙通讯功能。联发科等多家公司也表示，802.11ad芯片的开发“正按照计划进行”，目标是制造出2.4GHz、5GHz和60GHz三频合一的芯片。
802.11ad的定位
由于使用的载波频率较高，因此802.11ad并不需要大尺寸和高功率的天线，利于设备的小型化和节能。从目前已经演示的设备看，高速模式下芯片能耗在1W以下，配置于笔记本电脑级别的平台不成问题。不过，高频率的负面因素是传输距离较短，在空气中的衰减也较为严重，因此802.11ad的定位是同一室内的数据传输范围。未来由于可以实现“三频合一”，802.11ac和802.11ad将会成为相互补充的两种技术，802.11ad负责高速短距离，802.11ac则负责较低速度和较大范围的数据传输。
802.11ad的出现和实用化也可能将改变无线个人网络高速传输需求部分多年来群龙无首的局面。蓝牙技术的传输速率太低，已经很难满足大数据量传输的需求，即使Bluetooth 4.0标称的23Mb/s的速度也只是聊胜于无；而UWB和Wireless USB多年来难以实用化，802.11ad可能会顺理成章地填补这一空白。最近有传言声称，英特尔准备在下一代Ultrabook平台上引入802.11ad。同时在数码家电领域，802.11ad将成为无损传输高清信号的最重要选择，IEEE与WiGig的合作，将使802.11ad在与其他无线高清传输方案如WHDI的竞争中占据压倒性的优势。
独门功夫显身手
与前面介绍的未来“武林盟主”802.11ac和“副盟主”802.11ad相比，802.11af和802.11ah的媒体曝光度小了很多，也不以速度见长。不过它们也有自己的独门功夫——长距离传输，这对Wi-Fi在仪器仪表方面和通讯欠发达地区的应用有相当大的意义。而802.11ai则是令移动设备快速建立无线连接的规范。
较低频段换来长距离
由前文中提及无线电波频率与传播距离的关系可知，想要在不增大发射功率的情况下提高传输距离，可以通过降低载波频率来实现。按照IEEE方面的资料，使用TV频段时，信号的直线传输距离是802.11n的3倍，覆盖面积则为9倍。不过，频段的利用有严格的规定，而且随着频率降低，天线的尺寸和功率也会增加。802.11ah利用了1GHz以下的900MHz无线电波频段，而802.11af则考虑利用500MHz~700MHz波段之间空白的TV讯号频段。由于频率降低，频段变窄，可供利用的信道宽度也会相应减少，因此数据传输量较小，这注定了两者的应用都是“非主流”的。
802.11ah：仪器仪表应用前景看好
工作在900MHz左右频段的802.11ah被设想用于传感器领域的无线局域网连接。同样工作在这一频段的IEEE 802.15.4g也预计应用在传感器领域，但与遍布世界各地的无线局域网络的兼容性显然是802.11ah更佳。目前802.11ah仍然处在标准讨论阶段，已经形成的轮廓是载波工作形式采用OFDM，使802.11ah与现有的Wi-Fi标准相似，并引入可降低频段的物理层和MAC层扩展方法。在设想的场景中，802.11ah可以用于多种智能电表产品，LG公司更提出了采用IPv6的传感器网络系统。高通创锐讯技术副总裁Bill McFarland也表示，该公司对802.11ah用于白色家电和室内传感器以及仪器仪表的前景充满期待。
802.11af：困难与机遇并存
802.11af设想工作于500MHz~ 700MHz之间的电视频段的空白段，在无线麦克风和微波无线电视等设备的优先服务不存在时，可以免执照地利用其通道。对于那些通讯欠发达地区，如山区和乡村，如果能够利用已经广泛布设的广播电视网络来传输数据，则可以大幅度减少无线局域网基站的建设数量和投资，在数据传输不要求配备载波侦听功能时，手持移动终端也能适用802.11af。特别是在自然灾害来临时，可能会导致大部分通讯中断，此时利用广播电视网络来传输数据将是可行的方案。在日本3.11地震海啸灾害之后，灾区通讯断绝，但移动电视系统依然能够实时提供广播电视服务，如未来能利用广播电视频段进一步建立数据传输通道，无疑对救灾工作有很大的帮助。正是因为可以利用现有的广播电视网络的优点，Google、微软和三星等公司都对802.11af寄予了很大期望。
不过，不幸的是，想要利用电视频段的规范也都必须解决该频段附带的各类问题。FCC对TV频段的频谱遮罩规定十分严格，需要在可利用频段两端设立数倍于该频段范围的保护频带，这对于本来就不大的频宽无疑是雪上加霜。对于电池供电的设备，由于天线和功率都要相应加大，所以耗电量将会相应增加，在使用时间上会受到较大限制。另外，仅有包括美国在内的部分国家规定了这一空白频段，对于那些想要开拓全球市场的芯片企业，入市的意愿将会打一些折扣。
802.11ai：可快速多用户接入
802.11ai是最年轻的无线局域网规范之一，2011年1月，该项目工作组刚刚正式启动标准的制订工作。802.11ai规范的目标是将无线局域网设备间的安全认证时间缩短至目前的1/10左右，提高无线局域网终端的易用性。该工作组是由从事无线网络相关业务的日本ROOT公司、日本Trans New Technology公司与美国Marvell Technology公司共同提议成立的，目前已经在受理技术提案，预期在2012年3月份左右形成标准草案。
802.11ai确定了新的MAC层协议，旨在显著加快移动设备与Wi-Fi接入点或热点的身份验证和关联速度。此外，这一标准还允许接入多个点，并在移动设备进入和离开Wi-Fi领域时，同时处理数百个这种链接。它可以用于任何当前或未来的Wi-Fi标准，如现在的IEEE802.11 b/g/n和下一代802.11ac标准。根据802.11ai工作组主席真野浩的描述，在802.11ai的帮助下，电车或地铁上下来的100名用户同时进入网络范围时，他们的智能手机将在1s的时间内内接入Wi-Fi，还具有很高的安全性，这无疑很受现代人士的欢迎。
应对多重需求的下一代无线局域网
下一代无线局域网将在2013~2014年左右投入实用化，届时它将面对一个多设备和多需求的市场环境。目前来看，IEEE 802.11ac/ad/af/ah/ai能力各有侧重，又能相互配合，无疑令我们感到相当欣慰。我们将拥有比以往功能更多、速度更快、更安全，使用更便捷的无线局域网吗？CHIP今天给您一个肯定的答案。
面向多重任务的无线局域网
21世纪的最初10年是无线局域网大发展的10年。2001年，多数人还不知无线网络为何物；而到了2011年，无线局域网几乎已经在全球范围内普及，无线局域网芯片的价格也下降到原来的1/50，10年间连接速度提升近百倍，易用程度和安全性更是不可同日而语。
很久以来，相关业者都在思考同样一个问题，那就是无线局域网能够做什么？无线局域网最初的基本功能就是连接网内的计算机设备，但在无线局域网已经发展成熟的今天，无线局域网络的普及性和成熟性都使之具备能够负担更多任务的能力。未来，我们身边的任何一样东西，包括家电、自行车、体温计、跑步机甚至内衣裤，都可以通过无线局域网来接入互联网，这样的前景无疑十分美妙。
未来的数字家庭中，无线局域网更要担负起连接各类设施的任务。一些白色家电厂商表示，希望电冰箱、洗衣机等设备也能够接入无线局域网，针对这一应用，速度并非决定性的因素，传输距离和无线模块的成本才是厂商重点考虑的。但对于大屏幕平板电视和高清播放机而言，能够以足够的速度传输无损高清信号是最重要的，节能和传输距离并非首要的因素。智能电表和能源管理网关也可以接入无线局域网，此时需要低速、持续的数据流量传输，安全性、节能性和传输距离都应顾及。而面向智能手机和平板电脑的应用需求时，除了兼顾速度和节电需求外，能够以非常方便的形式接入和传输数据也非常重要。此外，健身器、温度计、车载设备和家庭管理中心等设备也是无线局域网的潜在用户，数据传递的便捷性将是这类产品的主要需求。