無線局域網(WLAN)是實現該目標的重要組成部分，其中應用廣泛的無線局域網標準是1997年誕生的802.11系列標準(WiFi標準)。目前廣泛應用的WiFi標準有802.11a/b/g，的802.11n 2.0版草案于2007年3月獲得了通過，目前已有一些支持該草案的產品出現。而按照IEEE的規劃，802.11n標準的正式版本有望在1-2年內出臺。
我們通常說的WiFi(WirelessFidelity 無線高保真)初是指IEEE 1999年通過的802.11b標準，此后業界習慣把整個802.11家族都稱為WiFi。由于初制定的802.11的速率只能達到2Mbps，在傳輸速率上不能滿足人們的需要，此后又推出了802.11b標準和802.11a標準，傳輸速率分別可達11Mbps和54Mbps，分別工作在2.4GHz的ISM頻段和5GHz頻段。其中802.11b標準的11Mbps的傳輸速率仍然不能擔當大容量數據傳輸的重任。而802.11a雖然彌補了802.11b傳輸速率的不足，但由于其工作在5GHz頻段，電磁波在遭遇墻壁、地板、家具等障礙物時的反射與衍射效果均不如2.4GHz頻段的電磁波好，因而造成802.11a存在覆蓋范圍偏小的缺陷，所以也只能作為802.11b的補充。2002年公布的802.11g標準將傳輸速率提高到了54Mbps，并且工作在2.4GHz頻段，且向下兼容802.11b標準，是較為完善的無線局域網解決方案。
為什么要推出802.11n標準
如前所述802.11g標準的傳輸速率已經達到了54Mbps(實際的速率約為20Mbps)，雖然和有線網絡相比還有差距，但是已經可以滿足絕大多數用戶的需要。那么為什么還要推出802.11n標準呢？802.11n標準的殺手級應用又有哪些？
有時候是應用需求推動技術的發展，有時候則是技術的發展催生了新的應用。但無論如何，對于網絡連接來說，速度都是非常重要的。既可以認為不斷增加的高清視頻等高帶寬應用在呼喚更快的網絡速度，也可以認為更快的網絡速度使人們創新出更多需要更快傳輸速度的應用。802.11n標準的演進就符合這個規律。
比如對于越來越普及的高清視頻來講，例如H.264/VC-1的編碼，其實際碼率多在20Mbps-40Mbps，而多音軌等情況下，碼率還會進一步提高，如此大的流量802.11g已經完全無法勝任，只有802.11n才可以滿足。提供高清視頻對“數字家庭”來說，是其實現質的飛躍以獲得應用起飛的重要突破口，而對于準備構建家庭無線高清網絡的用戶，802.11n幾乎可以說是必選。可見現有的應用存在對可提供更高帶寬的802.11n的需求。
同樣利用802.11n所能提供的高帶寬，也可以開發出很多新的應用。CSR公司的市場經理Richard Edgar先生就表示：“一個潛在的應用就是在移動設備上實時傳送高清視頻內容，該應用需要增強的數據吞吐量和更強的魯棒性以及增強的傳輸距離。”聯想到北京奧運會期間需要開播的移動數字電視，如果通過3G網絡實現還存在這樣那樣的問題，那么通過WiFi網絡實現也不失為選擇之一。
進一步談到802.11n 的殺手級應用時，SiGe市場推廣副總裁John Brewer先生表示:“我們相信家庭聯網，在電視、機頂盒、筆記本電腦、臺式機和海量存儲設備之間的無線互聯將成為802.11n的主要應用。特別是流媒體在海量存儲設備和電視以及筆記本電腦之間的傳輸將需要802.11n技術。”他還表示：“我們感覺這是導致象蘋果這樣的消費電子廠商投資802.11n草案技術的原因，他們在開發家庭中的流媒體和媒體分配市場。”
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| John Brewer。 |
而談及此，Broadcom無線連接部門的產品線經理Kevin Mukai先生認為：“對于802.11n來說，我們并不覺得會存在單獨的殺手級應用。更合適的說法是，新標準提供了強有力的平臺以使不同的無線應用能夠同時運行。借助于這個平臺，802.11n產品可以為整個家庭和辦公環境提供足夠覆蓋移動高清視頻、音樂、話音、照片和其它數字內容的足夠的帶寬。”
來自Intel的專家則一言以蔽之，他認為：“像高清視頻、在線游戲、網絡視頻和電話等數字娛樂需要更大的吞吐量，遠超過現有802.11a/b/g的帶寬。802.11n為消費者帶來享受家庭網絡和數字娛樂所需的速度、覆蓋范圍、多任務處理能力。”
而CSR 的Richard Edgar在談到這個問題時，似乎和Broadcom的Kevin Mukai先生英雄所見略同，因為它并沒有直接回答來自《電子系統設計》的本文作者的提問，而是先羅列了802.11n和以往的WiFi技術的比較優勢，如果說Kevin Mukai先生告訴我們802.11n是個強有力的平臺，Richard Edgar先生則更象是具體的解釋了這個平臺到底有多強大。他認為802.11n的主要技術優勢有：
1.使用多輸入多輸出(MIMO)技術提升了傳輸帶寬。
802.11n使用MIMO技術，在設備的收發兩端都使用3個天線的設計。借助于此，使用者可以實現3倍空間的數據流，也就是可以實現162mbps的空中輸入速率，換算為有效的數據吞吐量的話也可達到100mbps。
2.更大的信道帶寬。
目前的Wi-Fi標準都使用20Mhz的信道帶寬，而802.11n則允許使用40Mhz的信道帶寬。如此寬的信道帶寬允許每個信道實現較以往標準2倍的數據吞吐量。(筆者認為這也是在一個信道內傳輸實際碼率有可能達到20Mbps-40Mbps的高清視頻信號所必需的)
3.使用多天線提高信號的魯棒性。
802.11n使用多天線實現了更具魯棒性的信號，有效提高了任意額定速率的信號的覆蓋范圍。
Richard Edgar先生的結論和Kevin Mukai先生如出一轍，他說：“任何殺手級應用都將需要利用到以上提到的802.11n標準的新功能。”
看來，專家們為設計師們提出了新命題。802.11n的新功能和優勢已擺在那里，具體能做些什么，除了專家們提到的和現實存在的，剩下的就需要設計師利用自己的經驗發揮自己的想象去深入發掘了。TI亞洲區無線通訊產品部門的產品行銷工程師黃凱先生就提出了一個較為新穎的應用，他表示：“利用802.11n的高速率，使用帶有GPS功能手機的用戶可以實時下載較為龐大的GPS地圖。
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| 黃凱。 |
802.11n的技術進步
CSR的Richard Edgar先生在上一部分已經幫我們總結了802.11n的技術進步，下面我們將就此問題與您分享來自業內更多專家的意見。
毫無疑問在傳輸速率方面802.11n比之前的各種WiFi標準有了長足的進步。802.11n實現100 Mbps的無線數據速率不成問題，而這只是其所能達到的基本的無線數據速率。據TI的產品行銷工程師黃凱先生介紹，：“由于采用了MIMO技術，802.11n的無線數據速率甚至可以達到200Mbps。”當然還有一些資料顯示，802.11n的終目標速率為達到600Mbps。
為什么會有這么多的有關于802.11n速率的說法，接受本刊采訪的Intel的專家在談到802.11n標準的吞吐量和覆蓋范圍時提到：“吞吐量和覆蓋范圍依賴于環境狀況、天線和平臺特性，這使得很難去量化一些的指標。只能說，我們期望較a/g網絡有高達5倍的性能提升(達127Mbps)和2倍的覆蓋范圍（在相似的環境狀況下采用相同的平臺，達68米）。”
他還舉例說：“Intel Wireless WiFi Link 4965AGN采用MIMO技術、信道連接技術和有效載荷優化技術以增加吞吐量。在這種情況下，如果環境提供充分的多通道支持多重數據流，還可達到更高的吞吐量。換句話說，高吞吐量需要多通道環境。”
因此筆者認為各種不同的數據速率是針對不同的環境和平臺而言的(比如在收發兩端使用的天線的數量)，但無論如何即使是802.11n草案，也能夠達到或超過目前廣泛使用的100 Mbps以太網有線網絡的速率。
802.11n通過MIMO技術實現了無線數據速率的提升。因為在充斥著小隔間，塞滿辦公設備、辦公家具和工作人員的擁擠的辦公室環境中，無線信號的多徑傳輸問題十分嚴重，這將嚴重的影響無線網絡所能覆蓋的范圍。多徑傳輸降低了基于單輸入單輸出(SISO)技術的Wi-Fi產品的性能，從而影響信號質量和連接的魯棒性。 而另一方面，802.11n規范草案中的MIMO技術利用多徑傳輸來改善網絡性能。多個發射器在相同的頻段(信道)上發送獨立的數據流。 由于采用了多徑技術，這些發射信號到達多個接收器的時間、振幅和相位都稍有不同。MIMO算法利用這些差異對原始信號進行去相關操作。這種技術被稱為空間多路復用，可以使系統吞吐能力提高1至2倍。
但對于頻率選擇性衰落信道，MIMO系統卻作用不大。而在目前的寬帶無線通信中，一般都會發生頻率選擇性衰落，為了使得MIMO系統性能在頻率選擇性衰落信道中依然良好，802.11n還采用了正交頻分復用(OFDM)調制技術，形成MIMO-OFDM系統。OFDM技術的核心是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸，這樣既減少了子信道之間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。另外針對無線數據業務的非對稱性，OFDM容易通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。
加入了OFDM調制技術的MIMO系統在抗多徑方面表現出了很大的優勢，使得MIMO系統在頻率選擇性衰落信道中也能發揮作用。
一般認為除了提高速率采用MIMO技術還可以帶來覆蓋范圍的增加，因為MIMO的多個接收器可以更好地重建經過較長距離傳輸與多次反射的微弱信號。
談到無線接入點(AP)的覆蓋范圍，TI的黃凱先生表示：“對Wi-Fi手機而言，如果AP采用MRC (比合并方式，maxmium ratio combining）和 STBC (空時分組碼，Space-Time Block Codes)，那么 802.11n在戶外可使上行距離較802.11a與802.11b增加一倍，達到約500米的直線距離，下行距離采用 STBC 也能延長 30%。室內距離則可達到70米左右”
CSR的Richard Edgar則認為，也許較早的信息顯示802.11n會比之前的802.11a/b/g獲得更長的傳輸距離，但實際情況并非總是如此。
他認為：“802.11n系統可以獲得三倍于較早的802.11版本的傳輸距離，但前提是在接受和發射兩端都需要使用3個天線。這在移動設備中是不容易做到的，移動設備更可能僅使用一個天線，這也就意味著AP端將使用3個天線來發射而移動設備使用一個天線來接受。在這種情況下，傳輸范圍只能提高50%。”而且還有更糟的，他還表示：“802.11n使用了MIMO技術，而該技術天生的需要處理多徑信號，在一個沒有障礙物的真正的開放空間里，是找不到反射信號的。在這種情況下，802.11n的傳輸距離甚至還不如現在的802.11系列技術。
SiGe的John Brewer先生雖然沒有談到在開闊空間中的情況，但也認為802.11n對傳輸距離的改善將不會太明顯，他表示：“我們相信802.11n的覆蓋范圍和802.11g差不多，復蓋半徑大約為30m。802.11n中使用的多進多出(MIMO)技術對于傳輸范圍來說是一項關鍵的技術。它使用多個傳輸器，天線和接收器去克服傳統的傳輸范圍的限制，比如墻壁和多徑干擾。”
可見，802.11n并非在任何情況下都可以提高信號的傳輸距離。總結起來，在收發兩端都使用多個天線后802.11n可以提高室內環境的覆蓋范圍。而在采用多個天線，或者如黃凱先生所表示的一樣，在AP針對手機采取一些必要的技術措施的情況下，802.11n也可以提高信號在一般使用環境下的傳輸距離。而對于幾乎不存在任何障礙物的開闊環境，802.11n則有可能會劣化信號的傳輸距離。這就需要應用工程師甄別具體的使用環境加以選擇,由于終的802.11n會向下兼容802.11g標準，所以這種選擇應該不會太困難。
除了傳輸帶寬和傳輸距離，一個AP可以支持多少個用戶也是運營商和使用者所關心的問題。而縱觀專家的回答，這個問題似乎并不存在的答案。它取決于用戶的應用、狀態，也取決于使用的基站類型，甚至還取決的接入點制造商對半導體廠商所提供的技術和軟件的使用情況。
理論上，就如TI的黃凱先生所說：“與以前的標準相比沒有變化。802.11 的每個 AP 能支持2048 位用戶。由于介質存取控制機制相同(CSMA-CA)，因此每個 AP 支援的同時工作的用戶實際數量為數十個。”
而SiGe的John Brewer先生也表示：“我們期待802.11n接入點所能支持的用戶數可以相似于或稍多于目前的802.11a/b/g接入點。”不過他同時說：“ 一個接入點可以支持多少個終端有用戶，強烈的取決于具體的應用使用了怎樣的基站。舉例來說，高速數據傳輸需要使用多個信道，這樣就限制了802.11n波段的用戶數。”
所以理論歸理論，實際可以支持多少個用戶還要具體情況具體分析。
對此CSR 的Richard Edgar先生就給出了非常具體的分析，他表示：“如果用戶僅僅是連接到AP而已，并不傳輸和接收數據，那么一個典型的AP可以支持100個用戶與其連接。”針對第二種情況，他表示：“如果是一個激活的用戶，需要進行數據的收發，那么一個典型的AP多只能支持25個這樣的用戶。”他總結道：“對一個AP可以支持多少個用戶這個問題，關鍵不在于傳輸速度，而在于要有足夠的時間在沒有時間溢出的條件下接受和發送信息包。”
如何解決在單一設備中集成藍牙、WiFi的EMI問題
談到該問題，Intel的專家表示：“在傳統的筆記本系統設計中，1個或2個天線被用于802.11a/b/g。在802.11b/g/n筆記本系統設計中，需要多3個天線，這對于RF工程師和機械工程師來說，都是個挑戰。為此英特爾為筆記本設計者提供設計指南以達到高性能，包括天線布置、天線共存和減輕噪音設計工具。”
由此可見僅僅在筆記本電腦中部署802.11b/g/n系統就將產生EMI方面的挑戰，而要在體積更小的2.5G或3G手機中部署802.11n甚至集成藍牙、WiFi和FM功能，帶來的EMI挑戰顯然要更大。
就此CSR的Richard Edgar表示：“要解決EMI問題，設計時必須確保為集成進手機每一種無線方式在收發兩端都進行恰當的濾波。但這還不夠，對于802.11n來說，在EMI方面還會帶來哪些更多的挑戰目前還不確定。”由此可見，對EMI問題的關注，將會伴隨802.11n標準發展的整個過程。
談到如何解決在手機中集成藍牙、WiFi功能時的EMI問題，Broadcom的Kevin Mukai先生表示：“業界的趨勢正在向更小、集成度更高的器件上轉移，Broadcom已經可以在單芯片(不僅僅是模塊)上集成多種無線功能。Broadcom專注于高度集成的硅技術、共存算法和射頻設計經驗，已經可以在設計中減輕EMI/EMC并實現這樣高度集成的設計。近的例子是Broadcom推出了BCM4325解決方案，其在單芯片上集成了藍牙、WiFi和FM功能。”
而Broadcom 的CEO Scott McGregor先生在接受《電子系統設計》主編Jake Chen的專訪中提到：“ FM無線電與Wi-Fi和藍牙的協同工作是整個業界(不管是半導體供應商還是系統設計師)解決起來都感到非常棘手的問題。因為FM無線電對噪音非常敏感。好消息是，博通已經成功地解決了這個問題，并首先在65nm節點上成功地將Wi-Fi與藍牙和FM無線電集成在同一個芯片上，從而在成本、尺寸、可靠性和功耗諸方面都為業界確立了一個新基準。（該專訪請見“博通一路攻城略地的技術底氣到底在哪里？”一文）
從以上來自Broadcom的信息中可知，在手機中集成如此多的無線功能確實對EMI提出了很高的要求，但也不是“不可完成的任務”，至少Broadcom已經具備了提供如此高集成度芯片的能力。
而TI也于2007 年 2 月推出了業界集成802.11n、藍牙 2.1與FM的單芯片，可見TI也找到了在該情況下克服EMI問題的辦法。
TI的黃凱先生表示：“支援蜂窩技術的 RF 解決方案需要認真設計，才能避免干擾問題。TI 的解決方案是專為手機而設計的。為了與藍牙實現協作，解決方案必須在協議上解決共存問題，因為藍牙和WiFi使用的頻帶是彼此疊加的。”
無法回避的功耗問題
當我們面對通過電池供電的手機等便攜設備時，功耗是一個無法回避的問題。任何功能如果對設備的使用時間帶來過大的傷害，都將成為鏡花水月的擺設而不可能獲得真正的流行，802.11n也不例外。
半導體廠商對此有更深刻的體會和認識，SiGe的John Brewer在談到在下一代多功能的多媒體數碼設備中集成802.11n的的設計挑戰時就提到：“我們相信在多功能的多媒體設備中集成802.11n，對電池壽命的影響將是其挑戰。802.11n會比802.11 b/g更費電，11n使用兩個頻段，可以提供高速數據連接。這樣做的結果就是它將大量的消耗手持移動設備的電量。802.11 b/g已經對手機的電池壽命有很大影響。筆記本電腦有較大容量的電池來支持802.11n。電視、機頂盒、臺式機和海量存儲器都可以外接市電，因此功耗問題對他們影響不大。因此我們相信802.11n進入移動手持設備的進程將會有所延遲，直到功耗能被顯著的降低為止。”
盡管形勢很嚴峻但作為的射頻期間供應商，SiGe并不悲觀，John Brewer表示：“在802.11n系統中射頻功放消耗了相當一部分的電池能量。使用MIMO技術意味著802.11n需要至少兩到三個射頻功放。作為的802.11n射頻功放供應商之一，SiGe致力于減少802.11n功放的功耗。因此該技術在不遠的將來將適用于移動設備。”
同樣TI在談到自己的解決方案的優勢時也強調了功耗問題，黃凱表示：“TI 解決方案專為手機而設計，從尺寸、功耗、成本等方面均進行了精心優化，非常適合手機要求。”
甚至對于筆記本應用，Intel也強調了功耗問題。Intel的專家表示：“英特爾下一代Wireless-N硬件提供較上幾代和競爭對手產品顯著的功耗提升，終可延長60分鐘的電池續航時間。”
802.11n方案
談到有哪些公司在提供802.11n解決方案，SiGe的John Brewer表示：“所有的WLAN解決方案供應商，比如Broadcom、 Atheros和Intel都可以為目前的計算市場提供802.11n解決方案。另外Qualcomm(其Airgo子公司)和Metalink(以色列)公司能夠提供為家庭聯網市場提供802.11n解決方案。其期待Broadcom和 Atheros能夠提供在２００８年初提供適合于802.11n的視頻分配解決方案。在射頻功放領域，SiGe 和Skyworks還有Anadigics是802.11n.射頻功放的主要供應商。”
談到自己公司的射頻解決方案，John Brewer表示：“無論在2.5 GHz 還是 5 GHz 頻段，還是在今天市場上任意的802.11n設備中，.SiGe的 802.11n射頻功放都具有的效率（低電池能量消耗）。”
TI則推出了支持 IEEE 802.11n 草案標準并集成WiFi、藍牙與FM技術的WiLink 6.0器件。TI的黃凱先生特別強調：“該器件是專門針對手機設計的，因此在功耗等方面都有專門的優化。并且TI還進一步從軟硬件兩個方面都對其進行了優化，其采用65nm工藝制造，是低成本、低功耗的小體積單芯片。”
Broadcom可提供集成WiFi、藍牙與FM的解決方案BCM4325。在談到Broadcom解決方案的特性時，Kevin Mukai先生強調：“隨著越來越多的器件進入數字家庭，我們的802.11n解決方案將扮演可以將各種產品連接起來的背板的角色。”他還表示：“Broadcom在藍牙、蜂窩技術、寬帶以及機頂盒領域都擁有的技術，借助于各種技術之間的杠桿作用，Broadcom可以實現新的消費電子設備平臺，該平臺可以提供的無線性能、低功耗以及較小的外形等特性。”