Wi-Fi裝置出貨量攀新高。Wi-Fi聯盟指出，2016年802.11ac、802.11ad（WiGig）及Wi-Fi Location等三大新技術，皆將有顯著進展，可望為Wi-Fi市場挹注新的成長動能，讓全球Wi- Fi裝置出貨量在今年底突破一百五十億部。

　　ABI Research研究總監Phil Solis表示，隨著Wi-Fi聯盟認證計劃不斷擴大，Wi-Fi市場也持續增長。至今已有多達一百二十億部Wi-Fi產品出貨，2016年預期將再增加三十億部，而可在2.4GHz和5GHz頻段運作的雙頻裝置出貨量也將較去年增加，整體Wi-Fi市場成長力道依舊不減。

　　因應Wi-Fi技術已被廣泛采用，Wi-Fi聯盟已擬定好今年的技術發展藍圖，包括將增加Wi-Fi效能和網絡容量，以及提供符合各種應用和市場多元連接需求的獨特能力。

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　　WiGig（802.11ad）

　　在Wi-Fi聯盟公布的2016年技術藍圖中，WiGig（802.11ad）即是一大發展重點。該聯盟指出，2016年WiGig市場將顯著成長，該技術將可與802.11ac技術互補，為室內連接帶來多重Gigabit（Multi-Gigabit）的傳輸效能，促成如超高解析度（4K UHD）影像多重/同步串流等應用。未來，可支援2.4GHz、5GHz及60GHz的三頻裝置將提供最佳Wi-Fi效能，滿足愈來愈嚴苛的使用情境。

圖一

　　在這里，我們來詳細介紹一下WiGig。

　　首先我們要了解一下關于IEEE 802.11的概念。IEEE 802.11是現今無線局域網通用的標準，它是由國際電機電子工程學會（IEEE）所定義的無線網絡通信的標準。其中定義了媒體訪問控制層（MAC層）和物理層。

　　物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種擴頻作調制方式和一種紅外線傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個設備可以自行構建臨時網絡，也可以在基站（Base Station， BS）或者接入點（Access Point，AP）的協調下通信。為了在不同的通訊環境下獲取良好的通訊質量，采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）硬件溝通方式。

　　后來補充了兩個版本，802.11a和802.11b。前者定義了一個在5GHz ISM頻段上的數據傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，后者則定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數據傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。

　　802.11ad，也就是無線千兆聯盟（英語：Wireless Gigabit Alliance，縮寫為WiGig），是一個致力于推動在無執照的60 GHz頻帶上，進行數千兆位元（multi-gigabit）速度的無線裝置資料傳輸技術。

　　802.11ad主要用于實現家庭內部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。802.11ad拋棄了擁擠的2.4GHz和5GHz頻段，而是使用高頻載波的60GHz頻譜。由于60GHz頻譜在大多數國家有大段的頻率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技術的支持下實現多信道的同時傳輸，而每個信道的傳輸帶寬都將超過1Gbps。據

　　了解802.11ad的載頻60GHz，速度是7Gbps。同時，802.11ad也面臨技術上的限制。

　　比如：60GHz載波的繞射能力很差，而且在空氣中信號衰減很厲害，其傳輸距離、信號覆蓋范圍都大受到影響，這使得它的有效連接只能局限在一個很小的范圍內。

　　在理想的狀態下，802.11ad最適合被用來作為房間內各個設備之間高速無線傳輸的通道。在整合802.11s和802.11z的基礎上，802.11ad完全可以用來實現設備之間的文件傳輸和數據同步，速度將比第二代藍牙技術快1000倍以上。當然，802.11ad最主要的用途還是用來實現高清信號的傳輸。

　　802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的技術特點

　　WiGig技術使用60 GHz頻段，與2.4 GHz和5 GHz兩種頻段相比，60 GHz頻段有更多頻譜可供使用，從而通過使用低功率調制方案有更寬的信道來支持高達7 Gbps的更快數據傳輸速率，因此非常適合室內連接，以支持具有苛刻要求的包括視頻在內的多媒體應用。

　　WiGig/IEEE 802.11ad規范的主要特點包括：最大限度地提高性能；將實施的復雜度與成本降至最小；與現有Wi-Fi技術相協調；提供先進的安全保護。

　　這些主要功能包括：

　　1）支持高達7 Gbps的數據傳輸速率；

　　2）獨特的設計支持諸如手機等低功耗手持設備以及諸如電腦等高性能設備，還采用了先進的電源管理技術；

　　3）設備能夠透明地切換于在任意頻段（包括2.4 GHz、5 GHz和60 GHz）上運行的802.11網絡之間；

　　4）支持波束賦形，可最大限度地提高信號強度，并可在10米之外的距離實現良好通信；

　　5）使用AES加密算法中的Galois/Counter Mode來進行安全保護；

　　6）支持HDMI、DisplayPort、USB和PCIe的高性能無線實施。

　　802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的物理層

　　1）頻譜與信道

　　60 GHz頻段無需獲得授權，并被廣泛使用。如圖2所示，在60GHz頻段內，不同國家可用的頻譜有所差異：

　　圖2 各國在60GHz頻段的可用頻譜

　　60 GHz頻段的頻譜資源比2.4 GHz和5 GHz頻段要豐富得多——通常為7 ~8GHz頻寬。與，60GHz頻段也被劃分為多條信道——802.11ad規范定義了四條信道，每條信道寬度為2.16 GHz。

　　2）調制與編碼

　　802.11ad規范支持兩種類型的調制和編碼方案：

　　1）OFDM。允許的最大傳輸速度高達7 Gbps；

　　2）單載波。功耗較低，因此更適合于小型低功耗手持設備。單載波方案支持的傳輸速度最高為4.6 Gbps。

　　這兩種調制方案具備一些共同的要素（比如前導碼和信道編碼等），這就降低了實施的復雜度。

　　據悉，在將來，所有的WiGig CERTIFIED設備都必須支持單載波調制，某些設備還必須支持OFDM。

　　IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的MAC層

　　IEEE 802.11ad規范的MAC層的新功能能夠支持先進的使用模式，促進與Wi-Fi網絡整合，可降低功耗，并可提供強大的安全保護。

　　1）MAC架構

　　如圖3所示，IEEE 802.11ad規范定義了一個新的MAC架構，使得兩個設備能夠彼此間直接通信，從而開發出一些新的功能（如快速同步兩臺設備，以及向投影儀或電視機發送音視頻數據等）。此外，IEEE 802.11ad規范還支持現行的802.11網絡架構。

　　圖3 IEEE 802.11ad規范的MAC架構

　　2）用戶體驗提升技術

　　從圖2可見，IEEE 802.11ad的MAC實現了在60 GHz頻段連接不可用的情況下向2.4 GHz或5 GHz Wi-Fi的無縫回退，從而可極大提升用戶體驗（比如，在設備從60 GHz切換到頻率較低的Wi-Fi信道的情況下，使用Wi-Fi/WiGig集成設備的用戶將能夠繼續享受無中斷連接。用戶不但能夠體驗到高性能，而且還將能夠自動利用60 GHz頻段帶來的額外速率）。

　　3）電源管理技術

　　WiGig CERTIFIED設備將可利用一種新的預定訪問模式來降低功耗：通過定向連接互相通信的兩臺設備可以預定它們進行通信的時間段，在這些時間段期間，設備開始休眠。這種先進的功能使設備能夠更精確地根據實際流量負負荷進行電源管理——這一點對于手機和其他手持式電池供電設備而言尤其重要。

　　4）安全技術

　　IEEE 802.11ad規范建立在IEEE 802.11標準定義的強大安全機制之上，WiGig CERTIFIED設備的加密功能基于政府級高級加密標準AES，并且可以在硬件中實施以實現高性能和高效率。

　　802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的協議適配層（PAL）

　　如圖4所示，IEEE 802.11ad規范的協議適配層（PAL）允許以無線方式實施在MAC層和PHY層上直接運行的一些標準接口：

　　圖4 IEEE 802.11ad規范的協議適配層

　　1）音頻/視頻：WiGig顯示擴展（WDE）

　　WDE支持無線傳輸視聽數據（如從計算機或數碼相機向電視機或投影儀傳輸電影）。這種PAL支持HDMI和DisplayPort接口以及用于保護通過這些接口傳輸的數字內容的高帶寬數字內容保護（HDCP）方案的無線實施。它的擴展性允許它既可以傳輸壓縮視頻，也可以傳輸非壓縮視頻。

　　2）輸入/輸出PAL：WiGig總線擴展，WiGig SD擴展，和WiGig串行擴展

　　輸入/輸出PAL定義了在60 GHz頻段上廣泛使用的計算機接口的高性能無線實施。目前定義的I/O協議PAL）共有三種：WiGig總線擴展（PCIe）、WiGig SD擴展（安全數字I/O）、以及WiGig串行擴展（USB）。

　　（1）WiGig 總線擴展

　　在計算機內部，PCIe通常用于將CPU和內存連接到可支持存儲、網絡卡和其他接口的I/O控制器。此外，它也可以用來連接到媒體和視覺處理器，以提高圖像質量或對CPU進行卸載處理。PAL的實施可支持設備之間的多吉比特無線同步，以及與存儲和其他高速外圍設備的連接。

　　（2）WiGig SD 擴展

　　SD存儲卡被廣泛用于移動設備，以進行各種文件的存儲，如文檔，圖片，以及音視頻內容。WiGig SD 擴展被用于從主設備訪問安裝在遠程設備上的SD存儲卡，比如從筆記本電腦上訪問智能手機上的SD存儲卡。WiGig SD 擴展適合資源有限的電池供電的設備，因為其為方便存儲訪問而優化了實施過程，并且文件傳輸速度可達數十億位元，同時可顯著節約能耗。

　　（3）WiGig 串行擴展

　　USB通常被用來將外圍設備和其他設備連接到主機。這種USB PAL可支持USB設備之間的無線連通，并促進諸如USB擴展之類的產品的開發。WiGig串行擴展已經從Wi-Fi 聯盟移交到USB-IF，用作無媒介限制串行總線規范的基礎。

　　802.11ac

　　除了WiGig，802.11ac也將在2016年獲得大幅成長，因其可提增Wi-Fi網絡效能和網絡容量。802.11ac Wave 2的功能，如更寬通道和MU-MIMO，將能讓家庭、企業和服務供應商的網絡達成更好的聯網品質。Wi-Fi聯盟預期，802.11ac有望成為至今出貨量最高的技術版本。

　　802.11ac，俗稱5G WiFi （5th Generation of Wi-Fi），是一個802.11無線局域網（WLAN）通訊標準，它通過5GHz頻帶進行通訊。理論上，它能夠提供最少1Gbps帶寬進行多站式無線局域網通訊，或是最少500Mbps的單一連接傳輸帶寬。作為802.11n的繼承者。它采用并擴展了源自802.11n的空中接口（air interface）概念，包括：更寬的RF帶寬（提升至160MHz），更多的MIMO空間流（spatial streams）（增加到 8），下行多用戶的 MIMO （最多至4個），以及高密度的調變（modulation）（達到 256QAM）。

圖六

　　下面是關于它的四個知識：

　　802.11ac沒法給你一個Gigabit 級別（千兆比特）的吞吐量

　　雖然WiFi聯盟宣布，理論上它可以達到1.3 Gbps的吞吐量，是802.11n的2倍有余。意味著網絡可以同時支持向多個設備傳輸高清品質視頻流。 實際上你是無法看到802.11ac理論上1.3 Gbps的吞吐量的，除非你測試的地方是一個實驗室而非你的辦公室，而且要達到最高速度你需要支持3個數據流，每個數據流達到433 Mbps的吞吐量。典型的 802.11ac訪問點可支持多達8個數據流，但很多客戶端設備應該只支持一個。

　　比如內置（博通）Broadcom BCM4335 Wi-Fi芯片的 Galaxy S4，芯片只支持一個數據流，你最多能看見433Mbps的速度。非官方的802.11ac設備早已經發貨了，但是官方的第一代802.11ac設備也沒法達到哪個速度，目前CNeET/ZDNet 用NetGear R6300 WiFi路由器測試的最高速率（吞吐量）是331Mbps。

　　工作范圍

　　802.11ac支持5GHz頻段，相比之前的2.4 GHz， 5GHz頻段能夠以更廣大的空間提供更多的頻道。但是5GHz的信號范圍可能更小，這個跟它采用了“波束形成”的技術有關。以前的WiFi是對辦公室設備全方位的信號覆蓋，現在更強調直接從訪問點（AP）到一個特定點設備的信號發送。

　　目前還沒有具體的解釋，但是可不可以理解為如果某個802.11ac路由器只需覆蓋幾臺設備的時候，比如8臺，信號會非常好。但是人一多，你就得離AP（訪問點）近點好？ 真這樣，這對以大型會議室的WiFi需求顯然是不理想的。

　　向下兼容

　　所有的802.11ac產品將向下兼容802.11n網絡的設備（比如某某筆記本），甚至是802.11g 的老設備。不過802.11ac也不是萬能的，比如你買了一個802.11ac AP配合老設備，最大速度還是被限制在老設備的最大值上。興慶現在許多支持802.11ac的新設備要來了，可以買來嘗嘗鮮。

　　信道干擾問題

　　做WiFi網絡管理的人知道，2.4GHz的頻段是非常擠的，理論上你可以使用14個信道，但是實際中，為了避免干擾，你可能只會用3個或4個信道，如果哪些信道相互干擾，網速就會直線下降。現在802.11ac頻段提高到了5GHz，又是什么樣的情況呢？

　　如下圖顯示，802.11ac提速跟信道頻率提高密不可分。802.11ac中的信道頻率將提高到80至160MHz，數據速率顯著增加，達到160MHz時，在美國這意味著最多允許5個信道。

　　
圖七

　　Wi-Fi Location

　　另外，Wi-Fi聯盟力推的Wi-Fi Location也即將在2016年問世。Wi-Fi聯盟表示，過去10年，Wi-Fi產品能力已顯著擴增，包括屏幕鏡射、無縫熱點授權和近接感測（Proximity Awareness）等；而Wi-Fi Location計劃將很快促成利用位置資訊的新形態應用。在Wi-Fi Location網絡覆蓋范圍內，支援該技術的裝置實現室內或戶外的精準定位，此一能力將提供消費者、零售商、企業和服務供應商帶來多種益處。

　　Wi-Fi聯盟總裁暨執行長Edgar Figueroa表示，Wi-Fi成功的基礎是建立在一套不斷演進的核心技術，藉由技術的持續精進，強化網絡容量、效能，來滿足現今和新興的市場需求，同時維持最佳的使用體驗。

　　Wi-Fi定位技術的商業發展大約始于2002年，到2004開始有為數眾多且較具規模的公司投入，包括Intel、Hitachi、Cisco等。

　　Wi-Fi定位技術原理與系統架構

　　在Wi-Fi定位系統中，為了估計行動終端裝置的位置，在定位系統中需要測量無線基地臺所發射的訊號強度，此訊號強度為距離的函數，在開放的空間中此訊號強度會隨距離以log函數式衰減。

　　Wi-Fi定位技術是以收到之無線訊號在此行動終端上的觀察值為基礎。通常，在空間中某一位置的觀察值形成一種機率模型（probabilistic model），此機率模型描述了收到無線訊號的分布情形。

　　為了提供Wi-Fi定位服務，需建立空間之無線訊號分布模型，首先將空間劃分成一個個的取樣點，在每一取樣點（Sample Point）之觀察訊號的分布，基本上是趨近于其鄰近的無線訊號。為了建立每一取樣點這樣的機率模型，是需要從每一取樣點去收集無線訊號強度資料。

　　然而，在多數的環境里，取樣點的總數目很大，因此從每一取樣點都去收集無線訊號強度資料，就會變得不容易執行。所以，一般會僅選取一些取樣點去執行實際量測，然后再由模擬或學理計算來得到其它取樣點的訊號強度推估。例如，以那些實際的量測值為基礎，然后再來作內插（interpolation）或外插（extrapolation）來得到其它取樣點的訊號強度推估。因此，所產生的訊號強度推估資料會與無線資料被收集的多寡和地點有關。

　　Wi-Fi定位系統通常以兩階段來處理，一為訓練階段，另一為追蹤定位階段。訓練階段是一離線階段，系統在此階段會擷取無線基地臺在各所屬區域里某些點的無線訊號強度，去收集與分析訊號的資料，以少量的取樣點來推估整個空間的對應圖，亦即radio map。

　　在追蹤定位階段，行動終端裝置利用所收到無線基地臺之訊號強度，與此radio map相較，然后找出最佳匹配，做為行動終端裝置的估計位置。整體系統運作方式流程如圖四所示。

　　就實測結果而言，在室內一般穩定的環境下，其定位準確度平均可達2公尺以內，而在室外環境，以臺北市為實測環境，其定位準確度可達10～20公尺以內。

　　Wi-Fi定位技術建置要領

　　在實際建置的情況下，有兩種建置型態，一為無線網路已布建完成之環境，另一種則是無線網路隨同定位系統一起布建之環境。在第一種情況中，由于一開始規劃無線網路并非以定位需求為出發點，因此在導入定位系統前，應先測試并做相當程度的調校，才能達到預期效果。而在第二種情況下，由于無線網路尚未建置，且室內外空間的環境對定位系統的布建具挑戰性，因此需事先作好完善的環境測試，以利無線網路布建的規劃，使得定位系統能夠根據個別環境的差異予以最佳化，發揮更好的定位效果。因此，不同的環境與應用下，需采用不同策略彈性調整定位系統的布建。

圖八

　　在Wi-Fi定位系統中，由于其訊號強度易受不同環境之影響，其中包含溫濕度、地形、無線網路布建方式、室內外等因子，而造成訊號品質不穩定，進而降低定位準確度。例如濕度較高的雨天環境中，由于空氣所含之水份較多，造成訊號衰減情況較為嚴重，因此產生定位結果飄移之狀況，降低定位效能。而在人群聚集的環境中，由于人體內所含水份的影響，加上人群的移動，也都會影響訊號分布的穩定性。此外，室內外環境變動也會發生訊號差異，室內變動性較小，而室外的影響因素較多，包含：車輛的移動、雨天晴天、地形等，皆影響著無線訊號的分布。由于不同的應用情境對于定位效能有不同的需求，因此除了無線網路的布建規劃外，定位效能的調效亦顯得格外重要。以下針對可能影響整體定位系統效能優劣的因素作一探討。

　　接取點（Access point）之影響

　　就Wi-Fi定位技術原理來說，每個地點可以收到越多的訊號源，對于定位運算會更有幫助，當然定位結果也會更準確，一般而言，若能收到3～5個以上的訊號源，就可達到不錯的定位效果。然而，并非在所有環境下越多的訊號源，一定會有越佳的定位準確度，此點可以由所推估的Radio Map中看出，訊號會因空間的影響而有不同的衰減程度。在定位運算中，每一個接取點在同一空間中訊號分布的亂度愈高，該空間每個位置的鑒別度就愈高，進而提升定位的準確度。例如在開闊平坦大廳中，由于阻隔物少，訊號的衰減程度小，而造成每個位置的相似性提高，將會影響定位的準確度。

　　取樣點密度與分布

　　取樣點之多寡與分布在建置定位系統時，需要事先規劃與考量。一般來說取樣點愈多，分布愈密愈廣，其定位準確度愈高，但所需花費的時間與成本也相對提升。因此應先考量應用情境是否要求高準確度的定位結果，并調查使用環境的地形與接取點分布之狀況，如此方能有效規劃取樣點分布與密度。一般來說，取樣點之密度以2～3公尺一點較佳。

　　空間復雜度

　　無線訊號衰減之狀況主要是看空間的復雜度而定。在開闊空間中，相鄰兩點之訊號差異較小，如中庭、大廳等。反之，在一個較封閉或是隔間較為復雜的環境中，訊號差異變化較大，會有利于定位核心的運算，但不一定會得到比較準確的結果。考量的重點在于如何創造出訊號的差異性，可透過無線網路基地臺位置的調整以及訊號發射方向的改變，增加訊號特征分布的鑒別度，以有效提升定位準確度。

　　其它因素

　　在Wi-Fi定位系統建置上，其它考量的因素包含了行動終端的移動速度、無線訊號掃描的頻率、不同無線網卡與設備的訊號差異等因素，皆會對定位結果有所影響，因此針對特定的應用情境，需考量這些因素的存在而加以控制。

　　2016年，各種新計劃的實施將使Wi-Fi技術得到進一步改進。Wi-Fi CERTIFIED? ac更新版將提供多用戶MIMO（Multi-user MIMO）等新功能，以提高性能和網絡容量，從而使Wi-Fi速度超越現在的Gb限度。這些新功能將使用戶能夠實現Wi-Fi CERTIFIED ac的全部潛力，通過支持更快、可擴展性更高的運營商網絡，可幫助滿足運營商的需求。

　　2016年預計還將啟動WiGig CERTIFIED?計劃，該計劃對Wi-Fi CERTIFIED ac起到了補充作用，將使室內互聯具備數Gb的性能。在推出Wi-Fi HaLow?之后，Wi-Fi聯盟還將繼續推進有關新頻段的工作，以實現傳送距離更長和功率更低的互聯，這樣的互聯非常適合支持物聯網中的各種節能應用以及其他工業應用。為了通過豐富Wi-Fi技術以繼續推進創新，Wi-Fi聯盟將與世界各地的監管部門合作，以擴大可用于Wi-Fi技術的頻譜范圍。