802.11n的美妙前景

王 培

为了实现高带宽、高质量的WLAN服务,使无线局域网达到有线以太网的性能水平,802.11n应运而生。自从802.11n问世以来,它就成为了一个热点,因为它目前的带宽已经能够达到300Mbps,未来还可以达到450Mbps。但是,你知道802.11n产品究竟能够带给我们怎样的应用呢?

MIMO技术的力量

首先我们需要了解一些背景知识。802.11n之所以能够大幅度地提升性能并改善传输质量,MIMO(多输入、多输出)是功不可没的。MIMO是无线领域的一个重要突破,它在处理无线信号时,物理上使用了一种名为多路径的无线电波技术。在无线电波的传输过程中,由于发送者和接收者之间有一定的距离,使得信号会逐渐衰减。另外,信号在遇到墙、门或者其他障碍物之后,会被反射和/或被吸收,从而形成更弱的原始无线电信号副本。

802.11a/b/g网络使用的都是SISO(单输入、单输出)技术,只能接收和解码其中一个无线电信号,通常被选中的是信号最强的信号。而802.11n网络由于使用了MIMO技术,就允许多个天线同时接收同一信号的多个副本,从而更好地重构出原始信号。而且,接收到并处理的信号越多,重构的信号和原始信号的相似度就越高。因此,MIMO相比SISO至少能够将可接收的范围扩大两倍。

另外,MIMO还可以使用多个天线同时传输多个数据流(或者称为空间流)。这样,使用多个天线传输数据,AP(接入点)的性能或带宽就能有效地提高,目前提升到大约5倍,也就是300Mbps,未来还可以达到8倍,即450Mbps;而SISO技术只能使用一个天线进行发射数据流,其理论极限速度仅仅是54Mbps。打个比方来说,SISO就像一个单行的乡间小道;而MIMO则是具有多个通道的高速公路,其通道越多,在给定时间内能够承载的交通工具也就更多。

另外一个有趣的地方是,MIMO支持不同的天线配置。1×2的配置意思是这个无线设备具有1个发射端天线和2个接收端天线,其接收数据的最大数据率就是300Mbps。同样地,3×3配置的无线设备则具有3个发射端天线和3个接收端天线,它能够达到450Mbps的数据率,当然其前提条件是使用一个450Mbps的接入点。这在目前300Mbps的基础上,又将数据率提升了50%。

当然,这些数字都是理论上的原始数据率的值,而任何的有线或者无线网络的性能都会受到各种各样因素的影响而大幅衰减,这些因素包括:笔记本电脑的配置、网络包头、用户拥塞控制、距离、障碍物及接口类型等。

在现有的无线设备中,Intel WiFi Link 5300适配器是针对Intel Centrino 2平台的,它能够在网络客户端发挥3×3天线的最大威力。尽管目前还没有支持3×3的AP,但实现这样的性能只是时间问题。另外,使用802.11n的无线AP,还能够访问现在的各种符合802.11规范的网络。在我买下一部笔记本电脑时,我希望Intel WiFi Link 5300适配器已经实现批量生产了。这样的性能对于现在和未来的应用程序,如高清视频流,高像素照片,在线游戏,GB级别的音乐收藏、备份等,都将具有非常重要的意义。

基于无线的视频应用

随着家庭网络的日益普及,以及从互联网获得的视频内容越来越丰富,很多消费电子产品厂商正在他们的视频产品中添加Wi-Fi功能,以便在整个家庭内可以方便地获得数字内容,不过这也使得消费电子产品厂商必须从事很多复杂的系统集成工作。不过不久前,Broadcom公司已经成功实现了Wi-Fi与视频平台的结合,用户可以方便地利用Wi-Fi传输技术把诸如iTunes、 BD-Live 和 Netflix之类的娱乐应用带到用户的视频设备上。

802.11n是当前唯一的能够为多媒体应用提供足够的带宽、覆盖区域及服务质量(QoS)的无线技术。Broadcom已经对其802.11n技术和video over Wi-Fi设计进行了优化,以便克服采用无线协议实现IP电视面临的技术难题。采用了Wi-Fi功能的设备再组合进DLNA功能以后,就能够为消费者提供一种透明的方法,在整个家庭内实现电视、个人电脑、手机和其他设备之间的媒体内容访问及共享。

Broadcom公司无线媒体业务部总监Bill Bunch表示:“我们推出的平台使得我们的客户为其消费电子产品添加基于Wi-Fi的视频功能变得简单,与此同时,还能利用Broadcom的数字电视、蓝光光盘、机顶盒和IPTV平台内固有的高性能处理器、3维图形和MPEG-4高清(HD)能力。”

在Broadcom的解决方案中,对无线网络的性能进行了特别优化,以支持包括IPTV在内的具有最苛刻要求的视频应用。

目前已有的Wi-Fi网络在处理全球IPTV运营商使用的特殊类型的组播数据流和协议方面仍有困难,导致经常出现令消费者感到不能接受的视频缺陷。Broadcom对其802.11n解决方案已经进行了优化,以便能够提供足够的带宽支持至少3个HD高清视频流和4个SD标清视频流,同时还保证其在整个家庭内进行传输时具有稳健的传输性能。为了减少吞吐量的不稳定性及数据包的差错,Broadcom采用了一套组合的先进PHY技术,包括最大似然解码、速率与天线选择算法以及包误差校正技术。Broadcom的Wi-Fi解决方案还通过利用在5 GHz频段内可用的额外信道,减少导致传输性能下降的干扰。现在,这些特有的硬件和软件功能在Broadcom的IP/卫星/有线电视机顶盒设计以及它的数字电视和蓝光平台等5类产品中都已具备。

“在视频显示产品中加入Wi-Fi可以很容易地实现对家庭中各种设备内的媒体内容进行访问,以及使消费者能充分利用宽带连接在不靠近DSL或有线电视调制解调器的设备上观赏IPTV。” Parks Associates公司副总裁兼首席分析师Kurt Scherf表示,“当视频设备制造商力图跟上和满足对这些无线功能的需求时,他们理所当然地会选择将那些经过检验的连接性技术集成到他们现有的平台中去的解决方案。”

企业应用已成趋势

在多种无线网络技术中,Wi-Fi因其能够有效地满足众多企业级用户的实际需求,较蓝牙、UWB、HomeRF等更适合商用而得以迅速发展。从技术层面来看,Wi-Fi已经成为无线应用的主力。随着802.11系列标准陆续颁布实施,Wi-Fi在网络带宽、网络漫游、网络管理、网络安全等方面不断升级,推动无线应用上升到更高的层次。

不过在实际应用和部署中,802.11n还有另一个难题:和以往的802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段),这样保障了它与以往的802.11a/b/g标准兼容。但是实际情况是,在2.4GHz频段,由于旧有低速率的其他标准存在,而WLAN又以最低的无线接入速率为最终速率,因此用户为了最终达到802.11n的高速率,往往只能运行在5GHz频段,所谓2.4GHz的兼容和投资保护形同虚设。

以上问题在目前也得到了有效解决,最新一代Wi-Fi网络整合了多天线接入点,以建立来自同一套接入点的平行而同步的无线网络。这些重叠的网络能够在信道、模式以及频段的任意组合上运行,从而使 IT 能够将各个无线局域网分配到具体的用户组、应用或设备类型。这样一来,基础架构便使各机构: 能够在现有环境中以适宜企业的速度逐步推出“n”设备,而不会与传统的设备发生冲突,用户无需进行设备升级;选择使用 40MHz 信道捆绑在 2.4GHz 和 5GHz 中配置“n”,实现承诺的 300Mbps 数据传输速度,即使传统的“g”或“a”设备仍然存在;无需重新设计无线布局就可进行配置。

当企业大规模部署轻量级AP时,以太网供电通常不能满足大量AP的用电需求,而最新的超轻量级AP设计无需高耗电处理器,也就是说,标准的以太网供电就能够让四射频AP以全速和全覆盖运行。

对企业用户来说,上述技术的实用性非常明显,它使得构建全无线企业网络成为可能。不过802.11n 的实施需要循序渐进,而不是强迫用户完全地更换它。作为一种颠覆性的Wi-Fi技术,802.11n能否在企业应用市场取得成功将是其发展的关键所在。