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1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

在21世紀(jì)的前15年中，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)越來越多地走到人們身邊，改造和影響著人們的生活。近年來，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)趨勢：1）移動(dòng)設(shè)備的接入量和數(shù)據(jù)流量呈爆炸式增長，據(jù)美國思科公司預(yù)計(jì)，全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量在2020年將達(dá)到2010年的1000倍；2）接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備由最初單一的移動(dòng)電話向多樣化發(fā)展，譬如筆記本電腦、平板電腦、穿戴式設(shè)備等，這些設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求截然不同。如何滿足移動(dòng)設(shè)備的海量多樣化數(shù)據(jù)需求，是未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重大挑戰(zhàn)。

2當(dāng)前wifi技術(shù)簡介

在本節(jié)中，我們將對(duì)WIFI技術(shù)的物理層和MAC層技術(shù)進(jìn)行簡介，并闡述當(dāng)前WIFI技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下的局限性。

2.1WIFI技術(shù)的物理層和MAC層

WIFI技術(shù)的物理層采用OFDM技術(shù)，OFDM技術(shù)能夠最大限度地利用頻譜資源，從而達(dá)到高數(shù)據(jù)量傳輸。當(dāng)前的WIFI標(biāo)準(zhǔn)主要工作在兩個(gè)頻段：2.4GHZ頻段和5GHZ頻段。在2.4GHZ頻段下，總可用頻譜帶寬為80MHZ，共有13個(gè)頻段可供利用，單個(gè)設(shè)備最多可以使用20M帶寬。在5GHZ頻段下，總可用頻譜帶寬為325MHZ，共有20個(gè)頻段可供利用，單個(gè)設(shè)備最多可以使用80M帶寬?？芍?，在5GHZ頻段下的可用帶寬資源較為豐富，因此，越來越多的WIFI設(shè)備開始工作在5GHZ頻段。WIFI技術(shù)的MAC層采用CSMA技術(shù)來為多用戶提供接入。CSMA技術(shù)的工作原理為：任何一臺(tái)設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須先對(duì)當(dāng)前頻譜進(jìn)行探測，若當(dāng)前頻譜為空閑狀態(tài)則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則進(jìn)入等待模式并在等待結(jié)束后開始下一次探測。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜時(shí)，MAC層還將應(yīng)用RTS/CTS技術(shù)。

2.2當(dāng)前WIFI技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下的局限性

WIFI技術(shù)雖然在物理層上能夠較為高效地利用頻譜資源，但在MAC層上，WIFI技術(shù)的CSMA由于成本的限制并不能高效地服務(wù)于多用戶數(shù)據(jù)，該瓶頸在設(shè)備接入量增加時(shí)變得尤為突出。由于同一頻段上同時(shí)最多只能有一對(duì)設(shè)備進(jìn)行發(fā)送和接收，當(dāng)設(shè)備增多時(shí)，大量設(shè)備將持續(xù)處于等待狀態(tài)，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t增大，此類現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生于人口密集的場所，譬如機(jī)場、火車站、體育場等。在未來，隨著可穿戴設(shè)備的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有WIFI技術(shù)必將無法支持與之相匹配的數(shù)據(jù)需求。因此，當(dāng)前WIFI技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展下存在很大的局限性。

3未來WIFI技術(shù)展望

經(jīng)過第三節(jié)的分析可知，由于設(shè)計(jì)上的缺陷，WIFI技術(shù)必須要進(jìn)行改變才能適應(yīng)未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在本節(jié)中，我們將介紹兩種對(duì)現(xiàn)有WIFI技術(shù)的改進(jìn)方法。

3.1多用戶MIMO（MU-MIMO）技術(shù)

為了解決MAC層造成的用戶等待問題，多用戶MIMO技術(shù)希望通過利用多天線來分開多個(gè)終端設(shè)備，從而可以同時(shí)支持多個(gè)數(shù)據(jù)流的傳輸。隨著芯片制造技術(shù)的發(fā)展，多天線的制造成本顯著降低，因此，這項(xiàng)技術(shù)有望大量應(yīng)用于未來WIFI設(shè)備中，從而有力解決在密集終端設(shè)備下的數(shù)據(jù)服務(wù)問題。

3.2超高頻率WIFI技術(shù)

在未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，某些設(shè)備需要超高速率的數(shù)據(jù)傳輸，譬如高清電視等，傳統(tǒng)的2.4GHZ頻段和5GHZ頻段的帶寬已不足以滿足這些設(shè)備的上述需求，因此，未來WIFI技術(shù)需要變得更加多樣化，其中，超高頻率WIFI技術(shù)可以工作在60GHZ頻段下，該頻段的可用頻譜帶寬為數(shù)GHZ，大大高于傳統(tǒng)的WIFI技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)可以提供數(shù)GB每秒的數(shù)據(jù)傳輸，因而可以應(yīng)用于未來高速率傳輸?shù)慕K端設(shè)備。

4總結(jié)

在本文中，我們首先概述了未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，并探討了現(xiàn)有WIFI技術(shù)在上述發(fā)展趨勢下的局限性，針對(duì)這種局限性，進(jìn)一步介紹了未來WIFI技術(shù)的兩個(gè)主要發(fā)展方向。綜上所述，未來WIFI技術(shù)必將沿著高效化和多樣化繼續(xù)發(fā)展，從而為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展提供有力的支撐。

作者：孫晶晶 李若楠 單位：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心