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這篇文章是轉載自國立臺灣大學的網站，原文發表于2012年，還是802.11ac Draft標準，但是內容不錯，讀者不要在意文中提到的時間。

近年來手持設備蓬勃發展，無線網絡之技術也隨著與時并進。與無線網絡的相關的新聞中，曝光率最高的就屬 IEEE 802.11ac 協定。由于它是第一個超過1 Gbps傳輸速率的無線網絡協議，因此備受矚目。根據報導，802.11ac將對現有市場造成沖擊，并且將在2015年將超過10億個IC之出貨量。本篇文章將介紹 802.11ac 之發展現況，并探討它的技術特性。

前言

802.11ac是一個由 IEEE（電機電子工程師學會）所制訂的802.11無線網絡通訊標準。第一個草案(Draft 1.0)發表于2011年11月，目前已發布 Draft 5.0，預計在 2013年底或2014年初才會發布正式版本。

雖然正式版本尚未發布，但近期的無線網絡相關產品信息，卻已有許多與 802.11ac 相關的產品與報導出現，我們就來了解一下這個最新的無線網絡協議。

802.11ac提供下列的技術來提升網絡頻寬與更好的使用者體驗：

• 支援更寬的頻寬(RF Bandwidth): 最高160 MHz（802.11n上限是 40 MHz）
• 支持最多 8空間串流(MIMO Spatial Streams)（802.11n僅支持4個）
• 多使用者的 MIMO (Multi-user MIMO) （802.11n 無此功能）
• 傳送波束成型正式納入標準(Beam forming) (802.11n 非標準功能)
• 支持高密度的解調變(Modulation): 256 QAM (802.11n 最高 64-QAM)

1. 支援更寬的頻寬(RF Bandwidth): 最高160 MHz

802.11ac Draft預計使用5 GHz RF頻帶(4.9 ~ 6.0 GHz)，主要原因在于802.11ac有較寬的頻寬(RF Bandwidth)需求。

以美國地區為例， 2.4GHz 能用的范圍僅有2.4~ 2.462 GHz, 以5MHz 區分一個 Channel，共有 11 個Channels 如下：

雖然有 11個Channels可用，若以 802.11b 為例，所需頻寬RF Bandwidth: 22MHz，因此僅有三個不會互相干擾之 Channel 存在。

這也就是一般在無線網絡建置中，在一個空間中，若無線 AP 僅支持 2.4GHz 802.11 b/g/n，則建議最多布建三臺，且三臺 AP 各設定使用 Channel 1/6/11，才能有互不干擾之最佳效果。除了無線網絡使用于 2.4 GHz頻帶，藍芽、家用無線電話都在使用，甚至連微波爐都可能會在這個頻帶內。而5GHz在美國地區能用的范圍有 5.180~5.850GHz，以5MHz 區分一個 Channel，可用的 Channels 有 36~165，因此才能容納 802.11ac 最高 160 MHz 之頻寬要求。但5GHz也不是完全沒有缺點，因為頻率越高，波長越短，繞射(diffraction)程度越低，也就是遇到障礙不容易繞過，因此在相同功率上之有效傳輸距離會較 2.4GHz 來的短。

802.11ac 所需160 MHz 之頻寬可利用通道集成技術 (Channel Bonding)來達成，也就是可使用連續Contiguous 80+80 MHz 或非連續 Discontinuous 80+80 MHz，使總頻寬達到160 MHz。下表為在單一空間流使用不同頻寬 (Bandwidth) 在 802.11n 與 802.11ac 之理論傳輸速率：

2. 支持最多 8空間流(MIMO Spatial Streams)

MIMO 是 Multi-input Multi-output 之縮寫，可用此法表示：

T x R：S

發射天線數量 x 接收天線數量：空間流數

例如：3x3:3 MIMO

表示有三個發射天線與三個接收天線，共提供三個空間流(Spatial Streams)。

在企業方案所提供之無線解決方案，也會看到如 MIMO: 4x4:3，表示有四個發射天線與四個接收天線，卻僅提供三個空間流數量，其優點在于使用N+1 的冗余收發器，可針對信號衰減和硬件故障提供有效保護，使三個空間流之性能和覆蓋范圍更大且更穩定。

802.11n 40 MHz Bandwidth (64-QAM)，使用多個空間流之理論傳輸速率：

802.11ac 40 MHz Bandwidth (256-QAM)，使用多個空間流之理論傳輸速率：

3. 多使用者的 MIMO (Multi-user MIMO)

Multi-user MIMO 是一種新的技術，其優點在于多個終端設備同時連上 AP 時，每個裝置可獨立使用不同的空間流(Spatial Streams)傳輸數據，進而減少競爭，此種技術又稱為 SDMA (Space Division Multiple Access)。

例如一個無線 AP 使用 4 x 4: 4 Mu-MiMo可對2個連上的終端設備同時單獨進行通訊。而現行的 802.11n MiMo裝置只能在同一時間服務一個終端設備之多重天線，無線 AP必須以時間多任務服務多個終端設備。

4. 傳送波束成型(Beam forming) 正式納入標準

Beam forming (波束成型)技術已經正式納入 802.11ac 之標準，雖然在 802.11n 已有多家廠商提供此技術，但因為當時為非標準規格，因此各廠商在實作上可能存在兼容性問題。

所謂的Beam forming技術在于使用單一聲測(Single sounding)與反饋格式(相較于802.11n的多重聲測與反饋格式)，而在特定方向集中射頻(RF)能量，以改善到個別終端設備之傳輸效率。

5. 支持高密度的解調變(Modulation): 256-QAM

802.11ac使用與802.11n 相同之 OFDM(正交分頻多任務)作為調變與編碼技術，也相同要求裝置能夠支持BPSK、QPSK、16-QAM與64-QAM，但802.11ac額外增加256-QAM(3/4 or 5/6 Coding Rate)之調變方式，256-QAM的好處在于提供比64-QAM更大33% 之傳輸流量。不過256-QAM僅允許較低的位錯誤容許誤差，因此較適用于無干擾之通訊環境中。

下表是使用各種調變(Modulation)技術在頻寬 40 MHz with 400 ns GI 使用單一空間流之理論傳輸速率：

另一個與802.11n 之差異在于 802.11n 支持「不同」調變，例如一位使用者可能在一空間流上接收BPSK調變信號，及在另一空間流上接收16QAM 調變信號。但802.11ac只支持「相同」調變，因為此特性證明在市場中不會成功(很少802.11n 裝置實際支持此功能)，所以IEEE決定放棄支持「不同」調變。

總結

下表整理 802.11ac 在單一空間流中使用不同頻寬 Bandwidth與不同調變 Modulation 之理論傳輸速率 Mbps：

因此若802.11ac 使用最高 160 MHz Bandwidth，與最佳之調變 256-QAM，在8個空間流之情況下，最高可達 6.93 Gbps之理論傳輸速率

802.11ac協議除了上述五個新的特性之外，能與現有802.11n兼容也是十分重要的，因此 802.11ac提供與802.11a和802.11n裝置在5 GHz頻帶之兼容性。表示802.11ac能與支持802.11a和802.11n技術的裝置互動；802.11ac訊框結構可容納與802.11 a和802.11n裝置的傳輸。

參考資料

1.IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications

2." WiFi (wireless networking technology)". Encyclopadia Britannica.

3.DIGITIMES中文網: 即將邁入802.11ac的世代所面臨的測試挑戰

4.http://en.wikipedia.org/wiki/Guard_interval

5.http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009

6.http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ac

7.http://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

8.Cisco無線網絡解決方案 http://www.cisco.com/web/TW/products/wireless/index.html

本文轉載自：http://www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0024/20130320_2409.html