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802.11n标准的技术特点及其设计挑战
作者：电子工程专辑
日期：2007-09-27 09:04:34
摘要：目前广泛应用的WiFi标准有802.11a/b/g，最新的802.11n 2.0版草案于2007年3月获得了通过，目前已有一些支持该草案的产品出现。而按照IEEE的规划，802.11n标准的正式版本有望在1-2年内出台。
个人通信是人们长期以来不懈追求的目标，即最终“实现任何人(Whoever)在任何时候(Whenever)的任何地方(Whenever)与任何人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信”。无线局域网(WLAN)是实现该目标的重要组成部分，其中应用最广泛的无线局域网标准是1997年诞生的802.11系列标准(WiFi标准)。目前广泛应用的WiFi标准有802.11a/b/g，最新的802.11n 2.0版草案于2007年3月获得了通过，目前已有一些支持该草案的产品出现。而按照IEEE的规划，802.11n标准的正式版本有望在1-2年内出台。
我们通常说的WiFi(WirelessFidelity 无线高保真)最初是指IEEE 1999年通过的802.11b标准，此后业界习惯把整个802.11家族都称为WiFi。由于最初制定的802.11的速率最高只能达到2Mbps，在传输速率上不能满足人们的需要，此后又推出了802.11b标准和802.11a标准，传输速率分别可达11Mbps和54Mbps，分别工作在2.4GHz的ISM频段和5GHz频段。其中802.11b标准的11Mbps的传输速率仍然不能担当大容量数据传输的重任。而802.11a虽然弥补了802.11b传输速率的不足，但由于其工作在5GHz频段，电磁波在遭遇墙壁、地板、家具等障碍物时的反射与衍射效果均不如2.4GHz频段的电磁波好，因而造成802.11a存在覆盖范围偏小的缺陷，所以也只能作为802.11b的补充。2002年公布的802.11g标准将最大传输速率提高到了54Mbps，并且工作在2.4GHz频段，且向下兼容802.11b标准，是较为完善的无线局域网解决方案。
为什么要推出802.11n标准
如前所述802.11g标准的最大传输速率已经达到了54Mbps(实际的速率约为20Mbps)，虽然和有线网络相比还有差距，但是已经可以满足绝大多数用户的需要。那么为什么还要推出802.11n标准呢？802.11n标准的杀手级应用又有哪些？
有时候是应用需求推动技术的发展，有时候则是技术的发展催生了新的应用。但无论如何，对于网络连接来说，速度都是非常重要的。既可以认为不断增加的高清视频等高带宽应用在呼唤更快的网络速度，也可以认为更快的网络速度使人们创新出更多需要更快传输速度的应用。802.11n标准的演进就符合这个规律。
比如对于越来越普及的高清视频来讲，例如H.264/VC-1的编码，其实际码率多在20Mbps-40Mbps，而多音轨等情况下，码率还会进一步提高，如此大的流量802.11g已经完全无法胜任，只有802.11n才可以满足。提供高清视频对“数字家庭”来说，是其实现质的飞跃以获得应用起飞的重要突破口，而对于准备构建家庭无线高清网络的用户，802.11n几乎可以说是必选。可见现有的应用存在对可提供更高带宽的802.11n的需求。
同样利用802.11n所能提供的高带宽，也可以开发出很多新的应用。CSR公司的市场经理Richard Edgar先生就表示：“一个潜在的应用就是在移动设备上实时传送高清视频内容，该应用需要增强的数据吞吐量和更强的鲁棒性以及增强的传输距离。”联想到北京奥运会期间需要开播的移动数字电视，如果通过3G网络实现还存在这样那样的问题，那么通过WiFi网络实现也不失为选择之一。
进一步谈到802.11n 的杀手级应用时，SiGe市场推广副总裁John Brewer先生表示:“我们相信家庭联网，在电视、机顶盒、笔记本电脑、台式机和海量存储设备之间的无线互联将成为802.11n的主要应用。特别是流媒体在海量存储设备和电视以及笔记本电脑之间的传输将需要802.11n技术。”他还表示：“我们感觉这是导致象苹果这样的消费电子厂商投资802.11n草案技术的原因，他们在开发家庭中的流媒体和媒体分配市场。”
而谈及此，Broadcom无线连接部门的高级产品线经理Kevin Mukai先生认为：“对于802.11n来说，我们并不觉得会存在单独的杀手级应用。更合适的说法是，新标准提供了强有力的平台以使不同的无线应用能够同时运行。借助于这个平台，802.11n产品可以为整个家庭和办公环境提供足够覆盖移动高清视频、音乐、话音、照片和其它数字内容的足够的带宽。”
来自Intel的专家则一言以蔽之，他认为：“像高清视频、在线游戏、网络视频和电话等数字娱乐需要更大的吞吐量，远超过现有802.11a/b/g的带宽。802.11n为消费者带来享受家庭网络和数字娱乐所需的速度、覆盖范围、多任务处理能力。”
而CSR 的Richard Edgar在谈到这个问题时，似乎和Broadcom的Kevin Mukai先生英雄所见略同，因为它并没有直接回答来自《电子系统设计》的本文作者的提问，而是先罗列了802.11n和以往的WiFi技术的比较优势，如果说Kevin Mukai先生告诉我们802.11n是个强有力的平台，Richard Edgar先生则更象是具体的解释了这个平台到底有多强大。他认为802.11n的主要技术优势有：
1.使用多输入多输出(MIMO)技术提升了传输带宽。802.11n使用MIMO技术，在设备的收发两端都使用3个天线的设计。借助于此，使用者可以实现3倍空间的数据流，也就是可以实现162mbps的空中输入速率，换算为有效的数据吞吐量的话也可达到100mbps。
2.更大的信道带宽。目前的Wi-Fi标准都使用20Mhz的信道带宽，而802.11n则允许使用40Mhz的信道带宽。如此宽的信道带宽允许每个信道实现较以往标准2倍的数据吞吐量。(笔者认为这也是在一个信道内传输实际码率有可能达到20Mbps-40Mbps的高清视频信号所必需的)
3.使用多天线提高信号的鲁棒性。802.11n使用多天线实现了更具鲁棒性的信号，有效提高了任意额定速率的信号的覆盖范围。
Richard Edgar先生的结论和Kevin Mukai先生如出一辙，他说：“任何杀手级应用都将需要利用到以上提到的802.11n标准的新功能。”
看来，专家们为设计师们提出了新命题。802.11n的新功能和优势已摆在那里，具体能做些什么，除了专家们提到的和现实存在的，剩下的就需要设计师利用自己的经验发挥自己的想象去深入发掘了。TI亚洲区无线通讯产品部门的产品行销工程师黄凯先生就提出了一个较为新颖的应用，他表示：“利用802.11n的高速率，使用带有GPS功能手机的用户可以实时下载较为庞大的GPS地图。
802.11n的技术进步
CSR的Richard Edgar先生在上一部分已经帮我们总结了802.11n的技术进步，下面我们将就此问题与您分享来自业内更多专家的意见。
毫无疑问在传输速率方面802.11n比之前的各种WiFi标准有了长足的进步。802.11n实现100 Mbps的无线数据速率不成问题，而这只是其所能达到的基本的无线数据速率。据TI的产品行销工程师黄凯先生介绍，：“由于采用了MIMO技术，802.11n的无线数据速率甚至可以达到200Mbps。”当然还有一些资料显示，802.11n的最终目标速率为达到600Mbps。
为什么会有这么多的有关于802.11n速率的说法，接受本刊采访的Intel的专家在谈到802.11n标准的吞吐量和覆盖范围时提到：“吞吐量和覆盖范围依赖于环境状况、天线和平台特性，这使得很难去量化一些绝对的指标。只能说，我们期望较a/g网络有高达5倍的性能提升(达127Mbps)和2倍的覆盖范围（在相似的环境状况下采用相同的平台，达68米）。”
他还举例说：“Intel Wireless WiFi Link 4965AGN采用MIMO技术、信道连接技术和有效载荷优化技术以增加吞吐量。在这种情况下，如果环境提供充分的多通道支持多重数据流，还可达到更高的吞吐量。换句话说，高吞吐量需要多通道环境。”
因此笔者认为各种不同的数据速率是针对不同的环境和平台而言的(比如在收发两端使用的天线的数量)，但无论如何即使是802.11n草案，也能够达到或超过目前广泛使用的100 Mbps以太网有线网络的速率。
802.11n通过MIMO技术实现了无线数据速率的提升。因为在充斥着小隔间，塞满办公设备、办公家具和工作人员的拥挤的办公室环境中，无线信号的多径传输问题十分严重，这将严重的影响无线网络所能覆盖的范围。多径传输降低了基于单输入单输出(SISO)技术的Wi-Fi产品的性能，从而影响信号质量和连接的鲁棒性。 而另一方面，802.11n规范草案中的MIMO技术利用多径传输来改善网络性能。多个发射器在相同的频段(信道)上发送独立的数据流。 由于采用了多径技术，这些发射信号到达多个接收器的时间、振幅和相位都稍有不同。MIMO算法利用这些差异对原始信号进行去相关操作。这种技术被称为空间多路复用，可以使系统吞吐能力提高1至2倍。
但对于频率选择性衰落信道，MIMO系统却作用不大。而在目前的宽带无线通信中，一般都会发生频率选择性衰落，为了使得MIMO系统性能在频率选择性衰落信道中依然良好，802.11n还采用了正交频分复用(OFDM)调制技术，形成MIMO-OFDM系统。OFDM技术的核心是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样既减少了子信道之间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。另外针对无线数据业务的非对称性，OFDM容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
加入了OFDM调制技术的MIMO系统在抗多径方面表现出了很大的优势，使得MIMO系统在频率选择性衰落信道中也能发挥作用。
一般认为除了提高速率采用MIMO技术还可以带来覆盖范围的增加，因为MIMO的多个接收器可以更好地重建经过较长距离传输与多次反射的微弱信号。
谈到无线接入点(AP)的覆盖范围，TI的黄凯先生表示：“对Wi-Fi手机而言，如果AP采用MRC (最大比合并方式，maxmium ratio combining）和 STBC (空时分组码，Space-Time Block Codes)，那么 802.11n在户外可使上行距离较802.11a与802.11b增加一倍，达到约500米的直线距离，下行距离采用 STBC 也能延长 30%。室内距离则可达到70米左右”
CSR的Richard Edgar则认为，也许较早的信息显示802.11n会比之前的802.11a/b/g获得更长的传输距离，但实际情况并非总是如此。
他认为：“802.11n系统可以最大获得三倍于较早的802.11版本的传输距离，但前提是在接受和发射两端都需要使用3个天线。这在移动设备中是不容易做到的，移动设备更可能仅使用一个天线，这也就意味着AP端将使用3个天线来发射而移动设备使用一个天线来接受。在这种情况下，传输范围只能提高50%。”而且还有更糟的，他还表示：“802.11n使用了MIMO技术，而该技术天生的需要处理多径信号，在一个没有障碍物的真正的开放空间里，是找不到反射信号的。在这种情况下，802.11n的传输距离甚至还不如现在的802.11系列技术。
SiGe的John Brewer先生虽然没有谈到在开阔空间中的情况，但也认为802.11n对传输距离的改善将不会太明显，他表示：“我们相信802.11n的覆盖范围和802.11g差不多，复盖半径大约为30m。802.11n中使用的多进多出(MIMO)技术对于传输范围来说是一项关键的技术。它使用多个传输器，天线和接收器去克服传统的传输范围的限制，比如墙壁和多径干扰。”
可见，802.11n并非在任何情况下都可以提高信号的传输距离。总结起来，在收发两端都使用多个天线后802.11n可以提高室内环境的覆盖范围。而在采用多个天线，或者如黄凯先生所表示的一样，在AP针对手机采取一些必要的技术措施的情况下，802.11n也可以提高信号在一般使用环境下的传输距离。而对于几乎不存在任何障碍物的绝对开阔环境，802.11n则有可能会劣化信号的传输距离。这就需要应用工程师甄别具体的使用环境加以选择,由于最终的802.11n会向下兼容802.11g标准，所以这种选择应该不会太困难。
除了传输带宽和传输距离，一个AP可以支持多少个用户也是运营商和使用者所关心的问题。而纵观专家的回答，这个问题似乎并不存在绝对的答案。它取决于用户的应用、状态，也取决于使用的基站类型，甚至还取决的接入点制造商对半导体厂商所提供的技术和软件的使用情况。
理论上，就如TI的黄凯先生所说：“与以前的标准相比没有变化。802.11 的每个 AP 能支持2048 位用户。由于介质存取控制机制相同(CSMA-CA)，因此每个 AP 支援的同时工作的用户实际数量为数十个。”
而SiGe的John Brewer先生也表示：“我们期待802.11n接入点所能支持的用户数可以相似于或稍多于目前的802.11a/b/g接入点。”不过他同时说：“ 一个接入点可以支持多少个终端有用户，强烈的取决于具体的应用使用了怎样的基站。举例来说，高速数据传输需要使用多个信道，这样就限制了802.11n波段的用户数。”
所以理论归理论，实际可以支持多少个用户还要具体情况具体分析。
对此CSR 的Richard Edgar先生就给出了非常具体的分析，他表示：“如果用户仅仅是连接到AP而已，并不传输和接收数据，那么一个典型的AP可以支持100个用户与其连接。”针对第二种情况，他表示：“如果是一个激活的用户，需要进行数据的收发，那么一个典型的AP最多只能支持25个这样的用户。”他总结道：“对一个AP可以支持多少个用户这个问题，关键不在于传输速度，而在于要有足够的时间在没有时间溢出的条件下接受和发送信息包。”
如何解决在单一设备中集成蓝牙、WiFi的EMI问题
谈到该问题，Intel的专家表示：“在传统的笔记本系统设计中，1个或2个天线被用于802.11a/b/g。在802.11b/g/n笔记本系统设计中，需要最多3个天线，这对于RF工程师和机械工程师来说，都是个挑战。为此英特尔为笔记本设计者提供设计指南以达到高性能，包括天线布置、天线共存和减轻噪音设计工具。”
由此可见仅仅在笔记本电脑中部署802.11b/g/n系统就将产生EMI方面的挑战，而要在体积更小的2.5G或3G手机中部署802.11n甚至集成蓝牙、WiFi和FM功能，带来的EMI挑战显然要更大。
就此CSR的Richard Edgar表示：“要解决EMI问题，设计时必须确保为集成进手机每一种无线方式在收发两端都进行恰当的滤波。但这还不够，对于802.11n来说，在EMI方面还会带来哪些更多的挑战目前还不确定。”由此可见，对EMI问题的关注，将会伴随802.11n标准发展的整个过程。
谈到如何解决在手机中集成蓝牙、WiFi功能时的EMI问题，Broadcom的Kevin Mukai先生表示：“业界的趋势正在向更小、集成度更高的器件上转移，Broadcom已经可以在单芯片(不仅仅是模块)上集成多种无线功能。Broadcom专注于高度集成的硅技术、共存算法和射频设计经验，已经可以在设计中减轻EMI/EMC并实现这样高度集成的设计。最近的例子是Broadcom推出了BCM4325解决方案，其在单芯片上集成了蓝牙、WiFi和FM功能。”
而Broadcom 的CEO Scott McGregor先生在接受《电子系统设计》主编Jake Chen的专访中提到：“ FM无线电与Wi-Fi和蓝牙的协同工作是整个业界(不管是半导体供应商还是系统设计师)解决起来都感到非常棘手的问题。因为FM无线电对噪音非常敏感。好消息是，博通已经成功地解决了这个问题，并首先在65nm节点上成功地将Wi-Fi与蓝牙和FM无线电集成在同一个芯片上，从而在成本、尺寸、可靠性和功耗诸方面都为业界确立了一个新基准。（该专访请见“博通一路攻城略地的技术底气到底在哪里？”一文）
从以上来自Broadcom的信息中可知，在手机中集成如此多的无线功能确实对EMI提出了很高的要求，但也不是“不可完成的任务”，至少Broadcom已经具备了提供如此高集成度芯片的能力。
而TI也于2007 年 2 月推出了业界首款集成802.11n、蓝牙 2.1与FM的单芯片，可见TI也找到了在该情况下克服EMI问题的办法。
TI的黄凯先生表示：“支援蜂窝技术的 RF 解决方案需要认真设计，才能避免干扰问题。TI 的解决方案是专为手机而设计的。为了与蓝牙实现协作，解决方案必须在协议上解决共存问题，因为蓝牙和WiFi使用的频带是彼此叠加的。”
无法回避的功耗问题
当我们面对通过电池供电的手机等便携设备时，功耗是一个无法回避的问题。任何功能如果对设备的使用时间带来过大的伤害，都将成为镜花水月的摆设而不可能获得真正的流行，802.11n也不例外。
半导体厂商对此有更深刻的体会和认识，SiGe的John Brewer在谈到在下一代多功能的多媒体数码设备中集成802.11n的最大的设计挑战时就提到：“我们相信在多功能的多媒体设备中集成802.11n，对电池寿命的影响将是其最大挑战。802.11n会比802.11 b/g更费电，11n使用两个频段，可以提供高速数据连接。这样做的结果就是它将大量的消耗手持移动设备的电量。802.11 b/g已经对手机的电池寿命有很大影响。笔记本电脑有较大容量的电池来支持802.11n。电视、机顶盒、台式机和海量存储器都可以外接市电，因此功耗问题对他们影响不大。因此我们相信802.11n进入移动手持设备的进程将会有所延迟，直到功耗能被显著的降低为止。”
尽管形势很严峻但作为领先的射频期间供应商，SiGe并不悲观，John Brewer表示：“在802.11n系统中射频功放消耗了相当一部分的电池能量。使用MIMO技术意味着802.11n需要至少两到三个射频功放。作为领先的802.11n射频功放供应商之一，SiGe致力于减少802.11n功放的功耗。因此该技术在不远的将来将适用于移动设备。”
同样TI在谈到自己的解决方案的优势时也强调了功耗问题，黄凯表示：“TI 解决方案专为手机而设计，从尺寸、功耗、成本等方面均进行了精心优化，非常适合手机要求。”
甚至对于笔记本应用，Intel也强调了功耗问题。Intel的专家表示：“英特尔下一代Wireless-N硬件提供较上几代和竞争对手产品显著的功耗提升，最终可延长60分钟的电池续航时间。”
802.11n方案
谈到有哪些公司在提供802.11n解决方案，SiGe的John Brewer表示：“所有领先的WLAN解决方案供应商，比如Broadcom、 Atheros和Intel都可以为目前的计算市场提供802.11n解决方案。另外Qualcomm(其Airgo子公司)和Metalink(以色列)公司能够提供为家庭联网市场提供802.11n解决方案。其期待Broadcom和 Atheros能够提供在２００８年初提供适合于802.11n的视频分配解决方案。在射频功放领域，SiGe 和Skyworks还有Anadigics是802.11n.射频功放的主要供应商。”
谈到自己公司的射频解决方案，John Brewer表示：“无论在2.5 GHz 还是 5 GHz 频段，还是在今天市场上任意的802.11n设备中，.SiGe的 802.11n射频功放都具有最高的效率（低电池能量消耗）。”
TI则推出了支持 IEEE 802.11n 草案标准并集成WiFi、蓝牙与FM技术的WiLink 6.0器件。TI的黄凯先生特别强调：“该器件是专门针对手机设计的，因此在功耗等方面都有专门的优化。并且TI还进一步从软硬件两个方面都对其进行了优化，其采用65nm工艺制造，是低成本、低功耗的小体积单芯片。”
Broadcom可提供集成WiFi、蓝牙与FM的解决方案BCM4325。在谈到Broadcom解决方案的特性时，Kevin Mukai先生强调：“随着越来越多的器件进入数字家庭，我们的802.11n解决方案将扮演可以将各种产品连接起来的背板的角色。”他还表示：“Broadcom在蓝牙、蜂窝技术、宽带以及机顶盒领域都拥有领先的技术，借助于各种技术之间的杠杆作用，Broadcom可以实现新的消费电子设备平台，该平台可以提供最佳的无线性能、低功耗以及较小的外形等特性。”
作者：Albert Liu
我们通常说的WiFi(WirelessFidelity 无线高保真)最初是指IEEE 1999年通过的802.11b标准，此后业界习惯把整个802.11家族都称为WiFi。由于最初制定的802.11的速率最高只能达到2Mbps，在传输速率上不能满足人们的需要，此后又推出了802.11b标准和802.11a标准，传输速率分别可达11Mbps和54Mbps，分别工作在2.4GHz的ISM频段和5GHz频段。其中802.11b标准的11Mbps的传输速率仍然不能担当大容量数据传输的重任。而802.11a虽然弥补了802.11b传输速率的不足，但由于其工作在5GHz频段，电磁波在遭遇墙壁、地板、家具等障碍物时的反射与衍射效果均不如2.4GHz频段的电磁波好，因而造成802.11a存在覆盖范围偏小的缺陷，所以也只能作为802.11b的补充。2002年公布的802.11g标准将最大传输速率提高到了54Mbps，并且工作在2.4GHz频段，且向下兼容802.11b标准，是较为完善的无线局域网解决方案。
为什么要推出802.11n标准
如前所述802.11g标准的最大传输速率已经达到了54Mbps(实际的速率约为20Mbps)，虽然和有线网络相比还有差距，但是已经可以满足绝大多数用户的需要。那么为什么还要推出802.11n标准呢？802.11n标准的杀手级应用又有哪些？
有时候是应用需求推动技术的发展，有时候则是技术的发展催生了新的应用。但无论如何，对于网络连接来说，速度都是非常重要的。既可以认为不断增加的高清视频等高带宽应用在呼唤更快的网络速度，也可以认为更快的网络速度使人们创新出更多需要更快传输速度的应用。802.11n标准的演进就符合这个规律。
比如对于越来越普及的高清视频来讲，例如H.264/VC-1的编码，其实际码率多在20Mbps-40Mbps，而多音轨等情况下，码率还会进一步提高，如此大的流量802.11g已经完全无法胜任，只有802.11n才可以满足。提供高清视频对“数字家庭”来说，是其实现质的飞跃以获得应用起飞的重要突破口，而对于准备构建家庭无线高清网络的用户，802.11n几乎可以说是必选。可见现有的应用存在对可提供更高带宽的802.11n的需求。
同样利用802.11n所能提供的高带宽，也可以开发出很多新的应用。CSR公司的市场经理Richard Edgar先生就表示：“一个潜在的应用就是在移动设备上实时传送高清视频内容，该应用需要增强的数据吞吐量和更强的鲁棒性以及增强的传输距离。”联想到北京奥运会期间需要开播的移动数字电视，如果通过3G网络实现还存在这样那样的问题，那么通过WiFi网络实现也不失为选择之一。
进一步谈到802.11n 的杀手级应用时，SiGe市场推广副总裁John Brewer先生表示:“我们相信家庭联网，在电视、机顶盒、笔记本电脑、台式机和海量存储设备之间的无线互联将成为802.11n的主要应用。特别是流媒体在海量存储设备和电视以及笔记本电脑之间的传输将需要802.11n技术。”他还表示：“我们感觉这是导致象苹果这样的消费电子厂商投资802.11n草案技术的原因，他们在开发家庭中的流媒体和媒体分配市场。”
而谈及此，Broadcom无线连接部门的高级产品线经理Kevin Mukai先生认为：“对于802.11n来说，我们并不觉得会存在单独的杀手级应用。更合适的说法是，新标准提供了强有力的平台以使不同的无线应用能够同时运行。借助于这个平台，802.11n产品可以为整个家庭和办公环境提供足够覆盖移动高清视频、音乐、话音、照片和其它数字内容的足够的带宽。”
来自Intel的专家则一言以蔽之，他认为：“像高清视频、在线游戏、网络视频和电话等数字娱乐需要更大的吞吐量，远超过现有802.11a/b/g的带宽。802.11n为消费者带来享受家庭网络和数字娱乐所需的速度、覆盖范围、多任务处理能力。”
而CSR 的Richard Edgar在谈到这个问题时，似乎和Broadcom的Kevin Mukai先生英雄所见略同，因为它并没有直接回答来自《电子系统设计》的本文作者的提问，而是先罗列了802.11n和以往的WiFi技术的比较优势，如果说Kevin Mukai先生告诉我们802.11n是个强有力的平台，Richard Edgar先生则更象是具体的解释了这个平台到底有多强大。他认为802.11n的主要技术优势有：
1.使用多输入多输出(MIMO)技术提升了传输带宽。802.11n使用MIMO技术，在设备的收发两端都使用3个天线的设计。借助于此，使用者可以实现3倍空间的数据流，也就是可以实现162mbps的空中输入速率，换算为有效的数据吞吐量的话也可达到100mbps。
2.更大的信道带宽。目前的Wi-Fi标准都使用20Mhz的信道带宽，而802.11n则允许使用40Mhz的信道带宽。如此宽的信道带宽允许每个信道实现较以往标准2倍的数据吞吐量。(笔者认为这也是在一个信道内传输实际码率有可能达到20Mbps-40Mbps的高清视频信号所必需的)
3.使用多天线提高信号的鲁棒性。802.11n使用多天线实现了更具鲁棒性的信号，有效提高了任意额定速率的信号的覆盖范围。
Richard Edgar先生的结论和Kevin Mukai先生如出一辙，他说：“任何杀手级应用都将需要利用到以上提到的802.11n标准的新功能。”
看来，专家们为设计师们提出了新命题。802.11n的新功能和优势已摆在那里，具体能做些什么，除了专家们提到的和现实存在的，剩下的就需要设计师利用自己的经验发挥自己的想象去深入发掘了。TI亚洲区无线通讯产品部门的产品行销工程师黄凯先生就提出了一个较为新颖的应用，他表示：“利用802.11n的高速率，使用带有GPS功能手机的用户可以实时下载较为庞大的GPS地图。
802.11n的技术进步
CSR的Richard Edgar先生在上一部分已经帮我们总结了802.11n的技术进步，下面我们将就此问题与您分享来自业内更多专家的意见。
毫无疑问在传输速率方面802.11n比之前的各种WiFi标准有了长足的进步。802.11n实现100 Mbps的无线数据速率不成问题，而这只是其所能达到的基本的无线数据速率。据TI的产品行销工程师黄凯先生介绍，：“由于采用了MIMO技术，802.11n的无线数据速率甚至可以达到200Mbps。”当然还有一些资料显示，802.11n的最终目标速率为达到600Mbps。
为什么会有这么多的有关于802.11n速率的说法，接受本刊采访的Intel的专家在谈到802.11n标准的吞吐量和覆盖范围时提到：“吞吐量和覆盖范围依赖于环境状况、天线和平台特性，这使得很难去量化一些绝对的指标。只能说，我们期望较a/g网络有高达5倍的性能提升(达127Mbps)和2倍的覆盖范围（在相似的环境状况下采用相同的平台，达68米）。”
他还举例说：“Intel Wireless WiFi Link 4965AGN采用MIMO技术、信道连接技术和有效载荷优化技术以增加吞吐量。在这种情况下，如果环境提供充分的多通道支持多重数据流，还可达到更高的吞吐量。换句话说，高吞吐量需要多通道环境。”
因此笔者认为各种不同的数据速率是针对不同的环境和平台而言的(比如在收发两端使用的天线的数量)，但无论如何即使是802.11n草案，也能够达到或超过目前广泛使用的100 Mbps以太网有线网络的速率。
802.11n通过MIMO技术实现了无线数据速率的提升。因为在充斥着小隔间，塞满办公设备、办公家具和工作人员的拥挤的办公室环境中，无线信号的多径传输问题十分严重，这将严重的影响无线网络所能覆盖的范围。多径传输降低了基于单输入单输出(SISO)技术的Wi-Fi产品的性能，从而影响信号质量和连接的鲁棒性。 而另一方面，802.11n规范草案中的MIMO技术利用多径传输来改善网络性能。多个发射器在相同的频段(信道)上发送独立的数据流。 由于采用了多径技术，这些发射信号到达多个接收器的时间、振幅和相位都稍有不同。MIMO算法利用这些差异对原始信号进行去相关操作。这种技术被称为空间多路复用，可以使系统吞吐能力提高1至2倍。
但对于频率选择性衰落信道，MIMO系统却作用不大。而在目前的宽带无线通信中，一般都会发生频率选择性衰落，为了使得MIMO系统性能在频率选择性衰落信道中依然良好，802.11n还采用了正交频分复用(OFDM)调制技术，形成MIMO-OFDM系统。OFDM技术的核心是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样既减少了子信道之间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。另外针对无线数据业务的非对称性，OFDM容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
加入了OFDM调制技术的MIMO系统在抗多径方面表现出了很大的优势，使得MIMO系统在频率选择性衰落信道中也能发挥作用。
一般认为除了提高速率采用MIMO技术还可以带来覆盖范围的增加，因为MIMO的多个接收器可以更好地重建经过较长距离传输与多次反射的微弱信号。
谈到无线接入点(AP)的覆盖范围，TI的黄凯先生表示：“对Wi-Fi手机而言，如果AP采用MRC (最大比合并方式，maxmium ratio combining）和 STBC (空时分组码，Space-Time Block Codes)，那么 802.11n在户外可使上行距离较802.11a与802.11b增加一倍，达到约500米的直线距离，下行距离采用 STBC 也能延长 30%。室内距离则可达到70米左右”
CSR的Richard Edgar则认为，也许较早的信息显示802.11n会比之前的802.11a/b/g获得更长的传输距离，但实际情况并非总是如此。
他认为：“802.11n系统可以最大获得三倍于较早的802.11版本的传输距离，但前提是在接受和发射两端都需要使用3个天线。这在移动设备中是不容易做到的，移动设备更可能仅使用一个天线，这也就意味着AP端将使用3个天线来发射而移动设备使用一个天线来接受。在这种情况下，传输范围只能提高50%。”而且还有更糟的，他还表示：“802.11n使用了MIMO技术，而该技术天生的需要处理多径信号，在一个没有障碍物的真正的开放空间里，是找不到反射信号的。在这种情况下，802.11n的传输距离甚至还不如现在的802.11系列技术。
SiGe的John Brewer先生虽然没有谈到在开阔空间中的情况，但也认为802.11n对传输距离的改善将不会太明显，他表示：“我们相信802.11n的覆盖范围和802.11g差不多，复盖半径大约为30m。802.11n中使用的多进多出(MIMO)技术对于传输范围来说是一项关键的技术。它使用多个传输器，天线和接收器去克服传统的传输范围的限制，比如墙壁和多径干扰。”
可见，802.11n并非在任何情况下都可以提高信号的传输距离。总结起来，在收发两端都使用多个天线后802.11n可以提高室内环境的覆盖范围。而在采用多个天线，或者如黄凯先生所表示的一样，在AP针对手机采取一些必要的技术措施的情况下，802.11n也可以提高信号在一般使用环境下的传输距离。而对于几乎不存在任何障碍物的绝对开阔环境，802.11n则有可能会劣化信号的传输距离。这就需要应用工程师甄别具体的使用环境加以选择,由于最终的802.11n会向下兼容802.11g标准，所以这种选择应该不会太困难。
除了传输带宽和传输距离，一个AP可以支持多少个用户也是运营商和使用者所关心的问题。而纵观专家的回答，这个问题似乎并不存在绝对的答案。它取决于用户的应用、状态，也取决于使用的基站类型，甚至还取决的接入点制造商对半导体厂商所提供的技术和软件的使用情况。
理论上，就如TI的黄凯先生所说：“与以前的标准相比没有变化。802.11 的每个 AP 能支持2048 位用户。由于介质存取控制机制相同(CSMA-CA)，因此每个 AP 支援的同时工作的用户实际数量为数十个。”
而SiGe的John Brewer先生也表示：“我们期待802.11n接入点所能支持的用户数可以相似于或稍多于目前的802.11a/b/g接入点。”不过他同时说：“ 一个接入点可以支持多少个终端有用户，强烈的取决于具体的应用使用了怎样的基站。举例来说，高速数据传输需要使用多个信道，这样就限制了802.11n波段的用户数。”
所以理论归理论，实际可以支持多少个用户还要具体情况具体分析。
对此CSR 的Richard Edgar先生就给出了非常具体的分析，他表示：“如果用户仅仅是连接到AP而已，并不传输和接收数据，那么一个典型的AP可以支持100个用户与其连接。”针对第二种情况，他表示：“如果是一个激活的用户，需要进行数据的收发，那么一个典型的AP最多只能支持25个这样的用户。”他总结道：“对一个AP可以支持多少个用户这个问题，关键不在于传输速度，而在于要有足够的时间在没有时间溢出的条件下接受和发送信息包。”
如何解决在单一设备中集成蓝牙、WiFi的EMI问题
谈到该问题，Intel的专家表示：“在传统的笔记本系统设计中，1个或2个天线被用于802.11a/b/g。在802.11b/g/n笔记本系统设计中，需要最多3个天线，这对于RF工程师和机械工程师来说，都是个挑战。为此英特尔为笔记本设计者提供设计指南以达到高性能，包括天线布置、天线共存和减轻噪音设计工具。”
由此可见仅仅在笔记本电脑中部署802.11b/g/n系统就将产生EMI方面的挑战，而要在体积更小的2.5G或3G手机中部署802.11n甚至集成蓝牙、WiFi和FM功能，带来的EMI挑战显然要更大。
就此CSR的Richard Edgar表示：“要解决EMI问题，设计时必须确保为集成进手机每一种无线方式在收发两端都进行恰当的滤波。但这还不够，对于802.11n来说，在EMI方面还会带来哪些更多的挑战目前还不确定。”由此可见，对EMI问题的关注，将会伴随802.11n标准发展的整个过程。
谈到如何解决在手机中集成蓝牙、WiFi功能时的EMI问题，Broadcom的Kevin Mukai先生表示：“业界的趋势正在向更小、集成度更高的器件上转移，Broadcom已经可以在单芯片(不仅仅是模块)上集成多种无线功能。Broadcom专注于高度集成的硅技术、共存算法和射频设计经验，已经可以在设计中减轻EMI/EMC并实现这样高度集成的设计。最近的例子是Broadcom推出了BCM4325解决方案，其在单芯片上集成了蓝牙、WiFi和FM功能。”
而Broadcom 的CEO Scott McGregor先生在接受《电子系统设计》主编Jake Chen的专访中提到：“ FM无线电与Wi-Fi和蓝牙的协同工作是整个业界(不管是半导体供应商还是系统设计师)解决起来都感到非常棘手的问题。因为FM无线电对噪音非常敏感。好消息是，博通已经成功地解决了这个问题，并首先在65nm节点上成功地将Wi-Fi与蓝牙和FM无线电集成在同一个芯片上，从而在成本、尺寸、可靠性和功耗诸方面都为业界确立了一个新基准。（该专访请见“博通一路攻城略地的技术底气到底在哪里？”一文）
从以上来自Broadcom的信息中可知，在手机中集成如此多的无线功能确实对EMI提出了很高的要求，但也不是“不可完成的任务”，至少Broadcom已经具备了提供如此高集成度芯片的能力。
而TI也于2007 年 2 月推出了业界首款集成802.11n、蓝牙 2.1与FM的单芯片，可见TI也找到了在该情况下克服EMI问题的办法。
TI的黄凯先生表示：“支援蜂窝技术的 RF 解决方案需要认真设计，才能避免干扰问题。TI 的解决方案是专为手机而设计的。为了与蓝牙实现协作，解决方案必须在协议上解决共存问题，因为蓝牙和WiFi使用的频带是彼此叠加的。”
无法回避的功耗问题
当我们面对通过电池供电的手机等便携设备时，功耗是一个无法回避的问题。任何功能如果对设备的使用时间带来过大的伤害，都将成为镜花水月的摆设而不可能获得真正的流行，802.11n也不例外。
半导体厂商对此有更深刻的体会和认识，SiGe的John Brewer在谈到在下一代多功能的多媒体数码设备中集成802.11n的最大的设计挑战时就提到：“我们相信在多功能的多媒体设备中集成802.11n，对电池寿命的影响将是其最大挑战。802.11n会比802.11 b/g更费电，11n使用两个频段，可以提供高速数据连接。这样做的结果就是它将大量的消耗手持移动设备的电量。802.11 b/g已经对手机的电池寿命有很大影响。笔记本电脑有较大容量的电池来支持802.11n。电视、机顶盒、台式机和海量存储器都可以外接市电，因此功耗问题对他们影响不大。因此我们相信802.11n进入移动手持设备的进程将会有所延迟，直到功耗能被显著的降低为止。”
尽管形势很严峻但作为领先的射频期间供应商，SiGe并不悲观，John Brewer表示：“在802.11n系统中射频功放消耗了相当一部分的电池能量。使用MIMO技术意味着802.11n需要至少两到三个射频功放。作为领先的802.11n射频功放供应商之一，SiGe致力于减少802.11n功放的功耗。因此该技术在不远的将来将适用于移动设备。”
同样TI在谈到自己的解决方案的优势时也强调了功耗问题，黄凯表示：“TI 解决方案专为手机而设计，从尺寸、功耗、成本等方面均进行了精心优化，非常适合手机要求。”
甚至对于笔记本应用，Intel也强调了功耗问题。Intel的专家表示：“英特尔下一代Wireless-N硬件提供较上几代和竞争对手产品显著的功耗提升，最终可延长60分钟的电池续航时间。”
802.11n方案
谈到有哪些公司在提供802.11n解决方案，SiGe的John Brewer表示：“所有领先的WLAN解决方案供应商，比如Broadcom、 Atheros和Intel都可以为目前的计算市场提供802.11n解决方案。另外Qualcomm(其Airgo子公司)和Metalink(以色列)公司能够提供为家庭联网市场提供802.11n解决方案。其期待Broadcom和 Atheros能够提供在２００８年初提供适合于802.11n的视频分配解决方案。在射频功放领域，SiGe 和Skyworks还有Anadigics是802.11n.射频功放的主要供应商。”
谈到自己公司的射频解决方案，John Brewer表示：“无论在2.5 GHz 还是 5 GHz 频段，还是在今天市场上任意的802.11n设备中，.SiGe的 802.11n射频功放都具有最高的效率（低电池能量消耗）。”
TI则推出了支持 IEEE 802.11n 草案标准并集成WiFi、蓝牙与FM技术的WiLink 6.0器件。TI的黄凯先生特别强调：“该器件是专门针对手机设计的，因此在功耗等方面都有专门的优化。并且TI还进一步从软硬件两个方面都对其进行了优化，其采用65nm工艺制造，是低成本、低功耗的小体积单芯片。”
Broadcom可提供集成WiFi、蓝牙与FM的解决方案BCM4325。在谈到Broadcom解决方案的特性时，Kevin Mukai先生强调：“随着越来越多的器件进入数字家庭，我们的802.11n解决方案将扮演可以将各种产品连接起来的背板的角色。”他还表示：“Broadcom在蓝牙、蜂窝技术、宽带以及机顶盒领域都拥有领先的技术，借助于各种技术之间的杠杆作用，Broadcom可以实现新的消费电子设备平台，该平台可以提供最佳的无线性能、低功耗以及较小的外形等特性。”
作者：Albert Liu
