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802.11n實現無線多媒體家庭網路

( 01 Jun 2007 )
作者：Gil Epshtein, Metalink

長久以來，無線設備就已經進入我們的生活，我們也越來越離不開無線設備。行動與無線電話、筆記型電腦、無線資料網路和多種遠端控制器，讓我們的生活越來越便利，提供了難能可貴的彈性。
現在，這種脫離線纜束縛的便利和彈性也進入家庭視訊娛樂中了。在臥室的電視上就可以播放起居室中數位視訊錄影機所錄的電影，在兒童房中就能欣賞實況的HDTV節目(圖)。儲存在筆記型電腦、數位相機、錄影機上的視訊節目或數位照片，隨時都可以在家庭中的任何一部電視上播放。
有了無線娛樂技術，電視和視訊設備就不必連接到有線介面所在的位置。即使要挪動電視螢幕的位置，也無需延長連接線纜的長度，讓家庭中的電器真正地擺脫纜線、實現移動的自由。
這種能力需要很多新技術創新才能實現。無線娛樂網路必須提供以前採用資料網路技術才能實現的高位元率，支援從中央位置來分配高品質視訊和HDTV流，並覆蓋家庭中所有的位置。另外，視訊應用不能接受頻寬波動，所以必須要保證頻寬和和服務品質(QoS)。最後，不論環境條件如何改變，無線娛樂網路都要達到與有線節目相近的效果。
802.11n是未來的發展趨勢
現有的基於IEEE 802.11 a/b/g的無線產品不能解決這些新家庭環境中存在的問題。採用WLAN技術進行視訊分配的產品，遠遠無法滿足消費者對連接範圍和圖像品質的期望。所以，我們開發了新的技術。為了解決這些挑戰，業界開發了以多入多出(MIMO)技術為基礎的新IEEE 802.11n標準。IEEE修訂草案802.11n規範在2007年1月通過，在各廠商的晶片組和接入產品間具有廣泛的互通性，定案標準仍在進行中。
市場調查公司In-Stat指出，n/802.11n草案標準的晶片組在2006年僅為總WLAN晶片組出貨量的3.6%，這一比例到2007年將成長到20%。資深分析師Gemma Tedesco表示，“儘管在今後三到四年中802.11g仍將在某些領域炙手可熱，像是可攜消費電子設備，但未來的發展趨勢還是802.11n，最終所有的產品領域都會採用這種新標準。”
MIMO實現視訊應用
視訊娛樂網路是802.11n產品可能的主要應用，而MIMO則是將其實現的技術。採用MIMO可實現與資料流程數量成倍數的更高傳輸速率，並能建立不需線纜的無線連接。
除了MIMO技術外，還有以下功能可實現增強的視訊網路效果、更強的抗干擾能力：

通道匯整(Channel Bonding)：將兩個相鄰20MHz通道匯整到單一40MHz通道中，以擴展頻寬。可以透過增大傳送範圍和降低功耗來擴展頻寬。

提高媒體接取代碼(MAC)效率：如果MAC效率沒有顯著的提高，會造成應用所剩餘的有效吞吐量不足，那樣的話，即使更高的物理層(PHY)速率也不夠用。

使用受干擾較低的5GHz波段：有兩個頻譜波段可用於WLAN通訊—IEEE 802.11b和IEEE 802.11g標準的2.4GHz波段，以及當前IEEE 802.11a 標準採用的5GHz波段。2.4GHz波段可容納三個非重疊的20MHz通道，這種通道對接受服務的用戶數量以及不受干擾工作的相鄰網路數量有嚴格的限制。由於在2.4GHz波段只有三個通道可用，通道匯整的方式並不可行。其他的問題還有，由家庭微波爐、藍牙和無線電話產生的干擾，這些設備都在相同波段工作。由於存在這些通道匯整和干擾問題，2.4GHz不能用於家庭視訊分配中。在世界上的多數地區，5GHz波段比20MHz通道提供了更強的能力，可支援更多的用戶、每用戶更寬的頻寬及更強的抗干擾能力。

高級的前向偵錯(FEC)方案—低密度奇偶校驗：LDPC提供了額外的編碼增益，可用來擴展相同的資料速率的傳送範圍，以增強吞吐量或提高可靠性與抗干擾能力。

改進的QoS技術：新的抖動消除和時脈恢復方案保證了資料同步，防止了無法接受傳輸延遲的視訊網路應用的資料包損耗。另外，IEEE802.11n QoS標準滿足了視訊、遊戲和其他無法接受頻寬波動應用的需要。而增加接納控制方案則保證了對無線媒介無競爭接入、並實現了更深入的QoS保證。
在2007年1月的IEEE 802.11修訂草案規範中，發表了最新的802.11n技術更新，其中修改了將更多視訊服務集中到5GHz波段的實際效果。這種修改規定了對2.4GHz波段進行強制的輪流檢測，以檢查原有的40MHz服務；該服務可能會干擾802.11n服務，特別是使用鎖定RF通道的高頻寬服務。
強制掃描對於視訊應用有很大的挑戰性。每隔30分鐘，設備必須暫時對所有相鄰通道關閉工作通道，然後進行測量，將超出限度的40MHz通道轉回到20MHz 運行中。這種情況會導致視訊流設備明顯的資料流程打嗝(Hiccups)現象，迫使其離開2.4GHz波段而進入5GHz，以達到更好的效果及實現更少的干擾。顯然，需要保證頻寬的服務在有其他相鄰網路的情況下，不能依靠只需要一半頻寬的方案。另外，5GHz波段可容納更多鎖定的RF通道(最多可24個)，而2.4GHz波段只能容納三個。

擴展無線頻寬打造家庭多媒體環境
消費電子產品、電訊和網路的融合是寬頻革命邁向更高一級的重要因素。隨著DVR和個人視訊錄影機(PVR)的應用日益廣泛，消費者們越來越希望能夠在家庭中的任何位置欣賞儲存的視訊節目。目前的問題是如何提供多媒體和娛樂融合的無縫連接。由於現有的標準不能解決這些挑戰，新標準和技術應運而生。通道匯整、提高MAC效率、先進的FEC和增強的QoS技術都支援802.11n草案標準，這些功能都在5GHz波段上工作，提高了吞吐量、傳送範圍和可靠性，為用戶提供了增強、可靠的體驗。新標準將會利用全面的視訊網路技術套件，提供將家庭寬頻網路推向更高層次所需的能力，實現可靠的WLAN視訊。

作者簡介
Gil Ephstein是Metalink公司產品行銷部門的總監，可以透過電郵與他聯繫： GilE@metalinkBB.com.

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