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          WIFI技術移動通信論文

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          WIFI技術移動通信論文

          1移動通信網絡的發展趨勢

          在21世紀的前15年中,移動通信網絡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,移動通信網絡的發展呈現兩個趨勢:1)移動設備的接入量和數據流量呈爆炸式增長,據美國思科公司預計,全球移動通信網絡的數據量在2020年將達到2010年的1000倍;2)接入移動通信網絡的移動設備由最初單一的移動電話向多樣化發展,譬如筆記本電腦、平板電腦、穿戴式設備等,這些設備對數據通信的要求截然不同。如何滿足移動設備的海量多樣化數據需求,是未來移動通信網絡的重大挑戰。

          2當前wifi技術簡介

          在本節中,我們將對WIFI技術的物理層和MAC層技術進行簡介,并闡述當前WIFI技術在移動通信網絡下的局限性。

          2.1WIFI技術的物理層和MAC層

          WIFI技術的物理層采用OFDM技術,OFDM技術能夠最大限度地利用頻譜資源,從而達到高數據量傳輸。當前的WIFI標準主要工作在兩個頻段: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個頻段可供利用,單個設備最多可以使用20M帶寬。在5GHZ頻段下,總可用頻譜帶寬為325MHZ,共有20個頻段可供利用,單個設備最多可以使用80M帶寬。可知,在5GHZ頻段下的可用帶寬資源較為豐富,因此,越來越多的WIFI設備開始工作在5GHZ頻段。WIFI技術的MAC層采用CSMA技術來為多用戶提供接入。CSMA技術的工作原理為:任何一臺設備在發送數據之前必須先對當前頻譜進行探測,若當前頻譜為空閑狀態則可以發送數據,否則進入等待模式并在等待結束后開始下一次探測。當網絡拓撲結構變得更加復雜時,MAC層還將應用RTS/CTS技術。

          2.2當前WIFI技術在移動通信網絡下的局限性

          WIFI技術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技術的CSMA由于成本的限制并不能高效地服務于多用戶數據,該瓶頸在設備接入量增加時變得尤為突出。由于同一頻段上同時最多只能有一對設備進行發送和接收,當設備增多時,大量設備將持續處于等待狀態,這導致數據傳輸的延遲增大,此類現象經常發生于人口密集的場所,譬如機場、火車站、體育場等。在未來,隨著可穿戴設備的飛速發展和物聯網的廣泛應用,現有WIFI技術必將無法支持與之相匹配的數據需求。因此,當前WIFI技術在移動通信網絡的飛速發展下存在很大的局限性。

          3未來WIFI技術展望

          經過第三節的分析可知,由于設計上的缺陷,WIFI技術必須要進行改變才能適應未來移動通信網絡的發展。在本節中,我們將介紹兩種對現有WIFI技術的改進方法。

          3.1多用戶MIMO(MU-MIMO)技術

          為了解決MAC層造成的用戶等待問題,多用戶MIMO技術希望通過利用多天線來分開多個終端設備,從而可以同時支持多個數據流的傳輸。隨著芯片制造技術的發展,多天線的制造成本顯著降低,因此,這項技術有望大量應用于未來WIFI設備中,從而有力解決在密集終端設備下的數據服務問題。

          3.2超高頻率WIFI技術

          在未來移動通信網絡中,某些設備需要超高速率的數據傳輸,譬如高清電視等,傳統的2.4GHZ頻段和5GHZ頻段的帶寬已不足以滿足這些設備的上述需求,因此,未來WIFI技術需要變得更加多樣化,其中,超高頻率WIFI技術可以工作在60GHZ頻段下,該頻段的可用頻譜帶寬為數GHZ,大大高于傳統的WIFI技術。實驗表明,該技術可以提供數GB每秒的數據傳輸,因而可以應用于未來高速率傳輸的終端設備。

          4總結

          在本文中,我們首先概述了未來移動通信網絡的發展趨勢,并探討了現有WIFI技術在上述發展趨勢下的局限性,針對這種局限性,進一步介紹了未來WIFI技術的兩個主要發展方向。綜上所述,未來WIFI技術必將沿著高效化和多樣化繼續發展,從而為移動通信網絡的迅猛發展提供有力的支撐。

          作者:孫晶晶 李若楠 單位:國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心

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