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1移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢

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

2當前wifi技術簡介

在本節(jié)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(wǎng)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(shù)據(jù)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?？芍?GHZ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(fā)送數(shù)據(jù)之前必須先對當前頻譜進行探測，若當前頻譜為空閑狀態(tài)則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則進入等待模式并在等待結(jié)束后開始下一次探測。當網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(shù)據(jù)，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(fā)送和接收，當設備增多時，大量設備將持續(xù)處于等待狀態(tài)，這導致數(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，譬如機場、火車站、體育場等。在未來，隨著可穿戴設備的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用，現(xiàn)有WIFI技術必將無法支持與之相匹配的數(shù)據(jù)需求。因此，當前WIFI技術在移動通信網(wǎng)絡的飛速發(fā)展下存在很大的局限性。

3未來WIFI技術展望

經(jīng)過第三節(jié)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(wǎng)絡的發(fā)展。在本節(jié)中，我們將介紹兩種對現(xiàn)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(shù)據(jù)流的傳輸。隨著芯片制造技術的發(fā)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(shù)據(jù)服務問題。

3.2超高頻率WIFI技術

在未來移動通信網(wǎng)絡中，某些設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(shù)GHZ，大大高于傳統(tǒng)的WIFI技術。實驗表明，該技術可以提供數(shù)GB每秒的數(shù)據(jù)傳輸，因而可以應用于未來高速率傳輸?shù)慕K端設備。

4總結(jié)

在本文中，我們首先概述了未來移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，并探討了現(xiàn)有WIFI技術在上述發(fā)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(fā)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(xù)發(fā)展，從而為移動通信網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展提供有力的支撐。

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