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IEEE 802.11工作組正在定義稱(chēng)為802.11ah的新標準。該標準工作在不到1GHz的免許可頻段，可提供長(cháng)得多的傳輸距離，也可以用于大規模傳感器網(wǎng)絡(luò )，具有適合數百萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)或機器到機器(M2M)設備連接的低功耗特性。802.11ah以降低了時(shí)鐘速率的802.11ac標準為基礎，在PHY和MAC層中增加了一些增強功能，比如節能、大數量站點(diǎn)支持、更好的覆蓋和移動(dòng)接收等。這個(gè)標準目前還處于草案階段，最終版本有望在2016年發(fā)布。WiFi聯(lián)盟也已經(jīng)開(kāi)始定義基于802.11ah的認證程序。

IEEE 802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)主要工作在2.4GHz和5GHz頻段。然而，這些高頻頻段限制了802.11n和802.11ac的傳輸范圍，使得它們不適合室外環(huán)境使用。本文介紹了802.11ah的基本原理以及一些測試挑戰。

用例

一般來(lái)說(shuō),802.11ah有三種用例種類(lèi)：傳感器網(wǎng)絡(luò )，用于傳感器和計量數據的回傳網(wǎng)絡(luò )，Wi-Fi擴展范圍網(wǎng)絡(luò )。大覆蓋范圍、低功耗、原生IP支持以及大數量設備支持是802.11ah的主要優(yōu)點(diǎn)。它的特性包括：

1.802.11ah可以通過(guò)1MHz和2MHz強制模式擴展覆蓋范圍；

2.802.11ah PHY和MAC層實(shí)現了一些性能增強，可以使大規模傳感器網(wǎng)絡(luò )實(shí)現超低功耗和很多年的電池壽命，并針對短的數據包長(cháng)度和長(cháng)睡眠時(shí)間做了優(yōu)化；

3.802.11ah傳感器原生支持IP；

4.通過(guò)層次化標識結構，一個(gè)接入點(diǎn)(AP)可以關(guān)聯(lián)的設備數量多達8191個(gè)。

圖1顯示了未來(lái)智慧家庭中的一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )例子。在這個(gè)應用中，采用802.11ah技術(shù)的接入點(diǎn)(AP)放在室內。諸如溫度傳感器、光線(xiàn)傳感器和智能電表等大量設備遍布在整個(gè)房屋內，使得家用設備和電器變得“智能化”。

圖1：在智能家庭環(huán)境中，802.11ah的覆蓋范圍要超過(guò)802.11ac。

第二個(gè)用例是用于傳感器和計量數據的回傳網(wǎng)絡(luò )?；貍骶W(wǎng)絡(luò )提供了傳感器和數據收集設備之間的連接。IEEE 802.15.4g為較低速傳感器提供鏈路，802.11ah則提供無(wú)線(xiàn)回傳鏈路，將傳感器產(chǎn)生的匯聚數據轉發(fā)至數據中心。圖2描述了一種無(wú)線(xiàn)回傳網(wǎng)絡(luò )，其中802.11ah AP和網(wǎng)關(guān)收集來(lái)自傳感器設備的數據然后轉發(fā)給數據中心。

圖2：802.11ah可以提供對回傳網(wǎng)絡(luò )的訪(fǎng)問(wèn)。

作為一種擴展覆蓋范圍的WiFi，802.11ah可以用在家庭、校園、體育館、大型商場(chǎng)和其它地方。與工作在2.4GHz和5GHz的傳統WLAN技術(shù)相比，802.11ah可以提供更大的覆蓋范圍，可到達車(chē)庫、后花園和地下室。舉例來(lái)說(shuō)，校園WLAN解決方案使用三波段的接入點(diǎn)(2.4GHz/5GHz/900MHz)，因此可以在校園任何地方提供無(wú)線(xiàn)接入。辦公室和教室用802.11ac覆蓋，室外區域用802.11ah AP，為大樓、停車(chē)場(chǎng)和體育場(chǎng)之間的空曠場(chǎng)地提供擴展覆蓋范圍。借助802.11ah擴展覆蓋范圍性能還有助于蜂窩業(yè)務(wù)的卸載。802.11ah接入點(diǎn)支持更寬的覆蓋區域和更多數量的學(xué)生。

信道分配

圖3顯示了802.11ah的全球信道分配情況。從圖中可以看到，許多國家為802.11ah指定了頻譜，還規定了支持802.11ah所需的最大帶寬。通過(guò)信道綁定獲得的最大信道帶寬根據具體的國家法規而有所不同。

圖3：IEEE 802.11ah全球信道分配情況。

美國分配的是902MHz至928MHz頻段，最大帶寬是16MHz；中國為802.11ah分配了從755MHz至787MHz總共32MHz的帶寬，最大帶寬是8MHz；韓國分配的是917.5MHz至923.5MHz頻段，最大帶寬是4MHz；日本分配的頻段是從916.5MHz至927.5MHz總共11個(gè)1MHz信道；新加坡有兩個(gè)頻段，分別是866MHz至869MHz和920MHz至925MHz，總共8MHz，最大帶寬是4MHz。

物理層

IEEE 802.11ah主要是在IEEE 802.11ac物理層時(shí)鐘降頻10倍的基礎上工作。802.11ah將帶寬定義為2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。同時(shí)出于進(jìn)一步擴展覆蓋范圍的目的額外定義了一個(gè)1MHz信道。1MHz和2MHz的支持是強制性的。物理層可以被分成兩大類(lèi)，一類(lèi)是超過(guò)或等于2MHz帶寬的傳輸模式，另一類(lèi)是1MHz傳輸模式。對第一類(lèi)而言，可以被認為是802.11ac時(shí)鐘降頻10倍。因為FFT大小也與802.11ac相同，因此子載波間隔是31.25kHz，只有802.11ac子載波間隔312.25kHz的十分之一。802.11ah正交頻分復用(OFDM)符號周期是802.11ac的10倍，保護間隔也是802.11ac的10倍，可以是4s、8s或16s，因此802.11ah可以滿(mǎn)足長(cháng)達1km的覆蓋范圍目標。對于1MHz傳輸模式來(lái)說(shuō)，它同樣使用31.25kHz的子載波間隔，因此FFT大小是32。

1MHz信道的目標是進(jìn)一步擴展傳輸距離。802.11ah針對長(cháng)距離傳輸增加了新的調制編碼機制(MCS10)。這種MCS10與MCS0一樣使用一半的編碼速率，但重復兩次，因此擴大了傳輸距離。在802.11ac中定義了固定的導頻圖案，但802.11ah增加了新的導頻圖案，稱(chēng)之為旅行導頻。旅行導頻可以更好地減輕多普勒效應，從而為移動(dòng)接收提供更好的支持。

在傳輸模式方面，802.11ah支持正常S1G的短幀或長(cháng)幀模式以及S1G_DUP_1MHz和S1G_DUP_2MHz重復模式。在S1G_DUP_1MHz模式下，802.11ah將在所有占用帶寬中重復S1G 1MHz，因此對4MHz帶寬來(lái)說(shuō)，它將在所有4個(gè)1MHz信道中重復S1G 1MHz信號。802.11ah還支持多用戶(hù)MIMO，但MIMO流最多只能有4個(gè)。它還可選支持802.11ac的波束成型。

表1顯示了802.11ac和802.11ah之間的詳細比較。

表1：802.11ah和802.11ac物理層比較。

測量挑戰

如表1所示，802.11ah標準覆蓋了種類(lèi)廣泛的數據速率、調制復雜性和多流配置，雖然最常用的是單信道和低數據速率情況。因此對802.11ah來(lái)說(shuō)也存在著(zhù)針對更高調制方案、更高M(jìn)IMO級別(最高為4×4)、波束成形和多用戶(hù)MIMO的測試挑戰。對那些想要充分利用更復雜調制方案的這些應用來(lái)說(shuō)，就要求使用具有必要性能的測試設備。舉例來(lái)說(shuō)，考慮到調制精度，為了測量256QAM調制方案，要求具有足夠低誤差矢量幅度(EVM)水平的發(fā)射機測試。因此了解測試設備性能的局限性，包括相位噪聲等參數，是很有必要的。另外，針對802.11ah射頻測試，測試儀器需要支持產(chǎn)生和分析帶寬窄得多的信號，并要滿(mǎn)足窄帶寬使用時(shí)的標準要求。

802.11ah標準草案中定義了發(fā)射機和接收機的測試項目(表2)。這些項目與其它WLAN標準類(lèi)似，除了根據帶寬和數據包時(shí)序按比例縮小外。舉例來(lái)說(shuō)，接收機最小輸入電平靈敏度測試需要低10dB，因為與802.11ac標準相比要求的帶寬只有十分之一。

表2：IEEE 802.11ah發(fā)射機和接收機測試項目。