1移动通信网络的发展趋势

在21世纪的前15年中，移动通信网络越来越多地走到人们身边，改造和影响着人们的生活。近年来，移动通信网络的发展呈现两个趋势：1）移动设备的接入量和数据流量呈爆炸式增长，据美国思科公司预计，全球移动通信网络的数据量在2020年将达到2010年的1000倍；2）接入移动通信网络的移动设备由最初单一的移动电话向多样化发展，譬如笔记本电脑、平板电脑、穿戴式设备等，这些设备对数据通信的要求截然不同。如何满足移动设备的海量多样化数据需求，是未来移动通信网络的重大挑战。

2当前WIFI技术简介

在本节中，我们将对WIFI技术的物理层和MAC层技术进行简介，并阐述当前WIFI技术在移动通信网络下的局限性。

2.1WIFI技术的物理层和MAC层

WIFI技术的物理层采用OFDM技术，OFDM技术能够最大限度地利用频谱资源，从而达到高数据量传输。当前的WIFI标准主要工作在两个频段：2.4GHZ频段和5GHZ频段。在2.4GHZ频段下，总可用频谱带宽为80MHZ，共有13个频段可供利用，单个设备最多可以使用20M带宽。在5GHZ频段下，总可用频谱带宽为325MHZ，共有20个频段可供利用，单个设备最多可以使用80M带宽。可知，在5GHZ频段下的可用带宽资源较为丰富，因此，越来越多的WIFI设备开始工作在5GHZ频段。WIFI技术的MAC层采用CSMA技术来为多用户提供接入。CSMA技术的工作原理为：任何一台设备在发送数据之前必须先对当前频谱进行探测，若当前频谱为空闲状态则可以发送数据，否则进入等待模式并在等待结束后开始下一次探测。当网络拓扑结构变得更加复杂时，MAC层还将应用RTS/CTS技术。

2.2当前WIFI技术在移动通信网络下的局限性

WIFI技术虽然在物理层上能够较为高效地利用频谱资源，但在MAC层上，WIFI技术的CSMA由于成本的限制并不能高效地服务于多用户数据，该瓶颈在设备接入量增加时变得尤为突出。由于同一频段上同时最多只能有一对设备进行发送和接收，当设备增多时，大量设备将持续处于等待状态，这导致数据传输的延迟增大，此类现象经常发生于人口密集的场所，譬如机场、火车站、体育场等。在未来，随着可穿戴设备的飞速发展和物联网的广泛应用，现有WIFI技术必将无法支持与之相匹配的数据需求。因此，当前WIFI技术在移动通信网络的飞速发展下存在很大的局限性。

3未来WIFI技术展望

经过第三节的分析可知，由于设计上的缺陷，WIFI技术必须要进行改变才能适应未来移动通信网络的发展。在本节中，我们将介绍两种对现有WIFI技术的改进方法。

3.1多用户MIMO（MU-MIMO）技术

为了解决MAC层造成的用户等待问题，多用户MIMO技术希望通过利用多天线来分开多个终端设备，从而可以同时支持多个数据流的传输。随着芯片制造技术的发展，多天线的制造成本显著降低，因此，这项技术有望大量应用于未来WIFI设备中，从而有力解决在密集终端设备下的数据服务问题。

3.2超高频率WIFI技术

在未来移动通信网络中，某些设备需要超高速率的数据传输，譬如高清电视等，传统的2.4GHZ频段和5GHZ频段的带宽已不足以满足这些设备的上述需求，因此，未来WIFI技术需要变得更加多样化，其中，超高频率WIFI技术可以工作在60GHZ频段下，该频段的可用频谱带宽为数GHZ，大大高于传统的WIFI技术。实验表明，该技术可以提供数GB每秒的数据传输，因而可以应用于未来高速率传输的终端设备。

4总结

在本文中，我们首先概述了未来移动通信网络的发展趋势，并探讨了现有WIFI技术在上述发展趋势下的局限性，针对这种局限性，进一步介绍了未来WIFI技术的两个主要发展方向。综上所述，未来WIFI技术必将沿着高效化和多样化继续发展，从而为移动通信网络的迅猛发展提供有力的支撑。

作者：孙晶晶 李若楠 单位：国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心