即使對無線通信標準來說，802.11n 規範在過去幾年的開發過程也是相當的棘手。相互競爭的供應商和標準提案、草案前與草案後的 1.0 矽產品與整機產品，以及各種互通性問題，都不斷地為這種最新一代 Wi-Fi 技術帶來麻煩。現在，802.11n 規範大致上已經越過了困難的階段，即將履行其承諾：它的距離大約是過去 802.11a/b/g 產品的兩倍，傳輸速度是 5 至 10 倍（表 1）。時間也差不多了，因為針對消費產品、企業、校園以及城市規模市場的設計，該規範還有龐大的工作量。不幸的是，該規範非常複雜，還有許多可能的變數和選項。
這些複雜性有很多原因，其中至少一個是該過程花了太長的時間。據一些業界的參與者表示，供應商相互混戰的主要原因就是花費太長時間的核准過程。即使在 IEEE 委員會通過 Draft 1.0 以前，至少有三家供應商為標準的核心技術提供了不同的建議。iSuppli 的無線通信總監與首席分析師 Jagdish Rebello 表示，IEEE 的 TGn（Task Group N）小組負責管理該規範，最終將這些競爭性建議縮小到兩種。他說，“兩種建議在去年合成一種，TGn 在 2006 年 5 月對全體成員提出一個聯合提案。”但 TGn 未達到 Draft 1.0 版所需要的 75% 同意票。2007 年 3 月，委員會表決通過了 Draft 2.0，它有大約 3,000 條的技術和編輯意見。業界參與者預計 TGn 會在9月推出 Draft 3.0 進行新一輪的投票，該小組並期望解決這些意見。與一個 IEEE 標準一樣，該規範大概還要再經過 6 至 12 個月的進一步修訂。802.11x 規範的選項數量是空前的，因此需要特別細微的調整，但參與者認為，現在不太可能改變強制的部分。
在這個漫長而乏味的過程中，至少有一個供應商聯盟出來開發一種替代的規範，使產品可以在標準委員會支援以前上市。由於倦于長期等待，製造商在 Drafe 1.0 以前就根據不同供應商的矽晶片設計開始推出產品。由於多數這類設計都是在各家的外部實驗室和研究公司來進行測試的，因此彼此間無法實現互通性。
為協助推動標準的發展，並提供互通性認證，WFA（Wi-Fi 聯盟）於 2006 年 8 月宣佈，它將在 2007 年上半年推出一個針對產品的密集認證過程，包括來自正處於開發中標準的基本特性。在 2007 年 5 月 ，TGn 核准了 Draft 2.0 以後，WFA 公佈了對 802.11n Draft 2.0 的認證計畫，此一計畫是基於 Draft 2.0 的強制性部分，並且公開了首款經認證的晶片、卡和機盒產品，而它們又構成了用來對更多產品認證的測試台。正式的認證程序開始於 2007 年 6 月。很多供應商表示，他們經 WFA-認證的 802.11n Draft 2.0 產品，將可透過韌體升級到最終的 IEEE 802.11n 標準。
Netgear 的產品現在已經通過了 WFA 認證，它在 2005 年就推出了 Draft n 產品，而這些產品是以兩家供應商的晶片為基礎的。Netgear 先進無線系列產品經理 Som Pal Choudhury 表示：“在當時那個時間點上，各家晶片供應商的互通性還是一個問題，我們不得不提供兩種系列的卡。”該公司最新的路由器產品可自動地檢測和安裝公司網站上的最新韌體。
802.11n 的優點
802.11n WLAN（無線網路）技術是今天唯一一種具備支援每頻率 20 Mbps 的多個高畫質電視（HDTV）串流頻寬的 Wi-Fi 技術。此一性能足以實現某些長久以來的 Wi-Fi 網路目標。這些目標之一就是無線多媒體，包括住宅應用中的語音/網際網路語音協定（voice over Internet Protocol，VOIP）、資料、視頻和遊戲。其他目標是：可與乙太網路相比擬的流量、QOS（服務品質）和安全水平，這些是企業級網路、校園網路和城市網路的要求。但實現此一性能的方法很複雜，導致標準中有許多的選項和變數。造成所有這些選項的另一項主要原因是，使用者希望將許多不同類型的設備連接到 Wi-Fi 網路上，每種設備都有自己特有的要求。WFA 的管理總監 Frank Hanzlik 表示，由於 Wi-Fi 市場已經比 802.11x 早期更加異質化，802.11n 網路必須容納範圍更寬的設備類型；許多標準中的選項要求部分會影響到此一範圍。來自於消費性電子公司的新需求（如視頻應用）或手機市場的新需求（這裏製造商最感興趣的是節能和更大的覆蓋範圍）都造成了漫長而乏味的 IEEE 進程以及標準制定的困難。他說：“因為要取悅的人太多，因此妥協的過程非常複雜。”
但 WLAN 能力已經滲透到了消費設備和通信設備的市場，並且嵌入到數位用戶迴路（digital-subscriber-line ，DSL）和有線 Modem的情況也越來越普遍，同時它也侵入到 Apple TV 中，市場正在擴大，賭注也越來越高，不斷增加的動力有助於解決這些衝突。因此，Farpoint Group的首長（principal） Craig Mathias 表示，802.11n Draft 2.0 已經轉化成為一個框架，而不只是一個標準。工程師控制這個框架的難度如何，還有待觀察。
標準中有什麼？
基於 802.11n 的產品可以在 2.4GHz 或 5GHz 的頻段中工作，或同時在兩個頻率段工作，因此就有與早先推出產品的反向相容（backward-compatible）問題。當在 2.4 GHz 頻段使用 802.11n，並且使用 20 MHz 通道時，它就使用互補碼鍵控（complementary-code-keying，CCK）調變技術來與 802.11b 反向相容，或者用正交分頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）調變與 802.11g 反向相容。當在5 GHz 頻段的20 MHz 或 40 MHz 通道寬度上以OFDM 調變技術使用802.11n 時，它與 802.11a 反向相容。符合最新 802.11x 標準的設備傾向於使用 OFDM，因為它比 CCK 來得有效率，後者是較老 Wi-Fi 網路所使用的調變方法。藉由 802.11g，OFDM 已經成為 Wi-Fi 調變方法的選擇。802.11n 標準帶來了更高效率的 OFDM 調變方法，以增加資料速率。它使用的是 52 個資料副載波，而不是過去網路中的 48 個，為每個空間串流（spatial stream）提供 65 Mbps，而不是過去 802.11a 或 g 的 54 Mbps。標準中的另一個選項是將保護間隔（Guard interval）從 800 ns 縮小到 400 ns，以增加 OFDM 的符號速率（symbol rate），從而進一步增加了資料速率。
先前的 802.11x 標準只規定了一個頻段、一種通道寬度、每一方向一個空間串流（發射或接收），以及一個最大資料速率。除了 OFDM 對提高流量的作用以外，802.11n 規範也將通道寬度加倍，並引入幀聚合（frame aggregation）、區塊確認（block acknowledgment）和空間多工（spatial multiplexing），空間多工是幾種可能的多輸入/多輸出（multiple-input/multiple-output ，MIMO）結構之一（參見附文“MIMO 做什麼”）。它可以使用單一或兩個通道的寬度，20 MHz、40 MHz 或同時是20 與 40 MHz；每一方向有 1 至 4 個的空間串流；以及至少兩個其他 MIMO 選擇（表 2）。802.11n 網路的資料傳輸速率因此有非常高的變動，主要是取決於調變的方法、通道寬度和空間串流的數量。
根據設計的要求，一個符合 802.11n 的產品，假設採用 OFDM 調變、兩個發射和兩個接收串流（稱為 2×2 配置）、20MHz 通道寬度，可以達到 144 Mbps 的典型流量；或者採用 OFDM 調變、4×4 配置、40 MHz 通道寬度，（目前理論上）可以達到最大 600 Mbps 流量。今天大多數 802.11n 產品所實現的是這兩個極端之間的某種傳輸速度：如採用 OFDM、2×2 配置和 40 MHz 通道寬度的 300 Mbps，或只將 MIMO 配置改為 3×3 時的 450 Mbps。
跟過去一樣，距離也有賴於多種變數。但在 802.11n 情況下，由於有著各種可能性，因此也更加複雜，這些可能因素包括發射功率、接收天線數、調變方式以及錯誤更正的（error-correction）方式。規範還可以讓工作在 2.4 或 5 GHz 頻段，或者第三種雙頻段 2.4/5 GHz的選項。
Atheros 首席技術長、同時也是 TGn 成員的 Bill McFarland 說，Draft 1.0 和 Draft 2.0 之間的差異非常微小。最大的差別是管理 802.11n 設備與 802.11g 設備之間的共存機制，尤其是在 2.4 GHz 頻段。這個問題對於 5 GHz 頻段中的 802.11a 設備不那麼重要：因為這裏的頻段不太擁擠，大多數設備採用 OFDM 式發射與接收方式，所以共存問題比較簡單。另外，頻率通道的分配與組織也能與 802.11n 良好配合。他說：“相反地，2.4 GHz 頻段中的 802.11b 設備採用 CCK 調變，頻率通道的分配方式無法與 802.11n 的頻率使用方式配合得很好。”
當使用 40 MHz 通道使資料速率加倍時，也很難在 2.4 GHz 頻段上讓 802.11n 設備與 802.11b 和其他設備共同工作，因為可能有干擾的問題。McFarland 說，處理此一問題的技術目前仍然處於討論的階段，Draft 3.0 可望解決它們。有些相關技術是高度文雅（high-level-politeness）的演算法，這種演算法的基礎是量測環境中的流量；如果有許多傳輸流量，則通道寬度就保持在 20 MHz；如果流量低，則通道寬度可以擴充到 40 MHz，以獲得更大的頻寬。另一個可能的方法要用主動的“聆聽（listening）”方法，去偵測周圍的接入點或網路，如果偵測到，則轉為 20MHz 模式，而不管流量如何。TGn 正在討論要修正這個變數，因為它可能會帶來問題。
其他如空閒通道評估（clear-channel assessment，CCA）等防止干擾的更細粒度（fine-grained）方法的運行，是以一個封包接一個封包（packet-by-packet）為基礎的。為防止碰撞，在發射 40 MHz 寬的封包以前，CCA 檢查確認兩個通道均為空閒，而封包可以在整個 40 MHz 頻率範圍內傳輸。這種選項可能會保留。規範現在要求同時使用兩種高度文雅的演算法和更多的精細粒度方法。高級演算法的工作方式還在討論中。
McFarland 說：“在 MAC 層，主要關心的是設備如何在一個封包接一個封包的基礎上來分享空間電波。Draft 2.0 與 1.0 之間最大的改進是封包聚合。”過去在 802.11x 中，一個封包被發射和重試，直到傳回一個確認。在 802.11n 中，強制性的封包聚合會將許多封包集中到一個超級幀（superframe）之中，隨後將它發送出去，然後得到一個區塊確認（block acknowledgment），它確定哪個封包已經收到，哪個封包沒有正確收到。只有失敗的封包才必須重新發送，因此系統的效率更高，可以對高資料速率有更好的利用。Draft 3.0 中的更多差異大概會包括一些規範可選模式與特性的改變，包括 MIMO 的方法。
MacFarland 表示，當一種產品實現了規範中的某種可選特性時，802.11n 規範提供有關該特性的一種協商，這樣兩台設備可以確定各自帶有哪些選項。但在網路配置時可能出現麻煩。例如，如果網路要求目前仍是選項的波束形成（beam forming），那麼接入點和用戶端都必須支援它。沒有這種功能的用戶端仍可以互通，但網路性能不會改進。
針對 802.11n Draft 2.0 計畫認證的第一階段，WFA 定義了一組特性，它密切符合 802.11n Draft 2.0 的多數強制特性。該計畫亦測試一些規範的可選特性，條件是待測設備實現了這些特性。
在第二階段（現在是以 2008 年夏季為目標），該計畫將測試一些可選的特性，IEEE 正考慮加入到規範中。WFA 還未決定這些能力如何歸類。一種可能性是採用 profile 概念，或特性組，它相當於對設備類的要求，如一組針對 PC 和資料中心設備，另一組針對要求音、視頻串流的消費設備，還有一些則包括要求語音、VOIP 和電話功能的手持式設備。WFA 的 Hanzlik 表示：“這使我們能夠把強制特性和可選特性結合的更好，使它對這種使用類型更有意義。”
現在的 802.11n 晶片組各不相同，無論它們是針對接入點、用戶端設備，還是企業或消費性設備。它們亦有不同的性能和變化多端的 MIMO 結構。用於 802.11n 的晶片組包含了 CMOS 基頻 MAC 引擎、一個獨立的 CMOS 射頻，以及一個外接的分立功率放大器。
單晶片的802.11n 矽產品將在明年左右面世。Broadcom公司 802.11n 產品高級系列產品經理 Kevin Mukai 表示，傳統的 Wi-Fi a/b/g 單晶片已經有了 CMOS SOC。單晶片矽產品將成為 802.11n 產品的一種挑戰，因為 a/b/g SOC 每個晶片上只包含一個 RF 鏈，而 802.11n 需要多個 RF 鏈。
作者簡介
特約編輯 Ann R Thryft 20 多年來一直從事於技術寫作，包括有線和無線網路。她真正的願望是 ESPnet：即心到螢幕/心到心（mind-to-screen/mind-to-mind）之間的直接通信，及在展覽會上有可以使用的 LAN 和 WAN 選項。她的聯絡方式是：athryft@earthlink.net。
參考文獻
1. IEEE P802.11 Task Group N, Meeting Update, grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/tgn_update.htm.
2. “Wi-Fi Certified 802.11n draft 2.0: Longer-Range, Faster-Throughput, Multimedia-Grade Wi-Fi Networks,” Wi-Fi Alliance, 2007, www.wi-fi.org/files/kc/WFA_802_11n_Industry_June07.pdf.
3. “Wi-Fi Certified makes it Wi-Fi: An Overview of the Wi-Fi Alliance Approach to Certification,” Wi-Fi Alliance, September 2006, www.wi-fi.org/files/wp_16_Overview_WFA_Certification_09282006_2.pdf.
4. Wi-Fi Certified Products, Wi-Fi Alliance, http://certifications.wi-fi.org/wbcs_certified_products.php?lang=en.
5. “802.11n: Next-Generation Wireless LAN Technology,” Broadcom, April 2006, www.broadcom.com/docs/WLAN/802_11n-WP100-R.pdf.
附文
MIMO 做什麼
定義多輸入/多輸出（MIMO）空中介面技術的方法，不止一種。802.11n Draft 2.0 規範將空間（空間分隔的（space-division））多工當作 MIMO 實現的強制方法，而空間-時間區塊編碼（space-time block coding）與波束形成（beam forming）當作兩種可選方法。所有這些方法都在發射機和接收機端使用多支天線，發送多個資料串流，在不增加頻寬的情況下，提高了傳輸速度、範圍和抗干擾性，或獲得這些特性的某種組合。這些方法利用了 RF 通信中固有的多路徑效應（或反射）。這些反射通常會導致接收端的信號扭曲，從而降低性能。
在空間多工中（802.11n 中是強制的）有兩到四根天線，每根天線都承載一個發射/接收串流，它們在相同的頻率通道中同時傳輸多個位元，以增加輸出（圖 A）。由於空間多工技術使接收機的複雜性大幅增加，設計者通常將其與正交分頻多工（OFDM）調變的方法結合起來，OFDM 比其他調變方法更有效率。空間-時間區塊編碼是一個 802.11n 的選項，它為冗餘選用不同的天線，以增加健壯性（robustness）。另一種可選方法是波束形成，它將天線當作是一個陣列的組成部分，形成一個引導波束的定向天線，增加傳輸距離。
802.11n 規範可以讓在發射或接收的方向，使用一至四個資料串流，但 MIMO 需要每個方向至少有兩個資料串流。在需要較高資料速率、精確資料接收以及較長距離的應用中（例如包含 802.11n 功能的住宅閘道），設計者可能希望將資料串流增加到三個接收和三個發射，以獲得最大的資料吞吐量。另外， iSuppli 無線通信總監兼首席分析師 Jagdish Rebello 則說，應使用最好的編碼方法。他表示，“但是，如果你是一款消費性產品，如手機，就可以用最低的配置，如單輸入，多輸出。”大多數應用採用一種雙發射機/雙接收機（2×2）的配置，這是 Wi-Fi 聯盟針對 802.11n Draft 2.0 認證計畫正在測試的最小配置。
接入點設備通常需要對稱資料串流。接收機多於發射機的非對稱配置可以有更好的資料相關性和距離，從而提高接收機的性能，這對筆記型電腦和手機等客戶端設備特別有用。由於每個天線增加了一個射頻鏈，RF 與基頻部分都增加了功耗及矽晶片成本。
Broadcom公司 802.11n 高級系列產品經理 Kevin Mukai 說：“這（成本與功耗問題）一直是一種挑戰。這是 CMOS 整合的用武之地。我們已經降低了在較小尺寸上獲得 802.11n 功能的功率預算。”矽晶片上 2×2 配置（如Broadcom的晶片組）的優點是，它使用較少的天線，因此能降低成本。802.11n 規範包括一個針對手機的強制節電模式。當 802.11n 的單晶片矽產品開始出現時（也許是在明年），降低功耗的機會也就越大了。
Farpoint Group的首長 Craig Mathias 表示：“802.11n 矽晶片的成本、功耗和尺寸都是我們仍然需要努力的問題。但這正好是我們所擅長的。”
圖片說明
圖 A MIMO 方法用傳輸多個資料串流的方法來增加傳輸速度、健壯性、距離，或者取得這些特性的某種組合（感謝 Farpoint Group提供本圖）。
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Figure A, Table 1, Table 2
