改善Wi-Fi功耗/覆蓋率 802.11ah滿足物聯網應用
802.11ah基於802.11ac標準的降頻時脈(Down-Clocking)，並且在PHY層及MAC層中新增一些強化功能，例如省電、大量基地台支援、涵蓋範圍更廣，以及行動接收等。此標準仍在起草階段，預期在2016年正式推出。Wi-Fi聯盟也著手制定以802.11ah為基礎的認證計畫。
802.11ah具大覆蓋率/低功耗/原生支援IP特點
一般而言，802.11ah有三種主要使用案例：感測器網路、回送感測器與電表資料的回程網路，以及基於802.11ah技術特性擴展Wi-Fi範圍。802.11ah的主要優點包含：大覆蓋範圍、低功耗、原生IP支援，並且支援各式各樣的裝置。詳細說明如下；
．802.11ah的PHY及MAC增強特性可滿足大規模感測器網路對於超低功耗及多年電池續航力的要求，在小型封包及休眠時間長的狀況下，具有最佳化效能。
．802.11ah感測器為原生IP支援。
．透過階層式辨識元結構，多達8,191個裝置可與無線存取裝置(AP)相關。
圖1顯示未來智慧家庭感測器網路的範例。在此情境中，室內安裝一個採用802.11ah技術的AP。整個住家到處都部署溫度感應器、光線感應器及智慧型電表等各種不同裝置，讓家用裝置及家電用品變得更聰明。
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| 圖1 802.11ah在智慧家庭環境中的應用示意圖 |
第二個使用案例是回送感測器及電表資料的回程網路，可提供感測器與資料收集器之間的連線。IEEE 802.15.4g為感測器提供鏈路，而802.11ah則提供無線回程鏈路，以便將感測器所產生的聚合資料轉送至資料中心。圖2顯示無線回程網路，其中802.11ah AP及閘道器負責收集感測器送出的資料，然後將資料轉送至資料中心。
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| 圖2 802.11ah在回程網路中的使用狀況 |
Wi-Fi可延伸應用於家庭、校園、運動館、購物商城及其他地方。相較於在2.4GHz與5GHz頻率上運作的舊式WLAN技術，802.11ah AP提供更寬廣的頻率覆蓋範圍，可進一步涵蓋車庫、後院及地下室。
舉例來說，校園WLAN解決方案採用三頻段AP(2.4GHz/5GHz/
900MHz)，因此校園各處都支援無線存取。辦公室及教室都在802.11ac的覆蓋範圍，而戶外區域則由11ah AP提供無線存取，可延伸到大樓、停車場及運動場間的活動空間，如此有助於減輕蜂巢式網路的負荷。802.11ah AP支援更廣的覆蓋區域及更多的學生。
圖3顯示802.11ah的全球通道分配狀況。可看到許多國家都已分配802.11ah頻譜，同時也指定所支援的最大頻寬。由於各國法規不同，藉由綁定通道所獲的最大通道頻寬各不相同。
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| 圖3 802.11ah全球通道分配狀況 |
美國分配到902M∼928MHz的頻率範圍，最大頻寬是16MHz；中國配置的總頻寬是32MHz，頻率範圍為755M∼787MHz，最大頻寬是8MHz；韓國針對802.11ah通道配置917.5M∼923.5MHz的頻率範圍，最大頻寬是4MHz；日本有十一個1MHz通道，頻率範圍為916.5M∼927.5MHz；新加坡頻率範圍分成兩段，分別是866M∼869MHz及920M∼925MHz，總共是8MHz，最大頻寬是4MHz。
802.11ah以802.11ac實體層十倍降頻時脈為基礎
802.11ah以802.11ac實體層十倍降頻時脈為基礎
IEEE 802.11ah主要是以IEEE 802.11ac實體層的十倍降頻時脈為基礎，所定義的頻寬有2MHz、4MHz、8MHz及16MHz，另有1MHz通道是為進一步延伸覆蓋範圍而定義。1MHz及2MHz屬於強制性支援。
實體層可分成兩大類，一類是頻寬大於或等於2MHz的傳輸模式；另一類是1MHz的傳輸。第一類可視為802.11ac的十倍降頻時脈。由於傅立葉轉換(FFT)的大小與802.11ac一樣，因此子載波間隔為31.25kHz，只有802.11ac子載波間隔312.25kHz的十分之一。
802.11ah正交分頻多工(OFDM)符元區間是802.11ac的十倍，而保護間隔也是802.11ac的十倍，可以是4μs、8μs或16μs，因此802.11ah可符合高達一公里覆蓋範圍的目標。1MHz傳輸模式使用與31.25kHz一樣的子載波間隔，因此FFT大小是三十二。
1MHz通道的目標是進一步延伸傳輸範圍。遠距傳輸另增新的MCS10。此MCS與使用二分之一碼率的MCS0相同，但會重複兩次，因而擴大傳輸範圍。802.11ac已定固定導頻碼型，但802.11ah另外新增移動導頻(Travelling Pilot)的新導頻碼型。移動導頻可更有效降低都卜勒效應，可更全面地支援行動接收。
在傳輸模式方面，802.11ah的短訊框模式或長訊框模式支援正常的S1G，以及可重複的S1G_DUP_1MHz模式與S1G_DUP_2MHz模式。
如為S1G_DUP_1MHz模式，其所有占用頻寬都會重複S1G 1MHz，因此就4MHz頻寬而言，會重複所有四個1MHz通道的S1G 1MHz訊號。802.11ah也支援多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)，但僅限4×MIMO串流。802.11ac的波束成形也是支援項目之一。表1逐項顯示802.11ac與802.11ah的對照關係。
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如表1所示，802.11ah標準涵蓋多種資料速率、調變複雜度以及多串流配置，但是單通道以及低資料速率仍然是最常見的使用案例。
更高的調變機制、更高的MIMO階數(多達4×4)、波束成形及多用戶MIMO，也屬於802.11ah的選項。這些利用更複雜調變機制的應用需要具有必要效能的設備。
舉例而言，考量到調變準確度，量測256QAM調變時，會需要以夠低的誤差向量振幅(EVM)位準進行發射器測試。知道包括相位雜訊等因素在內的測試設備效能限制，不僅必要且重要。測試儀器也須在進行802.11ah射頻測試時，產生並分析頻寬更窄的訊號，並須符合窄頻標準的要求。
802.11ah草案標準中定義發射器及接收器的測試項目(表2)。這些項目與其他WLAN標準類似，但每個封包會根據頻寬及時序進行縮減。例如，接收器最低輸入位準靈敏度測試需降低10dB，因相較於802.11ac標準，802.11ah只需要十分之一的頻寬。
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因應這些量測挑戰，Keysight Signal Studio軟體可處理802.11ah測試，以便輕易產生符合802.11ah標準的波形。利用該軟體，使用者可在標準限制範圍內，快速變更訊號參數。有些格式還包含用於標準定義特定測試的預設項目，可有效節省時間。如須執行分析，該公司X系列N9077A量測應用軟體支援802.11ah發射器測試，並符合標準要求(圖4)。
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| 圖4 用於802.11ah 1MHz頻寬的802.11ah調變分析 |
