一文看懂IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)技術
Wi-Fi路由器在近幾年漸漸成了每個家庭里必備的設備儀器,但不是每個人都了解每天陪伴在我們周圍的它們,它們是一種允許電子設備連接到一個無線局域網(WLAN)的技術,通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射頻頻段。連接到無線局域網通常是有密碼保護的;但也可是開放的,這樣就允許任何在WLAN范圍內的設備可以連接上。
Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協議的局域網就稱為無線保真。甚至把Wi-Fi等同于無線網際網路(Wi-Fi是WLAN的重要組成部分)。
本文介紹的是IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)技術,在2013年,Wi-Fi聯盟正式發布WiGig CERTIFIED 認證標識(如圖1所示)并宣布相關產品將于明年入市,還宣布將通過行業協作來推動60GHz技術的發展。
筆者在詳細地學習完WiGig(60GHz Wi-Fi)相關的技術規范后,覺得相比于目前的幾種Wi-Fi,WiGig/IEEE 802.11ad設備在多媒體應用方面具有高容量、高速率(PHY采用OFDM方案時最高傳輸速率可達7 Gbps、采用單載波調制方案時最高傳輸速率可達4.6Gbps)、低延遲、低功耗(原因為:①Wi-Fi聯盟要求所有WiGig CERTIFIED產品必須支持單載波調制方案;②IEEE 802.11ad的MAC能根據設備的實際流量負荷來實時地進行電源管理;③協議適配(目前定義了A/V協議適配和I/O協議適配)直接在PHY與MAC之上運行,可最大限度地降低功耗)、芯片設計與制造的復雜度低(單載波調制與多載波調制共用前導碼及信道編碼等)、安全性更高(采用AES加密,并可通過硬件實現之)、用戶體驗更好(PHY支持多頻段切換與操作,MAC支持11n、11ac的MAC及管理MAC)等突出優勢。
以下為WiGig/IEEE 802.11ad的詳細介紹:
1、WiGig簡介及其與IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的關系
數字多媒體內容的廣泛普及與使用促使人們對無線連接技術進行持續創新。市場對高速率、高容量、低延遲傳輸的需求推動了可與傳統Wi-Fi功能相補充的新技術的發展——這一新技術——WiGig,采用60 GHz頻段來實現高達7 Gbps的傳輸速率,以支持各類先進的應用。
基于IEEE 802.11ad標準的WiGig技術最初由WiGig(無線吉比特聯盟)主導開發。IEEE 802.11ad標準是對可支持在60GHz頻段上進行多個吉比特無線通信的802.11標準所做的修訂。WiGig MAC/PHY 規范在2010年被WiGig移交給IEEE 802.11ad標準化任務組,并于2010年5月被確認為802.11ad標準草案的基礎。2012年年底,802.11ad獲得IEEE批準。
2013年,WiGig聯盟與Wi-Fi聯盟合并,強化了Wi-Fi聯盟內部所有技術與認證開發工作,帶來了緊密協調的連接與應用層解決方案。目前,Wi-Fi聯盟成員已開發WiGig CERTIFIED認證計劃,以進行產品互操作性驗證。該計劃預計于2014年開始進行產品可互操作性測試,獲得認證的產品將會帶有WiGig CERTIFIED 認證標識和相關標識。
Wi-Fi聯盟稱:“WiGig技術可對Wi-Fi技術形成補充,從而拓展到新的應用,并且更全面地為實現Wi-Fi聯盟的產品在不使用電線或電纜的情況下進行無縫連接的愿景而努力。”
2、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的技術特點
WiGig技術使用60 GHz頻段,與2.4 GHz和5 GHz兩種頻段相比,60 GHz頻段有更多頻譜可供使用,從而通過使用低功率調制方案有更寬的信道來支持高達7 Gbps的更快數據傳輸速率,因此非常適合室內連接,以支持具有苛刻要求的包括視頻在內的多媒體應用。
WiGig/IEEE 802.11ad規范的主要特點包括:最大限度地提高性能;將實施的復雜度與成本降至最小;與現有Wi-Fi技術相協調;提供先進的安全保護。
這些主要功能包括:
1)支持高達7 Gbps的數據傳輸速率;
2)獨特的設計支持諸如手機等低功耗手持設備以及諸如電腦等高性能設備,還采用了先進的電源管理技術;
3)設備能夠透明地切換于在任意頻段(包括2.4 GHz、5 GHz和60 GHz)上運行的802.11網絡之間;
4)支持波束賦形,可最大限度地提高信號強度,并可在10米之外的距離實現良好通信;
5)使用AES加密算法中的Galois/Counter Mode來進行安全保護;
6)支持HDMI、DisplayPort、USB和PCIe的高性能無線實施。
3、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的物理層
1)頻譜與信道
60 GHz頻段無需獲得授權,并被廣泛使用。如圖2所示,在60GHz頻段內,不同國家可用的頻譜有所差異:
60 GHz頻段的頻譜資源比2.4 GHz和5 GHz頻段要豐富得多——通常為7 ~8GHz頻寬。與,60GHz頻段也被劃分為多條信道——802.11ad規范定義了四條信道,每條信道寬度為2.16 GHz。
2)調制與編碼
IEEE 802.11ad規范支持兩種類型的調制和編碼方案:
1)OFDM。允許的最大傳輸速度高達7 Gbps;
2)單載波。功耗較低,因此更適合于小型低功耗手持設備。單載波方案支持的傳輸速度最高為4.6 Gbps。
這兩種調制方案具備一些共同的要素(比如前導碼和信道編碼等),這就降低了實施的復雜度。
據悉,在將來,所有的WiGig CERTIFIED設備都必須支持單載波調制,某些設備還必須支持OFDM。
- 第 1 頁:一文看懂IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)技術
- 第 2 頁:IEEE 802.11ad的MAC層
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( 發表人:方泓翔 )