一文看懂IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）技术

Wi-Fi路由器在近几年渐渐成了每个家庭里必备的设备仪器，但不是每个人都了解每天陪伴在我们周围的它们，它们是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。

Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。

本文介绍的是IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）技术，在2013年，Wi-Fi联盟正式发布WiGig CERTIFIED 认证标识（如图1所示）并宣布相关产品将于明年入市，还宣布将通过行业协作来推动60GHz技术的发展。

笔者在详细地学习完WiGig（60GHz Wi-Fi）相关的技术规范后，觉得相比于目前的几种Wi-Fi，WiGig/IEEE 802.11ad设备在多媒体应用方面具有高容量、高速率（PHY采用OFDM方案时最高传输速率可达7 Gbps、采用单载波调制方案时最高传输速率可达4.6Gbps）、低延迟、低功耗（原因为：①Wi-Fi联盟要求所有WiGig CERTIFIED产品必须支持单载波调制方案；②IEEE 802.11ad的MAC能根据设备的实际流量负荷来实时地进行电源管理；③协议适配（目前定义了A/V协议适配和I/O协议适配）直接在PHY与MAC之上运行，可最大限度地降低功耗）、芯片设计与制造的复杂度低（单载波调制与多载波调制共用前导码及信道编码等）、安全性更高（采用AES加密，并可通过硬件实现之）、用户体验更好（PHY支持多频段切换与操作，MAC支持11n、11ac的MAC及管理MAC）等突出优势。

以下为WiGig/IEEE 802.11ad的详细介绍：

1、WiGig简介及其与IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的关系

数字多媒体内容的广泛普及与使用促使人们对无线连接技术进行持续创新。市场对高速率、高容量、低延迟传输的需求推动了可与传统Wi-Fi功能相补充的新技术的发展——这一新技术——WiGig，采用60 GHz频段来实现高达7 Gbps的传输速率，以支持各类先进的应用。

基于IEEE 802.11ad标准的WiGig技术最初由WiGig（无线吉比特联盟）主导开发。IEEE 802.11ad标准是对可支持在60GHz频段上进行多个吉比特无线通信的802.11标准所做的修订。WiGig MAC/PHY 规范在2010年被WiGig移交给IEEE 802.11ad标准化任务组，并于2010年5月被确认为802.11ad标准草案的基础。2012年年底，802.11ad获得IEEE批准。

2013年，WiGig联盟与Wi-Fi联盟合并，强化了Wi-Fi联盟内部所有技术与认证开发工作，带来了紧密协调的连接与应用层解决方案。目前，Wi-Fi联盟成员已开发WiGig CERTIFIED认证计划，以进行产品互操作性验证。该计划预计于2014年开始进行产品可互操作性测试，获得认证的产品将会带有WiGig CERTIFIED 认证标识和相关标识。

Wi-Fi联盟称：“WiGig技术可对Wi-Fi技术形成补充，从而拓展到新的应用，并且更全面地为实现Wi-Fi联盟的产品在不使用电线或电缆的情况下进行无缝连接的愿景而努力。”

2、IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的技术特点

WiGig技术使用60 GHz频段，与2.4 GHz和5 GHz两种频段相比，60 GHz频段有更多频谱可供使用，从而通过使用低功率调制方案有更宽的信道来支持高达7 Gbps的更快数据传输速率，因此非常适合室内连接，以支持具有苛刻要求的包括视频在内的多媒体应用。

WiGig/IEEE 802.11ad规范的主要特点包括：最大限度地提高性能；将实施的复杂度与成本降至最小；与现有Wi-Fi技术相协调；提供先进的安全保护。

这些主要功能包括：

1）支持高达7 Gbps的数据传输速率；

2）独特的设计支持诸如手机等低功耗手持设备以及诸如电脑等高性能设备，还采用了先进的电源管理技术；

3）设备能够透明地切换于在任意频段（包括2.4 GHz、5 GHz和60 GHz）上运行的802.11网络之间；

4）支持波束赋形，可最大限度地提高信号强度，并可在10米之外的距离实现良好通信；

5）使用AES加密算法中的Galois/Counter Mode来进行安全保护；

6）支持HDMI、DisplayPort、USB和PCIe的高性能无线实施。

3、IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的物理层

1）频谱与信道

60 GHz频段无需获得授权，并被广泛使用。如图2所示，在60GHz频段内，不同国家可用的频谱有所差异：

60 GHz频段的频谱资源比2.4 GHz和5 GHz频段要丰富得多——通常为7 ~8GHz频宽。与，60GHz频段也被划分为多条信道——802.11ad规范定义了四条信道，每条信道宽度为2.16 GHz。

2）调制与编码

IEEE 802.11ad规范支持两种类型的调制和编码方案：

1）OFDM。允许的最大传输速度高达7 Gbps；

2）单载波。功耗较低，因此更适合于小型低功耗手持设备。单载波方案支持的传输速度最高为4.6 Gbps。

这两种调制方案具备一些共同的要素（比如前导码和信道编码等），这就降低了实施的复杂度。

据悉，在将来，所有的WiGig CERTIFIED设备都必须支持单载波调制，某些设备还必须支持OFDM。