三大新技术加持，WIFI迎来发展新机遇

　　Wi-Fi装置出货量攀新高。Wi-Fi联盟指出，2016年802.11ac、802.11ad（WiGig）及Wi-Fi LocaTIon等三大新技术，皆将有显著进展，可望为Wi-Fi市场挹注新的成长动能，让全球Wi- Fi装置出货量在今年底突破一百五十亿部。

　　ABI Research研究总监Phil Solis表示，随着Wi-Fi联盟认证计划不断扩大，Wi-Fi市场也持续增长。至今已有多达一百二十亿部Wi-Fi产品出货，2016年预期将再增加三十亿部，而可在2.4GHz和5GHz频段运作的双频装置出货量也将较去年增加，整体Wi-Fi市场成长力道依旧不减。

　　因应Wi-Fi技术已被广泛采用，Wi-Fi联盟已拟定好今年的技术发展蓝图，包括将增加Wi-Fi效能和网络容量，以及提供符合各种应用和市场多元连接需求的独特能力。

 

　　WiGig（802.11ad）

　　在Wi-Fi联盟公布的2016年技术蓝图中，WiGig（802.11ad）即是一大发展重点。该联盟指出，2016年WiGig市场将显著成长，该技术将可与802.11ac技术互补，为室内连接带来多重Gigabit（MulTI-Gigabit）的传输效能，促成如超高解析度（4K UHD）影像多重/同步串流等应用。未来，可支援2.4GHz、5GHz及60GHz的三频装置将提供最佳Wi-Fi效能，满足愈来愈严苛的使用情境。

图一

　　在这里，我们来详细介绍一下WiGig。

　　首先我们要了解一下关于IEEE 802.11的概念。IEEE 802.11是现今无线局域网通用的标准，它是由国际电机电子工程学会（IEEE）所定义的无线网络通信的标准。其中定义了媒体访问控制层（MAC层）和物理层。

　　物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种扩频作调制方式和一种红外线传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备可以自行构建临时网络，也可以在基站（Base StaTIon， BS）或者接入点（Access Point，AP）的协调下通信。为了在不同的通讯环境下获取良好的通讯质量，采用CSMA/CA（Carrier Sense MulTIple Access/Collision Avoidance）硬件沟通方式。

　　后来补充了两个版本，802.11a和802.11b。前者定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，后者则定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。

　　802.11ad，也就是无线千兆联盟（英语：Wireless Gigabit Alliance，缩写为WiGig），是一个致力于推动在无执照的60 GHz频带上，进行数千兆位元（multi-gigabit）速度的无线装置资料传输技术。

　　802.11ad主要用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。802.11ad抛弃了拥挤的2.4GHz和5GHz频段，而是使用高频载波的60GHz频谱。由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技术的支持下实现多信道的同时传输，而每个信道的传输带宽都将超过1Gbps。据

　　了解802.11ad的载频60GHz，速度是7Gbps。同时，802.11ad也面临技术上的限制。

　　比如：60GHz载波的绕射能力很差，而且在空气中信号衰减很厉害，其传输距离、信号覆盖范围都大受到影响，这使得它的有效连接只能局限在一个很小的范围内。

　　在理想的状态下，802.11ad最适合被用来作为房间内各个设备之间高速无线传输的通道。在整合802.11s和802.11z的基础上，802.11ad完全可以用来实现设备之间的文件传输和数据同步，速度将比第二代蓝牙技术快1000倍以上。当然，802.11ad最主要的用途还是用来实现高清信号的传输。

　　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。

　　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：

　　

　　图2 各国在60GHz频段的可用频谱

　　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

　　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。

　　IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的MAC层

　　IEEE 802.11ad规范的MAC层的新功能能够支持先进的使用模式，促进与Wi-Fi网络整合，可降低功耗，并可提供强大的安全保护。

　　1）MAC架构

　　如图3所示，IEEE 802.11ad规范定义了一个新的MAC架构，使得两个设备能够彼此间直接通信，从而开发出一些新的功能（如快速同步两台设备，以及向投影仪或电视机发送音视频数据等）。此外，IEEE 802.11ad规范还支持现行的802.11网络架构。

　　

　　图3 IEEE 802.11ad规范的MAC架构

　　2）用户体验提升技术

　　从图2可见，IEEE 802.11ad的MAC实现了在60 GHz频段连接不可用的情况下向2.4 GHz或5 GHz Wi-Fi的无缝回退，从而可极大提升用户体验（比如，在设备从60 GHz切换到频率较低的Wi-Fi信道的情况下，使用Wi-Fi/WiGig集成设备的用户将能够继续享受无中断连接。用户不但能够体验到高性能，而且还将能够自动利用60 GHz频段带来的额外速率）。

　　3）电源管理技术

　　WiGig CERTIFIED设备将可利用一种新的预定访问模式来降低功耗：通过定向连接互相通信的两台设备可以预定它们进行通信的时间段，在这些时间段期间，设备开始休眠。这种先进的功能使设备能够更精确地根据实际流量负负荷进行电源管理——这一点对于手机和其他手持式电池供电设备而言尤其重要。

　　4）安全技术

　　IEEE 802.11ad规范建立在IEEE 802.11标准定义的强大安全机制之上，WiGig CERTIFIED设备的加密功能基于政府级高级加密标准AES，并且可以在硬件中实施以实现高性能和高效率。

　　802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的协议适配层（PAL）

　　如图4所示，IEEE 802.11ad规范的协议适配层（PAL）允许以无线方式实施在MAC层和PHY层上直接运行的一些标准接口：

　　

　　图4 IEEE 802.11ad规范的协议适配层

　　1）音频/视频：WiGig显示扩展（WDE）

　　WDE支持无线传输视听数据（如从计算机或数码相机向电视机或投影仪传输电影）。这种PAL支持HDMI和DisplayPort接口以及用于保护通过这些接口传输的数字内容的高带宽数字内容保护（HDCP）方案的无线实施。它的扩展性允许它既可以传输压缩视频，也可以传输非压缩视频。

　　2）输入/输出PAL：WiGig总线扩展，WiGig SD扩展，和WiGig串行扩展

　　（1）WiGig 总线扩展

　　在计算机内部，PCIe通常用于将CPU和内存连接到可支持存储、网络卡和其他接口的I/O控制器。此外，它也可以用来连接到媒体和视觉处理器，以提高图像质量或对CPU进行卸载处理。PAL的实施可支持设备之间的多吉比特无线同步，以及与存储和其他高速外围设备的连接。

　　（2）WiGig SD 扩展

　　SD存储卡被广泛用于移动设备，以进行各种文件的存储，如文档，图片，以及音视频内容。WiGig SD 扩展被用于从主设备访问安装在远程设备上的SD存储卡，比如从笔记本电脑上访问智能手机上的SD存储卡。WiGig SD 扩展适合资源有限的电池供电的设备，因为其为方便存储访问而优化了实施过程，并且文件传输速度可达数十亿位元，同时可显著节约能耗。

　　（3）WiGig 串行扩展

　　USB通常被用来将外围设备和其他设备连接到主机。这种USB PAL可支持USB设备之间的无线连通，并促进诸如USB扩展之类的产品的开发。WiGig串行扩展已经从Wi-Fi 联盟移交到USB-IF，用作无媒介限制串行总线规范的基础。