IEEE 802.11ad標準的發展歷程和使用頻率

IEEE 802.11-2020的第20章是有關Directional multi-gigabit (DMG) PHY specification的內容，它也被稱為IEEE 802.11ad。DMG的字面意思是：

D：Directional，定向的；
MG：multi-gigabit，可提供高達數Gbps的數據吞吐速度；

01—11ad的發展歷程

追根溯源的話，要說到Wireless Gigabit Alliance，由這個聯盟首先于2009年發布了WiGig，就是11ad的前身，后來移交給IEEE進行標準化，到了2012 年12 月802.11ad的修正案獲得IEEE批準，將Wi-Fi帶入到毫米波領域。2013 年，Wireless Gigabit Alliance關閉，被大家熟知的WFA（Wi-Fi Alliance）接管。然后，"Wi-FI CERTIFIED WiGig"成了Wi-Fi聯盟的一項標準，其MAC/PHY 規范與 802.11ad 標準完全一致。下面是詳細的發展歷程：

2009.01

在 IEEE，VHT 研究小組開始研究 60 GHz 的超高吞吐量 (VHT)。802.11ac 和 802.11ad 都屬于 VHT 的研究范圍。

2009.05

約 15 家技術公司聯合成立了WirelessGigabit Alliance(WiGig聯盟) ，這個組織的任務就是為了定義 60 GHz 頻段的無線規范。

2009.12

WiGig 規范 1.0 版本發布。支持 7 Gbps 的數據傳輸速率。

2010.05

Wi-Fi 聯盟與 WiGig 聯盟建立合作伙伴關系。這就意味著60 GHz頻段的Wi-Fi 產品將會成為可能。Wi-Fi 聯盟承諾研究 WiGig 規范，并可能對其進行認證。

2012.12

作為整個 IEEE 802.11 的修正案，IEEE 802.11ad-2012發布，題目是"增強 60 GHz 頻帶的VHT"。隨后于 2014 年 3 月進行了修訂。

2013.03

經過兩年的合作，Wi-Fi 聯盟和WiGig合并。產品認證，將由 Wi-Fi 聯盟負責。

2016.01

在2016國際消費電子展上（CES 2016），TP-Link 演示了其 WiGig 路由器 Talon AD7200。

在 60 GHz 頻率下，它的原始數據傳輸速率為 4.6 Gbps。在沒有 802.11ad 的地方，它還支持 a/b/g/n/ac 標準。有八根用于波束成形的天線。內部使用兩個高通Atheros芯片，一個用于舊標準，另一個用于 802.11ad。在 CES 2016 上，宏基也展示了支持 802.11ad 的 TravelMate P648產品。

2016.10

Wi-Fi 聯盟開始對采用與 802.11ad 標準（又稱 WiGig）兼容的無線模塊的產品進行認證。

02—11ad的使用頻率

與其他的Wi-Fi制式相比，DMG，也就是11ad，最特別之處就在于它的毫米波使用頻段。然而最混亂之處也是它的頻段，可能有10篇文章，就會看到10種說法。在很多資料上稱“11ad使用了60GHz的ISM頻段”。具體情況如何呢？我們先來看ITU關于ISM的定義。

名詞解釋：

ISM：industrial, scientific and medical (ISM) applications (of radio frequency energy): Operation of equipment or appliances designed to generate and use locally radio frequency energy for industrial, scientific, medical, domestic or similar purposes, excluding applications in the field of telecommunications.

工業、科學和醫療（ISM）應用：為工業、科學、醫療、家庭或類似目的而設計的產生和使用本地無線發射能量的設備或裝置的操作，不包括電信領域的應用。

借著這個機會，我們來了解一下ITU-R《無線電規則》中定義的ISM頻段都有哪些？如下所示：

5.138：
  6765-6795kHz ；
  433.05-434.79MHz ；除5.280所列國家以外的1區；
  61-61.5GHz ；
  122-123GHz；
  244-246GHz；
5.150：
  13553-13567 kHz ；
  26957-27283 kHz；
  40.66-40.70 MHz；
  902-928 MHz in Region 2 ；
  2400-2500 MHz ；
  5725-5875 MHz ；
  24-24.25 GHz；

從上面ISM的列表看，最有可能用于11ad的頻段應該是61-61.5GHz，但根據802.11-2020的標準，DMG的使用頻段如下，便心生疑問：61-61.5 GHz的500MHz帶寬還不夠一個信道的使用：

美國：根據附錄E表格，startingfrequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：1，2，3，4，5，6；所以說頻率范圍：56.16～69.12 GHz；

歐盟：startingfrequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：1，2，3，4；所以說頻率范圍：56.16～64.8 GHz；

日本：同歐盟

中國：startingfrequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：2，3；所以說頻率范圍：58.32～60.48 GHz；

這里需要注意的是，以上僅是IEEE標準上提供的以前的頻率情況，只能說頻率如何使用一直都處于動態變化之中，所以包括本文在內，都只能說給大家做個參考，沒有一定，因為頻率必須始終根據各個國家和地區最新的法規政策來執行。

雖說在《無線電規則》中并未發現與IEEE中非常匹配的11ad ISM頻段情況，但卻看到了與之臨近的其他無線電系統的頻率劃分情況，可以看到55-66GHz的頻段已經在射電天文、衛星間、無線電定位、航空移動業務電臺、機載雷達等方面在使用。我們摘抄一下，僅作為對頻率劃分工作的復雜性的一個了解吧：

5.556

在 51.4-54.25 GHz、58.2-59 GHz 和 64-65 GHz 頻段，可根據本國安排進行射電天文觀測。（WRC-2000）5.556A

衛星間業務使用 54.25-56.9 GHz、57.0-58.2 GHz 和 59.0-59.3 GHz 頻段，限于對地靜止衛星軌道中的衛星。（WRC-97）5.556B

附加劃分：在日本，54.25-55.78 GHz 頻段以主要使用條件也劃分給低密度使用的移動業務。（WRC-97）5.557

附加劃分：在日本，55.78-58.2 GHz 頻段以主要使用條件也劃分給無線電定位業務。（WRC-97）5.557A

在 55.78-56.26 GHz 頻段，為了保護衛星地球探測（無源）業務電臺，固定業務電臺發信機送入天線的最大功率密度限制在-26 dB（W/MHz）。（WRC-2000）5.558

航空移動業務電臺可以在 55.78-58.2 GHz、59-64 GHz、66-71 GHz、122.25-123 GHz、130-134 GHz、167-174.8 GHz 和 191.8-200 GHz 頻段工作，但不得對衛星間業務造成有害干擾（見 5.43 款）。（WRC-2000）5.559

無線電定位業務的機載雷達可以在 59-64 GHz 頻段工作，但不得對衛星間業務造成有害干擾（見 5.43 款）。（WRC-2000）

03—11ad的頻率衰減及使用場景

關于11ad的頻率，還有一點需要了解，就是60GHz左右的頻率，相比于2.4G和5GHz頻段，空間損耗自然是大了許多，見下圖，60GHz的自由空間衰減比2.4G大了近28dB，比5G大了近21dB。所以顯而易見，60GHz更加適用于短距離的通信場景。

再看下面這張圖，是不同頻率下由于氧吸收所帶來的衰減情況，可以看到在60 GHz時達到了一個峰值，衰減量較大，但盡管是這樣，在短距離內的作用仍然是可以接受的。

根據上面的分析，加之60GHz毫米波通信的特點是準光學的傳播行為，即接收信號主要來自視線（LOS）路徑和強反射材料的一階反射。例如，金屬表面是強反射體，允許NLOS。另一方面，墻體等混凝土材料會造成額外的龐大的信號衰減。因此，60GHz 通信更適用于有足夠反射器的室內環境。如下圖（a）和（b）所示，為5G+60GHz相結合的兩個應用場景舉例。

根據WFA，WiGig 產品的常用場景包括：

智能手機、筆記本電腦、投影儀和平板電腦等設備之間的無線對接；

多部超高清視頻和電影的并發流；

更身臨其境的游戲、增強現實和虛擬現實體驗；

快速下載高清電影；

便捷的公共信息亭服務；

更輕松地處理企業中的帶寬密集型應用