三大新技術加持，WIFI迎來發展新機遇

　　Wi-Fi裝置出貨量攀新高。Wi-Fi聯盟指出，2016年802.11ac、802.11ad（WiGig）及Wi-Fi Location等三大新技術，皆將有顯著進展，可望為Wi-Fi市場挹注新的成長動能，讓全球Wi- Fi裝置出貨量在今年底突破一百五十億部。

　　ABI Research研究總監Phil Solis表示，隨著Wi-Fi聯盟認證計劃不斷擴大，Wi-Fi市場也持續增長。至今已有多達一百二十億部Wi-Fi產品出貨，2016年預期將再增加三十億部，而可在2.4GHz和5GHz頻段運作的雙頻裝置出貨量也將較去年增加，整體Wi-Fi市場成長力道依舊不減。

　　因應Wi-Fi技術已被廣泛采用，Wi-Fi聯盟已擬定好今年的技術發展藍圖，包括將增加Wi-Fi效能和網絡容量，以及提供符合各種應用和市場多元連接需求的獨特能力。

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　　WiGig（802.11ad）

　　在Wi-Fi聯盟公布的2016年技術藍圖中，WiGig（802.11ad）即是一大發展重點。該聯盟指出，2016年WiGig市場將顯著成長，該技術將可與802.11ac技術互補，為室內連接帶來多重Gigabit（Multi-Gigabit）的傳輸效能，促成如超高解析度（4K UHD）影像多重/同步串流等應用。未來，可支援2.4GHz、5GHz及60GHz的三頻裝置將提供最佳Wi-Fi效能，滿足愈來愈嚴苛的使用情境。

圖一

　　在這里，我們來詳細介紹一下WiGig。

　　首先我們要了解一下關于IEEE 802.11的概念。IEEE 802.11是現今無線局域網通用的標準，它是由國際電機電子工程學會（IEEE）所定義的無線網絡通信的標準。其中定義了媒體訪問控制層（MAC層）和物理層。

　　物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種擴頻作調制方式和一種紅外線傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個設備可以自行構建臨時網絡，也可以在基站（Base Station， BS）或者接入點（Access Point，AP）的協調下通信。為了在不同的通訊環境下獲取良好的通訊質量，采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）硬件溝通方式。

　　后來補充了兩個版本，802.11a和802.11b。前者定義了一個在5GHz ISM頻段上的數據傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，后者則定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數據傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。

　　802.11ad，也就是無線千兆聯盟（英語：Wireless Gigabit Alliance，縮寫為WiGig），是一個致力于推動在無執照的60 GHz頻帶上，進行數千兆位元（multi-gigabit）速度的無線裝置資料傳輸技術。

　　802.11ad主要用于實現家庭內部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。802.11ad拋棄了擁擠的2.4GHz和5GHz頻段，而是使用高頻載波的60GHz頻譜。由于60GHz頻譜在大多數國家有大段的頻率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技術的支持下實現多信道的同時傳輸，而每個信道的傳輸帶寬都將超過1Gbps。據

　　了解802.11ad的載頻60GHz，速度是7Gbps。同時，802.11ad也面臨技術上的限制。

　　比如：60GHz載波的繞射能力很差，而且在空氣中信號衰減很厲害，其傳輸距離、信號覆蓋范圍都大受到影響，這使得它的有效連接只能局限在一個很小的范圍內。

　　在理想的狀態下，802.11ad最適合被用來作為房間內各個設備之間高速無線傳輸的通道。在整合802.11s和802.11z的基礎上，802.11ad完全可以用來實現設備之間的文件傳輸和數據同步，速度將比第二代藍牙技術快1000倍以上。當然，802.11ad最主要的用途還是用來實現高清信號的傳輸。

　　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??；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。

　　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：

　　圖2 各國在60GHz頻段的可用頻譜

　　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

　　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。

　　IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的MAC層

　　IEEE 802.11ad規范的MAC層的新功能能夠支持先進的使用模式，促進與Wi-Fi網絡整合，可降低功耗，并可提供強大的安全保護。

　　1）MAC架構

　　如圖3所示，IEEE 802.11ad規范定義了一個新的MAC架構，使得兩個設備能夠彼此間直接通信，從而開發出一些新的功能（如快速同步兩臺設備，以及向投影儀或電視機發送音視頻數據等）。此外，IEEE 802.11ad規范還支持現行的802.11網絡架構。

　　圖3 IEEE 802.11ad規范的MAC架構

　　2）用戶體驗提升技術

　　從圖2可見，IEEE 802.11ad的MAC實現了在60 GHz頻段連接不可用的情況下向2.4 GHz或5 GHz Wi-Fi的無縫回退，從而可極大提升用戶體驗（比如，在設備從60 GHz切換到頻率較低的Wi-Fi信道的情況下，使用Wi-Fi/WiGig集成設備的用戶將能夠繼續享受無中斷連接。用戶不但能夠體驗到高性能，而且還將能夠自動利用60 GHz頻段帶來的額外速率）。

　　3）電源管理技術

　　WiGig CERTIFIED設備將可利用一種新的預定訪問模式來降低功耗：通過定向連接互相通信的兩臺設備可以預定它們進行通信的時間段，在這些時間段期間，設備開始休眠。這種先進的功能使設備能夠更精確地根據實際流量負負荷進行電源管理——這一點對于手機和其他手持式電池供電設備而言尤其重要。

　　4）安全技術

　　IEEE 802.11ad規范建立在IEEE 802.11標準定義的強大安全機制之上，WiGig CERTIFIED設備的加密功能基于政府級高級加密標準AES，并且可以在硬件中實施以實現高性能和高效率。

　　802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的協議適配層（PAL）

　　如圖4所示，IEEE 802.11ad規范的協議適配層（PAL）允許以無線方式實施在MAC層和PHY層上直接運行的一些標準接口：

　　圖4 IEEE 802.11ad規范的協議適配層

　　1）音頻/視頻：WiGig顯示擴展（WDE）

　　WDE支持無線傳輸視聽數據（如從計算機或數碼相機向電視機或投影儀傳輸電影）。這種PAL支持HDMI和DisplayPort接口以及用于保護通過這些接口傳輸的數字內容的高帶寬數字內容保護（HDCP）方案的無線實施。它的擴展性允許它既可以傳輸壓縮視頻，也可以傳輸非壓縮視頻。

　　2）輸入/輸出PAL：WiGig總線擴展，WiGig SD擴展，和WiGig串行擴展

　　輸入/輸出PAL定義了在60 GHz頻段上廣泛使用的計算機接口的高性能無線實施。目前定義的I/O協議PAL）共有三種：WiGig總線擴展（PCIe）、WiGig SD擴展（安全數字I/O）、以及WiGig串行擴展（USB）。

　?。?）WiGig 總線擴展

　　在計算機內部，PCIe通常用于將CPU和內存連接到可支持存儲、網絡卡和其他接口的I/O控制器。此外，它也可以用來連接到媒體和視覺處理器，以提高圖像質量或對CPU進行卸載處理。PAL的實施可支持設備之間的多吉比特無線同步，以及與存儲和其他高速外圍設備的連接。

　?。?）WiGig SD 擴展

　　SD存儲卡被廣泛用于移動設備，以進行各種文件的存儲，如文檔，圖片，以及音視頻內容。WiGig SD 擴展被用于從主設備訪問安裝在遠程設備上的SD存儲卡，比如從筆記本電腦上訪問智能手機上的SD存儲卡。WiGig SD 擴展適合資源有限的電池供電的設備，因為其為方便存儲訪問而優化了實施過程，并且文件傳輸速度可達數十億位元，同時可顯著節約能耗。

　?。?）WiGig 串行擴展

　　USB通常被用來將外圍設備和其他設備連接到主機。這種USB PAL可支持USB設備之間的無線連通，并促進諸如USB擴展之類的產品的開發。WiGig串行擴展已經從Wi-Fi 聯盟移交到USB-IF，用作無媒介限制串行總線規范的基礎。