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一文看懂IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)技能

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

Wi-Fi路由器在近几年逐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咱们周围的它们,它们是一种答应电子设备衔接到一个无线局域网(WLAN)的技能,一般运用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。衔接到无线局域网一般是有密码维护的;但也但是敞开的,这样就答应任安在WLAN范围内的设备能够衔接上。

Wi-Fi是一个无线网络通讯技能的品牌,由Wi-Fi联盟所持有。意图是改进依据IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把运用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。乃至把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)技能,在2013年,Wi-Fi联盟正式发布WiGig CERTIFIED 认证标识(如图1所示)并宣告相关产品将于下一年入市,还宣告将经过职业协作来推进60GHz技能的开展。


笔者在具体地学习完WiGig(60GHz Wi-Fi)相关的技能标准后,觉得比较于现在的几种Wi-Fi,WiGig/IEEE 802.11ad设备在多媒体运用方面具有高容量、高速率(PHY选用OFDM计划时最高传输速率可达7 Gbps、选用单载波调制计划时最高传输速率可达4.6Gbps)、低推迟、低功耗(原由于:①Wi-Fi联盟要求一切WiGig CERTIFIED产品有必要支撑单载波调制计划;②IEEE 802.11ad的MAC能依据设备的实践流量负荷来实时地进行电源办理;③协议适配(现在界说了A/V协议适配和I/O协议适配)直接在PHY与MAC之上运转,可最大极限地下降功耗)、芯片规划与制作的复杂度低(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(选用AES加密,并可经过硬件完成之)、用户体会更好(PHY支撑多频段切换与操作,MAC支撑11n、11ac的MAC及办理MAC)等杰出优势。

以下为WiGig/IEEE 802.11ad的具体介绍:

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

数字多媒体内容的广泛遍及与运用促进人们对无线衔接技能进行持续立异。商场对高速率、高容量、低推迟传输的需求推进了可与传统Wi-Fi功用相弥补的新技能的开展——这一新技能——WiGig,选用60 GHz频段来完成高达7 Gbps的传输速率,以支撑各类先进的运用。

依据IEEE 802.11ad标准的WiGig技能开端由WiGig(无线吉比特联盟)主导开发。IEEE 802.11ad标准是对可支撑在60GHz频段上进行多个吉比特无线通讯的802.11标准所做的修订。WiGig MAC/PHY 标准在2010年被WiGig移交给IEEE 802.11ad标准化使命组,并于2010年5月被确以为802.11ad标准草案的根底。2012年年末,802.11ad取得IEEE同意。

2013年,WiGig联盟与Wi-Fi联盟兼并,强化了Wi-Fi联盟内部一切技能与认证开发作业,带来了严密和谐的衔接与运用层解决计划。现在,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。该计划估计于2014年开端进行产品可互操作性测验,取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技能可对Wi-Fi技能构成弥补,然后拓宽到新的运用,而且更全面地为完成Wi-Fi联盟的产品在不运用电线或电缆的情况下进行无缝衔接的愿景而尽力。”

2、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的技能特色

WiGig技能运用60 GHz频段,与2.4 GHz和5 GHz两种频段比较,60 GHz频段有更多频谱可供运用,然后经过运用低功率调制计划有更宽的信道来支撑高达7 Gbps的更快数据传输速率,因而十分合适室内衔接,以支撑具有严苛要求的包含视频在内的多媒体运用。

WiGig/IEEE 802.11ad标准的主要特色包含:最大极限地进步功用;将施行的复杂度与本钱降至最小;与现有Wi-Fi技能相和谐;供给先进的安全维护。

这些主要功用包含:

1)支撑高达7 Gbps的数据传输速率;

2)一起的规划支撑比方手机等低功耗手持设备以及比方电脑等高功用设备,还选用了先进的电源办理技能;

3)设备能够透明地切换于在恣意频段(包含2.4 GHz、5 GHz和60 GHz)上运转的802.11网络之间;

4)支撑波束赋形,可最大极限地进步信号强度,并可在10米之外的间隔完成杰出通讯;

5)运用AES加密算法中的Galois/Counter Mode来进行安全维护;

6)支撑HDMI、DisplayPort、USB和PCIe的高功用无线施行。

3、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的物理层

1)频谱与信道


60 GHz频段无需取得授权,并被广泛运用。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频段要丰厚得多——一般为7 ~8GHz频宽。与,60GHz频段也被划分为多条信道——802.11ad标准界说了四条信道,每条信道宽度为2.16 GHz。

2)调制与编码

IEEE 802.11ad标准支撑两种类型的调制和编码计划:

1)OFDM。答应的最大传输速度高达7 Gbps;

2)单载波。功耗较低,因而更合适于小型低功耗手持设备。单载波计划支撑的传输速度最高为4.6 Gbps。

这两种调制计划具有一些一起的要素(比方前导码和信道编码等),这就下降了施行的复杂度。

据悉,在将来,一切的WiGig CERTIFIED设备都有必要支撑单载波调制,某些设备还有必要支撑OFDM。

4、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的MAC层

IEEE 802.11ad标准的MAC层的新功用能够支撑先进的运用形式,促进与Wi-Fi网络整合,可下降功耗,并可供给强壮的安全维护。

1)MAC架构

如图3所示,IEEE 802.11ad标准界说了一个新的MAC架构,使得两个设备能够彼此间直接通讯,然后开宣布一些新的功用(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标准还支撑现行的802.11网络架构。


2)用户体会进步技能

从图2可见,IEEE 802.11ad的MAC完成了在60 GHz频段衔接不可用的情况下向2.4 GHz或5 GHz Wi-Fi的无缝回退,然后可极大进步用户体会(比方,在设备从60 GHz切换到频率较低的Wi-Fi信道的情况下,运用Wi-Fi/WiGig集成设备的用户将能够持续享用无中止衔接。用户不光能够体会到高功用,而且还将能够主动运用60 GHz频段带来的额定速率)。

3)电源办理技能

WiGig CERTIFIED设备将可运用一种新的预订拜访形式来下降功耗:经过定向衔接相互通讯的两台设备能够预订它们进行通讯的时间段,在这些时间段期间,设备开端休眠。这种先进的功用使设备能够更精确地依据实践流量负负荷进行电源办理——这一点关于手机和其他手持式电池供电设备而言特别重要。

4)安全技能

IEEE 802.11ad标准建立在IEEE 802.11标准界说的强壮安全机制之上,WiGig CERTIFIED设备的加密功用依据政府级高档加密标准AES,而且能够在硬件中施行以完成高功用和高效率。

5、IEEE 802.11ad(60 GHz Wi-Fi)的协议适配层(PAL)

如图4所示,IEEE 802.11ad标准的协议适配层(PAL)答应以无线方法施行在MAC层和PHY层上直接运转的一些标准接口:


1)音频/视频:WiGig显现扩展(WDE)

WDE支撑无线传输视听数据(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支撑HDMI和DisplayPort接口以及用于维护经过这些接口传输的数字内容的高带宽数字内容维护(HDCP)计划的无线施行。它的扩展性答应它既能够传输紧缩视频,也能够传输非紧缩视频。

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

输入/输出PAL界说了在60 GHz频段上广泛运用的计算机接口的高功用无线施行。现在界说的I/O协议PAL)共有三种:WiGig总线扩展(PCIe)、WiGig SD扩展(安全数字I/O)、以及WiGig串行扩展(USB)。

(1)WiGig 总线扩展

在计算机内部,PCIe一般用于将CPU和内存衔接到可支撑存储、网络卡和其他接口的I/O控制器。此外,它也能够用来衔接到媒体和视觉处理器,以进步图画质量或对CPU进行卸载处理。PAL的施行可支撑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衔接。

(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拜访安装在长途设备上的SD存储卡,比方从笔记本电脑上拜访智能手机上的SD存储卡。WiGig SD 扩展合适资源有限的电池供电的设备,由于其为便利存储拜访而优化了施行进程,而且文件传输速度可达数十亿位元,一起可明显节省能耗。

(3)WiGig 串行扩展

USB一般被用来将外围设备和其他设备衔接到主机。这种USB PAL可支撑USB设备之间的无线连通,并促进比方USB扩展之类的产品的开发。WiGig串行扩展现已从Wi-Fi 联盟移交到USB-IF,用作无前言约束串行总线标准的根底。

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