60GHz频段技术日渐茁壮 802.11ad落实超高速无线互连 解决方案, 技术, 无线, 开发

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当今数字世界所面临的严峻考验不外乎为数据处理、储存和传输。随着支持全高清(FHD)视频流媒体和4K视频的移动设备逐渐成为主流，消费者对数据带宽的需求仍持续成倍数增长。

现阶段，第三代通用串行总线(USB 3.0)和以太网络(Ethernet)等有线数据接口已达到Gbit/s的传输速率，但在无线传输方面，2.4GHz和5GHz的无线局域网络(Wi-Fi)技术，目前所在频段早已非常拥挤且难以扩展。

有鉴于此，应用60GHz非授权频段的802.11ad无线解决方案开发需求遂浮出水面，其可提供具备数千兆数据带宽的宽带网络，为满足未来消费者需求的理想选择。在此为不熟悉频段规范的读者特别说明，非授权频段是由当地频段监管机构提供，使用者无需缴纳监管授权费。Wi-Fi可在2.4GHz、5.0GHz及新的60GHz非授权频段上运作。

实现三频Wi-Fi愿景　802.11ad开拓无线应用
以数千兆位Wi-Fi闻名的IEEE 802.11ad标准于2012年12月发布，提供高达7Gbit/s的无线数据传输速率。最近，业界暨Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)及其合作伙伴推广802.11ad后，相继开始运用802.11ad所带来的千兆位容量于各式新型无线互连解决方案。

802.11ad可解决频段拥挤的问题，同时改善设备的外观工业设计并提供较其他无线技术更佳的用户体验。首先是新一代2.4GHz/5.0GHz/60GHz三频Wi-Fi无线网络，可将无线互连的速率容量提升至千兆位，创造新的室内无线体验；消费者可使用支持802.11ad的智能手机连接到无线连接点(Access Point)，并与其他支持802.11ad的设备如平板电脑、笔记本电脑、显示器、网络储存服务器(NAS)等交换数据(图1)。如此一来，消费者不用长时间等待，仅需数秒即可导入完整的媒体库或下载一部完整的电影。


图1　三频Wi-Fi应用情境图

与此同时，802.11ad将使移动体验更上一层楼。随着智能手机、平板电脑等移动设备效能媲美PC，用户仅须携带移动设备，透过无线网络连接至更大或多个显示器、键盘、鼠标和可扩展性磁盘驱动器的基座即可随时进行工作(图2)。移动设备和基座间的所有信息可透过802.11ad千兆无线连接传输。


图2　无线扩充基座应用概念图

由此可见，使用移动设备实现所有运算、互联网、娱乐和游戏功能的时代已经来临，未来802.11ad将为无线连接市场带来许多机会，无论是用于实现办公室内的无线桌面PC体验或是家庭4K视频流。

此外，旅客在旅途中还可享受卓越的同步与移动情境体验，如使用支持802.11ad的设备将数据快速备份至主机或在登机前从信息服务站下载一部电影，抑或是与朋友分享文件(图3)。802.11ad的千兆位数据传输量可使设备仅需数秒即可完成文件传输，节省时间以处理更为重要的事务。

图3　设备对设备高速数据分享
60GHz应用渐具雏型　802.11ad芯片扩大亮相
随着802.11ad应用情境日益明朗，通讯芯片商也开始展开技术和产品布局。例如，SiBEAM即已提供三款支持802.11ad的组件，包括802.11ad的媒体访问控制层(MAC)/基带处理器SB6501、适合移动设备(直流电池供电)应用的60GHz射频收发器SB6510，以及固定设备(交流电源)的60GHz射频收发器Sil6312；同时SB6501提供双天线阵列，可增强连接主流系统单芯片(SoC)平台所需的无线稳定性并实现更灵活的数据接口。

现阶段，市面上大多802.11ad芯片均内建关键射频电路及多种内置天线，以提供优异的无线性能、稳定性及极佳的设计灵活性，并支持从移动设备、网络设备至显示器等不同的大小设备；同时可让原始设备制造商(OEM)依不同应用选择和增添MAC/基带处理器和射频芯片组。

以消费性电子类的移动应用来说，用户会以水平或垂直的方式手持设备，OEM厂商可选择为设备添加第二个802.11ad SB6510射频IC，以加强天线密度进而增强无线连接的稳定性。至于以交流电源方式供电的无线传输产品，如电视机、无线路由器或储存设备等，系统业者则可采用支持交流电供电的802.11ad芯片。

最新的802.11ad射频芯片组在单一组件中整合功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)与多个相位阵列天线。以SiBEAM的802.11ad方案为例，其专利的内置天线整合在基带处理器中，由自适应波束形成(Beamforming)和控制算法独立控制，可提升无线连接性能和稳定性。

有别于2.4GHz和5GHz Wi-Fi频段，60GHz频段上波束形成和控制功能在保持链路性能和稳定性方面扮演更重要的角色。基带和天线阵列协同工作，在两个持续通讯的设备间「形成」和「控制」波束，两个互通的设备间随时与多个天线阵列互连，仅使用一条链路进行传输和接收数据；如果工作中的链路突然中断，即会启用另一条已建立的链路，以保持无线连接不中断。上述所有功能皆能透过市面上最新的802.11ad解决方案实现，对用户来说十分简易。
另一方面，802.11ad射频芯片亦须支持USB 3.0和PCIe 1.0接口，以与主流应用处理器连接；目前相关芯片商正积极开发802.11ad参考设计及标准设计模块，进而帮助系统制造商在短时间内即可将802.11ad功能增添至其平台上，并适用于不同的设备。

随着每年智能手机的出货量逾十亿支，且越来越多设备成为物联网(IoT)的一环，Wi-Fi在过度拥挤的2.4GHz和5GHz频段上带宽不够使用的情况只会变得更糟，因此，包括OEM厂商、网络营运商、解决方案提供商及本地监管机构等无线产业成员都在积极寻找如60GHz等其他频段来扩展服务。

消费者更是期盼新一代无线技术能一举解决Wi-Fi频段拥挤的问题，并提供全新的用户体验。目前通讯产业供应链已看到802.11ad技术的潜力且着手推出相关解决方案，将能为移动、PC、网络和消费性电子市场的客户提供最具成本优势的802.11ad设计。