一起來(lái)學(xué)802.11物理層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（11ad-DMG-1）

IEEE 802.11-2020的第20章是有關(guān)Directional multi-gigabit (DMG) PHY specification的內(nèi)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(dá)數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)吞吐速度；

01、11ad的發(fā)展歷程

追根溯源的話，要說(shuō)到Wireless Gigabit Alliance，由這個(gè)聯(lián)盟首先于2009年發(fā)布了WiGig，就是11ad的前身，后來(lái)移交給IEEE進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，到了2012 年12 月802.11ad的修正案獲得IEEE批準(zhǔn)，將Wi-Fi帶入到毫米波領(lǐng)域。2013 年，Wireless Gigabit Alliance關(guān)閉，被大家熟知的WFA（Wi-Fi Alliance）接管。然后，"Wi-FI CERTIFIED WiGig"成了Wi-Fi聯(lián)盟的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其MAC/PHY 規(guī)范與 802.11ad 標(biāo)準(zhǔn)完全一致。下面是詳細(xì)的發(fā)展歷程：

2009.01

在 IEEE，VHT 研究小組開(kāi)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(shù)公司聯(lián)合成立了Wireless?Gigabit Alliance(WiGig聯(lián)盟) ，這個(gè)組織的任務(wù)就是為了定義 60 GHz 頻段的無(wú)線規(guī)范。

2009.12

WiGig 規(guī)范 1.0 版本發(fā)布。支持 7 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

2010.05

Wi-Fi 聯(lián)盟與 WiGig 聯(lián)盟建立合作伙伴關(guān)系。這就意味著60 GHz頻段的Wi-Fi 產(chǎn)品將會(huì)成為可能。Wi-Fi 聯(lián)盟承諾研究 WiGig 規(guī)范，并可能對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證。

2012.12

作為整個(gè) IEEE 802.11 的修正案，IEEE 802.11ad-2012發(fā)布，題目是"增強(qiáng) 60 GHz 頻帶的VHT"。隨后于 2014 年 3 月進(jìn)行了修訂。

2013.03

經(jīng)過(guò)兩年的合作，Wi-Fi 聯(lián)盟和WiGig合并。產(chǎn)品認(rèn)證，將由 Wi-Fi 聯(lián)盟負(fù)責(zé)。

2016.01

在2016國(guó)際消費(fèi)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(shù)據(jù)傳輸速率為 4.6 Gbps。在沒(méi)有 802.11ad 的地方，它還支持 a/b/g/n/ac 標(biāo)準(zhǔn)。有八根用于波束成形的天線。內(nèi)部使用兩個(gè)高通Atheros 芯片，一個(gè)用于舊標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)用于 802.11ad。在 CES 2016 上，宏基也展示了支持 802.11ad 的 TravelMate P648產(chǎn)品。

2016.10

Wi-Fi 聯(lián)盟開(kāi)始對(duì)采用與 802.11ad 標(biāo)準(zhǔn)（又稱 WiGig）兼容的無(wú)線模塊的產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)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(huì)看到10種說(shuō)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(lái)看ITU關(guān)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(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）應(yīng)用：為工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、家庭或類(lèi)似目的而設(shè)計(jì)的產(chǎn)生和使用本地?zé)o線發(fā)射能量的設(shè)備或裝置的操作，不包括電信領(lǐng)域的應(yīng)用。

借著這個(gè)機(jī)會(huì)，我們來(lái)了解一下ITU-R《無(wú)線電規(guī)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(guó)家以外的1區(qū)；
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(yīng)該是61-61.5GHz，但根據(jù)802.11-2020的標(biāo)準(zhǔn)，DMG的使用頻段如下，便心生疑問(wèn)：61-61.5 GHz的500MHz帶寬還不夠一個(gè)信道的使用：

• 美國(guó)：根據(jù)附錄E表格，starting?frequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：1，2，3，4，5，6；所以說(shuō)頻率范圍：56.16～69.12 GHz；
• 歐盟：starting?frequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：1，2，3，4；所以說(shuō)頻率范圍：56.16～64.8 GHz；
• 日本：同歐盟
• 中國(guó)：starting?frequency是56.16GHz，帶寬為2.16GHz，信道集合：2，3；所以說(shuō)頻率范圍：58.32～60.48 GHz；

這里需要注意的是，以上僅是IEEE標(biāo)準(zhǔn)上提供的以前的頻率情況，只能說(shuō)頻率如何使用一直都處于動(dòng)態(tài)變化之中，所以包括本文在內(nèi)，都只能說(shuō)給大家做個(gè)參考，沒(méi)有一定，因?yàn)轭l率必須始終根據(jù)各個(gè)國(guó)家和地區(qū)最新的法規(guī)政策來(lái)執(zhí)行。

雖說(shuō)在《無(wú)線電規(guī)則》中并未發(fā)現(xiàn)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(wú)線電系統(tǒng)的頻率劃分情況，可以看到55-66GHz的頻段已經(jīng)在射電天文、衛(wèi)星間、無(wú)線電定位、航空移動(dòng)業(yè)務(wù)電臺(tái)、機(jī)載雷達(dá)等方面在使用。我們摘抄一下，僅作為對(duì)頻率劃分工作的復(fù)雜性的一個(gè)了解吧：

5.556

在 51.4-54.25 GHz、58.2-59 GHz 和 64-65 GHz 頻段，可根據(jù)本國(guó)安排進(jìn)行射電天文觀測(cè)。（WRC-2000）

5.556A

衛(wèi)星間業(yè)務(wù)使用 54.25-56.9 GHz、57.0-58.2 GHz 和 59.0-59.3 GHz 頻段，限于對(duì)地靜止衛(wèi)星軌道中的衛(wèi)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(dòng)業(yè)務(wù)。（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(wú)線電定位業(yè)務(wù)。（WRC-97）

5.557A

在 55.78-56.26 GHz 頻段，為了保護(hù)衛(wèi)星地球探測(cè)（無(wú)源）業(yè)務(wù)電臺(tái)，固定業(yè)務(wù)電臺(tái)發(fā)信機(jī)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(dòng)業(yè)務(wù)電臺(tái)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(duì)衛(wèi)星間業(yè)務(wù)造成有害干擾（見(jiàn) 5.43 款）。（WRC-2000）

5.559

無(wú)線電定位業(yè)務(wù)的機(jī)載雷達(dá)可以在 59-64 GHz 頻段工作，但不得對(duì)衛(wèi)星間業(yè)務(wù)造成有害干擾（見(jiàn) 5.43 款）。（WRC-2000）

03、11ad的頻率衰減及使用場(chǎng)景

關(guān)于11ad的頻率，還有一點(diǎn)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(jiàn)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(jiàn)，60GHz更加適用于短距離的通信場(chǎng)景。

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

根據(jù)上面的分析，加之60GHz毫米波通信的特點(diǎn)是準(zhǔn)光學(xué)的傳播行為，即接收信號(hào)主要來(lái)自視線（LOS）路徑和強(qiáng)反射材料的一階反射。例如，金屬表面是強(qiáng)反射體，允許NLOS。另一方面，墻體等混凝土材料會(huì)造成額外的龐大的信號(hào)衰減。因此，60GHz 通信更適用于有足夠反射器的室內(nèi)環(huán)境。如下圖（a）和（b）所示，為5G+60GHz相結(jié)合的兩個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景舉例。

根據(jù)WFA，WiGig 產(chǎn)品的常用場(chǎng)景包括?：

• 智能手機(jī)、筆記本電腦、投影儀和平板電腦等設(shè)備之間的無(wú)線對(duì)接；
• 多部超高清視頻和電影的并發(fā)流；
• 更身臨其境的游戲、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)；
• 快速下載高清電影；
• 便捷的公共信息亭服務(wù)；
• 更輕松地處理企業(yè)中的帶寬密集型應(yīng)用