WiGig高速无线网络技术解析

　　同样是“千兆无线网络”，WiGig的出现显比Wi-Fi进化而来的802.11ac更加引人关注。相比中庸的802.11ac，WiGig彻底放弃了对无线信号覆盖能力的追求，走向了追求极限传输速度的极端。在一舍一得间，WiGig并没有因为覆盖能力的弱势而被摒弃，反而是凭借7Gb/s起步的极高速度展现出令人神往的魅力。

　　Marvell技术战略高级总监Sameer Bidichandani表示：“基于60GHz的NiGig无线技术是另人兴奋的室内干兆级无线技术，提升了终端用户的使用体验，它有能力帮助用户进一步减少设备的线缆数量。我们期待与Wilocity的合作，向市场推出前沿的与现有的数亿Wi-Fi设备相兼容的干兆级无线通信产品。”

　　Marvell是业内著名的嵌入式控制器方案供应商，其产品覆盖了存储、通信和消费电子等各领域，它的战略发展重心无疑是市场未来的热门方向。而Wilocity则是最早开始设计、开发干兆无线网络的公司，其投资者包括Marvell、思科、高通和硕联合等业界领导型的大公司。两者重点强调基于WiGig技术和的合作，足见业内对NiGig技术的重视和期待。

　　且不说MarveII~DWilocity酌合作，就Marvell技术战略高级总监Sameer Bidichandani的发言我们至少能看出业界对NiGig的前景极为看好，而且也已经隐隐约约向我们透露了WiGig能给我们生活带来的巨大变化——高速无线性能+显著减少线缆数量。以往如VVi+i无线网络等技术已经让我们感受到了丢掉网线的便利，WiGig将这一特性拿出来说事是不是显得过时？倘若你的认知依1日停留在无线网络只能帮我们丢掉网线，那么我只能告诉你这已经不适用于WiGig了l与其说NiGig是下一代高速无线网络技术，不如称它为未来的高速无线互联技术。这个神秘的技术究竟神奇在哪？让我们在此一窥究竟…

　　没有人能否定IEEE在无线传输领域的地位，历代IEEE标准都在稳步地推动无线通行产业向前发展。同时，作为非营利性组织的IEEE(电气和电子工程师协会)，也一直保持着中立公正的地位，帮助行业尽可能地提升各家产品间的兼容性。因此，通信厂商的产品是否支持IEEE标准，已经成为它能否正常在市场中使用的一个衡量标准。反过来说，一种技术手段是否已经被大多数厂商认可，完全可以看它是否已经成为IEEE的标准。

　　就在去年1月，在我们还满心期待802.-1 -lac无线技术能进一步升级，并尽快普及的时候，IEEE低调地发布了一个全新的无线连接标准-IEEE 802.1-lad。而这也是NiGig联盟正式获得IEEE认可的标志，802.-1-lad成为WiGig第一个正式的行业标准，它规范了基于该技术的MAC/PHY层设计，最大程度地保障各家产品的相互兼容性。更令人吃惊的是接下来NiFi联盟的表现，它并没有如我们所期待的那样快速推进802.-llac技术的发展，以获得未来的竞争优势，802.-lilac依1日停留在几年前的最高3xMIMO、1300M b/s的水平。反而是基于802.1 ilad的WiGig凭借出色的性能表现，获得了VVi-Fi联盟的青睐。以至于Wi-Fi联盟也屈身抛来橄榄枝，想联合业内巨头一并将它推向下代无线网络技术内定接班人的地位。WiGig究竟何物；竟能在竞争激烈的无线通信领域获得如此待遇？

　　高速

　　简单点说，NiGig是一种超高速度的无线连接技术，它使用的无线频段是各国通信领域较少涉及的60GHz频段。这让WiGig设备拥有丰富的频段内频道空间，很少会受到其他设备的干扰。更重要的是，60GHz频段带来的超高频宽，配合上先进的协议适应层(PAL：Protocol Adaption Layers)，赋予了WiGig技术7G b/s起步的“恐怖”速度。未来，利用802.-11在过去十年中积攒起来的提高频段性能的所有技术（如信道绑定、多M I M O和更高的QAM调制，NiGig甚至能实现高达100Gb/s的无线连接速度。

　　相比起来，当前的802.-1-lac主流的规格是3xMIMO、80MHz信道频率@1300M b/s的速度。就算按照理论设计的上限，802.-1-lac能够通过最高8xMIMO、256QAM调制和绑定4个40 MHzf言道组成1 60MHz信道频段来实现高达6.9G b/s的速度。但在802.1 lad看来，却依1日小气，还不到其在64QAM调制下，单个信道实现的7Gb/s速度快。

　　超mini的天线阵列

　　更恐怖的是，相比802.-1-ln／ac．WiGig拥有更充裕的扩展空间。因为全新的设计让VViGig能够在单个2.4GHz频段天线模块的相同区域内，安放32个或者更多基于60GHz频段的天线。多达32根天线的发射阵列，极易组建具有高度定向性的波束，轻易实现多个设备在同一房间中并行传播而不相互干扰。显然，这种小体积设计，也极为利于实现多MIMO技术的部署。甚至是在手机、平板等对设计空间要求极高的设备中布置足够多的天线数量，让它们摆脱以往802.-1 1 n/a c时代只能部署单一信道，完全依赖单一信道性能的窘况。

　　拒绝带宽稀释

　　就目前来看，绝大多数无线传输技术都使用了全向天线，而绝大多数的全向天线技术的用户，其实际连接的平均带宽都是总带宽除以用户数量的结果。简单点说就是稀释计算，实际带宽随用户数增多而降低。但NiGig具备一大特色技术——无感染传输。如何来理解？在我们看来你可以将它简单地理解为并发数据传输。无线数据发射端发出的数据并不具备定向性，而是广播，这则广播能被所有终端接收。举个例子，你用802.-1-lad路由器无线传播一个占用×M b/s带宽的视频，一台PC接收时总的有效带宽是xM b/s。而一台PC、一台平板再加一个手机接收时，总的有效带宽却能达到3xM b／s，变相来理解，这种无感染传输右式实际上是叠加了带宽性能。

　　节能

　　暂且不论数据在传输中需要的编码、转码处理，单就无线信号发射和天线的功率放大器消耗来说，802.-1-lad技术是当前无线技术中最为节能的。仅需要几百毫瓦的功率，就能实现几千兆／秒的无线传输；只需要0.5瓦，我们就可以建立一个完整的系统，产生20+dBm有效的全向辐射功率(EIRP)，并维持4Gb/s以上的高速。这对手机、平板电脑等对功率敏感的设备来说，无疑是非常具有吸引力的。

　　低延迟

　　客观来说，无线网络的延迟数据是个灵活的变量，跟连接距离、环境状况和障碍物息息相关，讨论起来并不容易。因此抛开复杂的实际情况，我们以最典型的房间内应用为例，90%以上的VViGig连接都具有非常低的延迟表现，通常数据在无线信道中的往返费时都不会超过1 0微秒，堪比有线网络的性能。与现有的其他无线网络技术相比，这特性极为重要。因为与有线网络延迟特性相当，你可以让系统认为你的网络线路工作在有线连接状态，借此你可以直接使用或者便利地移植为有线网络开发的各类软件。例如VViGig总线扩展(WBE)能够无线运行PCI-E总线标准，从而无缝地使用已经开发的主机控制器和设备驱动程序。很显然，这足钐吸引应用开发者，也能为用户的实际使用带来非常出色的实时特性。 其实从802.1-lac基于5GHz频率比802.-1-ln的2.4GHz频率穿墙能力弱就能看出，信道频率拔高，在带来高性能的同时也会带来信号障碍物绕过能力降低的弊端。这是因为信道频率越高，传输波长越短，而波长越短就越不容易绕过障碍物传播。因此，基于60GHz高频率的WiGig，在穿墙表现的弱势上比802.-1-lac更甚。不客气的说，NiGig几乎不具备穿墙能力。

　　这里非常容易产生一个误区，穿墙性能弱并不等于覆盖范围短。就覆盖距离来说，VViG ig在典型的同房间应用中并不存在死角问题，即使在低信号噪声比(S N R)的情况，也能在30米距离轻松实现2G b/s的高速连接。在大多在会议室，它能在65%的位置实现4G b/s以上的连接速度；80%的区域达到2G b/s；至于干兆网络(1G b/s)不说绝对，至少95%以上的位置都可以实现。实际上，这一覆盖能力比现有的任何Wi-Fi技术更好。也即是说WiGig虽不能穿墙，但却比Wi-Fi更能抵抗距离带来的信号衰减。很显然，行业内现在流行的速度／距离的覆盖能力衡量标准不能简单地用在WiGig身上。

　　凭借出色的性能表现，WiGig终于是获得了业界认可，甚至是业界具有领导地位的Wi-Fi联盟也开始觊觎它的高性能。最终在今年1月，VVi+i联盟宣布与VViGig联盟合并。至此，NiGig正式成为了业界认可的下一代无线传输的领导技术。不过，据悉VVi-Fi联盟并没有完全放弃802.-1-lac让NiGig来独当一面的打算，而是想让802.1-lad和802.-1 lac甚至802.1-ln协同作战。初步打算是让WiGig具备向下兼容802.jl-l n/ac等规范的能力，让无线信号能够在60GHz、5GHz和2.4GHz信道频率间自由转换。

　　这主要基于两点考虑，1是当前的802.1-lac技术显得越来越鸡肋，不适合作为下代高速无线的核心。2是802.-llad基本不具备穿墙能力，它需要一个低频无线技术来弥补跨障碍物传播的短板。

　　说802.11ac鸡肪，主要因为3大原因。其一，802.-1-lac技术虽说有最大8xMIMO的潜力可挖。但对芯片设计者来说，多路并发数据传输将极大提高设计难度，需要投入巨大的研发成本，包括更长的研发时间才能实现。实际情况可能如同802.-1-1n的4xM『MO规格，还没等其成熟，就已经开始了下代技术的普及。其二，倘若要挖掘最大潜力，802.-1 -lac就需要用到1 60MHz信道带宽。信道带宽过大，则很有可能落入当年802.-llg提出ChannelBonding加速机制时遇到的强干扰问题。当时802.1lg基于2.4GHz频段，若以20MHz为信道带宽，只允许在相同覆盖面积内开启3个相互无干扰的信道，若有第4个信道要建立，就会产生干扰。就目前各国频谱配置状况来说，即便是基于5GHz频段的802.-llac，也只允许开通最多2个-160M Hz信道，如果要在相同覆盖范畴内开启第3个，就会有相互干扰的疑虑。虽说802.1-lac的信道带宽具有较大弹性，可选择20/40/80/160M Hz，必要时可缩减信道带宽，避开干扰问题，但同时也会显著降低性能。就此看，全速的80.21-lac突破3xMIMO都困难。

　　其三，孰如我们前文所说，就算最后通过各种努力，将802.-llac性能挖掘到极限，其理论速度也就6.9G b/s，依1日不及802.-llad起步的7G b/s。更重要的是，802.-1-lac的最多8组天线并不能设计成单一收发模式，而是至少2组以上的收发模式。也就是说单收发状态802.-llac最大支持4组天线，最高速度为3.39Gb/s，勉强满足Full HD不压缩内容的传输需求，如果再加上防拷机制协议或其他传输保护协议，恐怕就心有余而力不足。

　　这三个问题在802.-1 lad上并不存在，满足Full HD无压缩传输不难，通过进一步发展满足4K超高清都不是问题。但它依1日需要2.4GHz或5GHz频段相对出色的“穿墙”性能，以应对实际生活中复杂的使用环境。所以802.1-lad与802.-1-ln/ac的协同作战才是目前最稳妥的方案。

　　WiGig最大的特色在于使用60GHz信道频段，但实际上它并不是唯一使用该频段作为基础的无线技术。在此之前，NirelessHD已经实现了基于60GHz技术的无线显示技术，并展示、发售了相关产品。M C早在3年前就做过相关WirelessH D的技术解析和产品介绍，然而时过境迁，WirelessHD并没有获得更广泛的认可，没能持续获得成功。究其原因，并非按术不够成熟，而是这种技术并非一种公认的行业标准，而是掌握在极少数公司手上的封闭式技术，难以在业界大规模推广。而少数公司的特殊产品线，也很难获得消费者的广泛认可，也就不能刺激这种技术进一步发展和普及。

　　60GHz频段使得WiGig的传输距离以及穿墙性能不及Ni-Fi，但WiGig的波束成形技术带来的带宽叠加、高速、低延迟特性赋予了VViGig更丰富的应用范围，尤其是对于家庭这一的短距离使用环境非常适合。想象—下我们使用支持V
iGig技术的数字电视、PC、平板电脑乃至手机上相互无线高速传输，体验画面的同步显示该是多么棒的事儿。借助高带宽和低延迟特性，我们完全能期待VViGig将显示器的视频线都取而代之。事实上除了数据带宽和延迟性能达标，WiGig联盟也早已未雨绸缪得解决了无线视频应用有可能会遇到的协议问题。WiGig联盟早在2011年就拟定了VViGig DisplayExtension (WDE)显示器协议适配层。2012年更是进一步与视频电子标准协会(VESA)联合促进WiGigDisplayPort的认证。它允许通过WiGig无线传输DisplayPort标准，将视频输出无线化。根椐分析公司IDC的数据，今年将有89.5%的商用台式机和95%的商用笔记本电脑采用DisplayPort。很显然，能无线运行DisplayPortt办议，WiGig也就基本具备了成为未来最大的无线影视流化技术的基础。

　　当然，WiGig的优势绝不仅限于无线显示，类似的还可以联想到小型办公环境，比如替换鼠标键盘、打印机、及主机与其他设备之间的数据线。甚至可以通过中心控制器无线遥控家中的各种电器，这些都可以在以后利用VViGig来实现。另外的，类似松下研发的WiGig SD（可一分钟内实现DVD影片传输）等利用超mini天线特性，在极小设备上设计出具有高传输速度的无线分享产品也十分可期。可以说WiGig有机会靠自己出色的功耗和体积控制能力，进驻所有电子产品，成为物联网无线传输的核，D力量。用NiGig联盟的话来说：“2014年是WiGig起飞之年”，这个新兴技术能否如愿的普及和崛起？让我们拭目以待。