WiGig千兆无线技术前瞻
- 来源:微型计算机
- 关键字:千兆无线网
- 发布时间:2010-07-12 14:02
IEEE（电气电子工程师学会）的千兆无线网标准还在制定当中，WirelessHD后劲不足，而突然杀出的WiGig却大有后来者居上之势，在众多行业巨头的鼎力支持下很有可能成为千兆无线网的候选标准之一。
IEEE正在着手研发下一代的千兆网无线标准—802.11ac/802.11ad，理论传输速度将达到1Gbps，预计在2012年投入实施。不过，这一千兆网标准还没有一个清晰的脉络就已经落后了。最近，成立不久的WirelessGigabit Alliance（无线吉比特联盟）宣布，其WiGig 1.0标准的制定工作已经完成，最高传输速度将达到7Gbps（实际数据传输率接近900MB/s）。
在整个联盟成立不到一年的时间里就完成了新千兆无线网络标准的制定工作，可谓效率神速。不过，当您了解这个组织的成员之后，您就不会对这样的速度感到惊奇了。为了让该无线标准获得更多组织和公司的认可，WiGig联盟广泛吸收了业内顶尖企业的代表，其董事会成员就包括：Intel、微软、NVIDIA、诺基亚、戴尔、三星、LG、松下、东芝、NEC、联发科、Atheros、Broadcom和Ma r vel l。而贡献者级别（Contributors）的会员则有AMD、安捷伦、NXP、Realtek、意法半导体、德州仪器、Ralink和中国国家通信计量站（TMC），可以说汇聚了无线领域的几乎所有行业巨头。
新发布的WiGig 1.0标准也的确没有让人失望，它不仅数据传输率可以达到7Gbps，而且可以满足多种平台应用的需要，但主要的目标还是用于家庭内部的无线高清传输。过去用802.11n需要近一个小时才能传完的DVD，现在用WiGig则只需要15秒，对大多数无线用户来说确实非常有吸引力。不过，与之前已经发布的千兆无线技术WirelessHD等相比，新的WiGig 1.0标准和它们的区别在哪儿呢？或者说它的优势在哪儿？我们不妨先来回顾一下WirelessHD，分析一下它的优缺点。
WirelessHD技术的优势和短板
千兆无线标准的核心就是速度。
在过去的几年里，为了寻找拥有高带宽的无线频段，无数工程师绞尽脑汁，最终将目标锁定在了60GHz这个频段上。60GHz频段能够提供高达7GHz的传输速率，而且无需许可即可使用。
最先将60GHz频段实用化的是WirelessHD联盟。2006年12月，LG、松下、NEC、三星、索尼以及东芝等消费电子领域的六大巨头就共同成立了WirelessHD工作组，旨在开发一种可替代HDMI的无线数字高清传输技术，让各种高清设备如电视、影碟播放机、机顶盒、录像机、游戏机等实现高清信号的无线传输标准。随后，Intel和SiBeam两家公司加入WirelessHD工作组并成为核心开发成员，并于2008年1月30日发布了WirelessHD 1.0规范。
新规范的目标是实现短距离、高速无线传输，不过该工作组并没有采用流行的UWB（超宽带）技术，而是选择了类似Wi-Fi的传统无线传输方案。
在颁布的1 . 0 版标准中，WirelessHD可以实现如下目标：
1.最高传输速率为5Gbps（新的Wi relessHD 2.0标准已经提高到10～20Gbps），可以轻松满足多路1920×1080未压缩高清视频的传输。
而作为竞争对手的UWB采用的是压缩传输，实际传输带宽只有480Mbps（因此它算不上是千兆网技术），在实际应用中数据包和广播视频信号都必须进行压缩，否则就无法保证高清信号传输的流畅性。同时，为了实现高清信号的压缩和解压，OEM厂商还必须在系统中配置昂贵的解码器和更多的RAM，信号的压缩和解压过程也不可避免地增加了延迟，使画质受损。而WirelessHD的未经压缩的传输模式无疑具有更理想的画面保真度，这也是WirelessHD阵营坚持60GHz技术的理由。
WirelessHD联盟认为UWB技术的做法并不明智，他们需要的是一种无须压缩，并且低延迟的无线解决方案，这就意味着该技术必须具备足够的带宽，而60GHz所具有的7Gbps传输能力以及低延迟特性非常契合工作组的要求。尽管新方案功耗较高，但WirelessHD在权衡得失后还是将它作为高清无线传输的基础。
2.WirelessHD的无线传输延迟只有5～15毫秒之间，可以保证高清画面传输的流畅进行，而不会出现画面明显延迟或播放不流畅的问题。
不过，WirelessHD 1.0的缺点也很明显。由于60GHz高频频谱非常容易受到干扰（60GHz高频信号在空气中衰减比较厉害），因此尽管它提供了足够高的传输带宽，但实际的传输距离却非常短，最大传输距离只有10米，并且无法穿透墙壁，这就决定了WirelessHD只能在客厅内或房间内使用，而无法作为整个家庭联网提供无线支持。
工程师们尝试使用了高低两种信道的组合来改善WirelessHD信号传输的稳定性。高速物理层（HRP）以高数据率传输高清图像，而低速率物理层（LRP，传输速度低于100Mbps）则主要处理发射器端接收端之间的控制信号。但即使这样，WirelessHD仍然无法解决传输距离过短以及穿墙等问题，因此很多人寄希望于802.11ac/802.11ad能提供一种更完美的解决方案。不过，WiGig1.0标准出现让我们不必等到2012年。
来自WiGig的挑战针对60GHz频段易受干扰等问题，WiGig联盟在802.11规范的基础上加入了波束成形技术（B e a mForming，这一技术在802.11n规范中已经得到实用）。它可以显著改善客户端的信号接收能力，从而提供更好的数据吞吐性能。加入波束成形技术的WiGig可以智能地选择最优化的路径，从而获得最优化的数据接收能力。在该技术的支持下，WiGig联盟声称在没有障碍的情况下，WiGig 1.0标准的无线传输距离可以达到100米左右，不过实际的传输距离可能在10～20米之间，这个距离恰好可以满足家庭用户在不同房间传输无线高清视频的要求。
WiGig 1.0无线标准核心内容：
●支持高达7Gbps的数据传输速率，比802.11n的最高传输速率快十倍以上。
●作为802.11介质访问控制层（MAC）的补充和延伸，并兼容IEEE 802.11标准。
●物理层同时满足了WiGig设备对低功耗和高稳定的要求，可确保设备互操作性和以千兆以上速率通信的要求。
●协议适应层目前正在开发当中，以支持特定的系统接口，如PC外围设备的系统总线、HDTV的显示接口以及显示器和投影仪等。
●支持波束成形技术，支持10米以上的可靠通讯。
●为WiGig设备提供广泛、高级的安全和功耗管理机制。
从技术上来说，WiGig 1.0标准融合了WirelessHD和传统Wi-Fi技术的各项优点。因此，相对于WirelessHD而言，WiGig 1.0标准有着自己的优势：优势之一：可与Wi-Fi融合除了拥有接近7Gbps的传输速率之外，WiGig 1.0标准的一大优势在于它可以跟目前的Wi-Fi很好地融合。WiGig技术很大部分是由传统Wi-Fi延伸而来，因此它拥有向下兼容802.11n的能力：当用户距离AP(热点)较远，其无线连接将选择传输速度较慢但传输距离更远的频段（比如802.11n）；而当用户距离AP较近时，系统将自动切换到60GHz频段，以获得更高的连接速率。另外，在信号加密方面，WiGig设备将兼容802.11的WPA2加密算法，确保了它与现有无线网络的互联互通。
正是由于WiGig 1.0标准良好的互联互通能力，现在有一些芯片制造商和WiGig内部已经开始讨论把WiGig融入Wi-Fi标准，以弥补目前802.11规范在超高速无线标准中的缺失，其中就包括了英特尔、Broadcom和Atheros，因为它们既参与了IEEE任务组60GHz标准802.11ad的制订工作，同时也是WiGig董事会成员。“我们现在还不能称WiGig为Wi-Fi，因为它还不是，但是它与Wi-Fi的确有很多相似之处。”Broadcom高级技术总监Jason Trachewsky说：“但是如果我们能在现有的产品中加入速度更快、延迟更小的Wi-Fi接口，例如WiGig，则一定会对我们的客户产生很大吸引力。”对此，Wi-Fi联盟认证组织也不得不表示：WiGig可以作为Wi-Fi标准的一个补充，随着各种条件的成熟，Wi-Fi和WiGig将来完全有可能融合到一起。
优势之二：瞄准多平台应用
最初，WiGig技术瞄准的是家庭内部的无线高清传输市场，但是当正式的标准出台之后人们惊奇地发现，也许可以将WiGig技术应用到其它领域。除了能满足高分辨率视频信号的传输需求外，WiGig所具有的高带宽和低延迟特点也是其它几种应用的理想选择，如把笔记本电脑上的内容传输到台式机上播放和存储，以及无需电缆就能把视频从高清摄像机传输到电视上。支持WiGig标准的网卡功耗和成本和现有802.11n产品相当，因此完全可以将它移植到移动领域，比如让手机无线连接电视、电脑，传输视频、音乐或照片等，而不是仅仅局限于高清视频的传输。这预示着智能手机也是它的发展方向之一，联发科以及一众手机芯片厂商的加盟就是为了这一目的而来的。
除此之外，WiGig技术不仅仅只是面向视频和文件的传输，该标准的协议适应层目前正在发展当中，希望支持特定的系统接口，以替代HDMI或DisplayPor t，这意味着未来显卡和显示器之间也可以通过无线来进行连接，NVIDIA、AMD和Int el的齐聚WiGig就显示了这一美好前景。很多分析人士认为，因为WiGig是面向IP网络的，其背后有英特尔、Broadcom、Atheros以及其他几个最主要的消费电子产品生产商的支持，因此WiGig很有可能从现存的几个无线标准中脱颖而出。
产品化迫在眉睫
目前，WiGig联盟的首要任务就是将标准产品化，以抢占市场先机。
WiGig预计联盟成员在今年的第四季度就可以拿到该规范，但WiGig联盟没有对符合规范的产品何时能够上市做出肯定答复。不过，WiGig希望，明年能够对产品之间的通信进行测试，明年年底可以对部分产品进行认证。
为此，英特尔已经计划在其Wi-Fi芯片中提供对WiGig的支持，从而取代自己“MyWi-Fi”计划。英特尔无线PAN和毫米微波标准化负责人Al i Sad r i介绍说（他同时也是WiGig联盟的主席）：“未来‘My Wi-Fi’的频段将达到60GHz，传统的Wi-Fi仍然可以继续工作”。Atheros也认为WiGig将给他正在力推的P2P Wi-Fi技术带来潜在的好处。Atheros把WiGig技术称为直连(DirectConnect)技术，其CTO BillMcFarland表就示他希望WiGig联盟能在IEEE的802.11ad标准完成之前就开始对自己的产品进行认证。
与有线网络互补而非竞争
不过，分析人士认为，有线网络协议与WiGig之间的关系应该是相互补充而不是相互竞争。比如，WiGig可以像今天的Wi-Fi一样把有线网络延伸到每个房间。实际上，很多组织也希望沿用已有的系统。
“而且，因为房间之间有墙壁的阻隔，所以，家庭内部的无线网络并不能保证数据的稳定可靠以及高质量的传输。” HomePNA的执行主任Rich Nesin说。“我认为人们仍然需要有线网络。” Parks Associates公司的分析师Scherf说，在家庭里部署统一的多媒体网络的一个原因是这些技术通常是由服务供应商提供的，这些供应商不希望为这些目前形势不太明朗的无线网络(比如很有能与其它无线技术合并)提供技术支持。
写在最后
根据WiGig联盟的计划，WiGig模块的商业化可能要到明年才会出现。而在此之前，WiGig联盟需要完成相关产品测试和认证流程。如果能够完全按照时间表来进行，那WiGig将比802.11ad提前一步商业化，这将给IEEE形成巨大的压力。从目前的趋势来看，未来千兆无线网络标准的争夺将更加白热化，无论是WirelessHD，还是还没发布的802.11ad，都不可避免地面临WiGig的挑战。
作为后来者，WiGig不仅拥有技术上的优势，而且还有一个足够强大的后台，这些都是它能作为候选技术的重要砝码。对此，即使IEEE也不能小视。
……
IEEE正在着手研发下一代的千兆网无线标准—802.11ac/802.11ad，理论传输速度将达到1Gbps，预计在2012年投入实施。不过，这一千兆网标准还没有一个清晰的脉络就已经落后了。最近，成立不久的WirelessGigabit Alliance（无线吉比特联盟）宣布，其WiGig 1.0标准的制定工作已经完成，最高传输速度将达到7Gbps（实际数据传输率接近900MB/s）。
在整个联盟成立不到一年的时间里就完成了新千兆无线网络标准的制定工作，可谓效率神速。不过，当您了解这个组织的成员之后，您就不会对这样的速度感到惊奇了。为了让该无线标准获得更多组织和公司的认可，WiGig联盟广泛吸收了业内顶尖企业的代表，其董事会成员就包括：Intel、微软、NVIDIA、诺基亚、戴尔、三星、LG、松下、东芝、NEC、联发科、Atheros、Broadcom和Ma r vel l。而贡献者级别（Contributors）的会员则有AMD、安捷伦、NXP、Realtek、意法半导体、德州仪器、Ralink和中国国家通信计量站（TMC），可以说汇聚了无线领域的几乎所有行业巨头。
新发布的WiGig 1.0标准也的确没有让人失望，它不仅数据传输率可以达到7Gbps，而且可以满足多种平台应用的需要，但主要的目标还是用于家庭内部的无线高清传输。过去用802.11n需要近一个小时才能传完的DVD，现在用WiGig则只需要15秒，对大多数无线用户来说确实非常有吸引力。不过，与之前已经发布的千兆无线技术WirelessHD等相比，新的WiGig 1.0标准和它们的区别在哪儿呢？或者说它的优势在哪儿？我们不妨先来回顾一下WirelessHD，分析一下它的优缺点。
WirelessHD技术的优势和短板
千兆无线标准的核心就是速度。
在过去的几年里，为了寻找拥有高带宽的无线频段，无数工程师绞尽脑汁，最终将目标锁定在了60GHz这个频段上。60GHz频段能够提供高达7GHz的传输速率，而且无需许可即可使用。
最先将60GHz频段实用化的是WirelessHD联盟。2006年12月，LG、松下、NEC、三星、索尼以及东芝等消费电子领域的六大巨头就共同成立了WirelessHD工作组，旨在开发一种可替代HDMI的无线数字高清传输技术，让各种高清设备如电视、影碟播放机、机顶盒、录像机、游戏机等实现高清信号的无线传输标准。随后，Intel和SiBeam两家公司加入WirelessHD工作组并成为核心开发成员，并于2008年1月30日发布了WirelessHD 1.0规范。
新规范的目标是实现短距离、高速无线传输，不过该工作组并没有采用流行的UWB（超宽带）技术，而是选择了类似Wi-Fi的传统无线传输方案。
在颁布的1 . 0 版标准中，WirelessHD可以实现如下目标：
1.最高传输速率为5Gbps（新的Wi relessHD 2.0标准已经提高到10～20Gbps），可以轻松满足多路1920×1080未压缩高清视频的传输。
而作为竞争对手的UWB采用的是压缩传输，实际传输带宽只有480Mbps（因此它算不上是千兆网技术），在实际应用中数据包和广播视频信号都必须进行压缩，否则就无法保证高清信号传输的流畅性。同时，为了实现高清信号的压缩和解压，OEM厂商还必须在系统中配置昂贵的解码器和更多的RAM，信号的压缩和解压过程也不可避免地增加了延迟，使画质受损。而WirelessHD的未经压缩的传输模式无疑具有更理想的画面保真度，这也是WirelessHD阵营坚持60GHz技术的理由。
WirelessHD联盟认为UWB技术的做法并不明智，他们需要的是一种无须压缩，并且低延迟的无线解决方案，这就意味着该技术必须具备足够的带宽，而60GHz所具有的7Gbps传输能力以及低延迟特性非常契合工作组的要求。尽管新方案功耗较高，但WirelessHD在权衡得失后还是将它作为高清无线传输的基础。
2.WirelessHD的无线传输延迟只有5～15毫秒之间，可以保证高清画面传输的流畅进行，而不会出现画面明显延迟或播放不流畅的问题。
不过，WirelessHD 1.0的缺点也很明显。由于60GHz高频频谱非常容易受到干扰（60GHz高频信号在空气中衰减比较厉害），因此尽管它提供了足够高的传输带宽，但实际的传输距离却非常短，最大传输距离只有10米，并且无法穿透墙壁，这就决定了WirelessHD只能在客厅内或房间内使用，而无法作为整个家庭联网提供无线支持。
工程师们尝试使用了高低两种信道的组合来改善WirelessHD信号传输的稳定性。高速物理层（HRP）以高数据率传输高清图像，而低速率物理层（LRP，传输速度低于100Mbps）则主要处理发射器端接收端之间的控制信号。但即使这样，WirelessHD仍然无法解决传输距离过短以及穿墙等问题，因此很多人寄希望于802.11ac/802.11ad能提供一种更完美的解决方案。不过，WiGig1.0标准出现让我们不必等到2012年。
来自WiGig的挑战针对60GHz频段易受干扰等问题，WiGig联盟在802.11规范的基础上加入了波束成形技术（B e a mForming，这一技术在802.11n规范中已经得到实用）。它可以显著改善客户端的信号接收能力，从而提供更好的数据吞吐性能。加入波束成形技术的WiGig可以智能地选择最优化的路径，从而获得最优化的数据接收能力。在该技术的支持下，WiGig联盟声称在没有障碍的情况下，WiGig 1.0标准的无线传输距离可以达到100米左右，不过实际的传输距离可能在10～20米之间，这个距离恰好可以满足家庭用户在不同房间传输无线高清视频的要求。
WiGig 1.0无线标准核心内容：
●支持高达7Gbps的数据传输速率，比802.11n的最高传输速率快十倍以上。
●作为802.11介质访问控制层（MAC）的补充和延伸，并兼容IEEE 802.11标准。
●物理层同时满足了WiGig设备对低功耗和高稳定的要求，可确保设备互操作性和以千兆以上速率通信的要求。
●协议适应层目前正在开发当中，以支持特定的系统接口，如PC外围设备的系统总线、HDTV的显示接口以及显示器和投影仪等。
●支持波束成形技术，支持10米以上的可靠通讯。
●为WiGig设备提供广泛、高级的安全和功耗管理机制。
从技术上来说，WiGig 1.0标准融合了WirelessHD和传统Wi-Fi技术的各项优点。因此，相对于WirelessHD而言，WiGig 1.0标准有着自己的优势：优势之一：可与Wi-Fi融合除了拥有接近7Gbps的传输速率之外，WiGig 1.0标准的一大优势在于它可以跟目前的Wi-Fi很好地融合。WiGig技术很大部分是由传统Wi-Fi延伸而来，因此它拥有向下兼容802.11n的能力：当用户距离AP(热点)较远，其无线连接将选择传输速度较慢但传输距离更远的频段（比如802.11n）；而当用户距离AP较近时，系统将自动切换到60GHz频段，以获得更高的连接速率。另外，在信号加密方面，WiGig设备将兼容802.11的WPA2加密算法，确保了它与现有无线网络的互联互通。
正是由于WiGig 1.0标准良好的互联互通能力，现在有一些芯片制造商和WiGig内部已经开始讨论把WiGig融入Wi-Fi标准，以弥补目前802.11规范在超高速无线标准中的缺失，其中就包括了英特尔、Broadcom和Atheros，因为它们既参与了IEEE任务组60GHz标准802.11ad的制订工作，同时也是WiGig董事会成员。“我们现在还不能称WiGig为Wi-Fi，因为它还不是，但是它与Wi-Fi的确有很多相似之处。”Broadcom高级技术总监Jason Trachewsky说：“但是如果我们能在现有的产品中加入速度更快、延迟更小的Wi-Fi接口，例如WiGig，则一定会对我们的客户产生很大吸引力。”对此，Wi-Fi联盟认证组织也不得不表示：WiGig可以作为Wi-Fi标准的一个补充，随着各种条件的成熟，Wi-Fi和WiGig将来完全有可能融合到一起。
优势之二：瞄准多平台应用
最初，WiGig技术瞄准的是家庭内部的无线高清传输市场，但是当正式的标准出台之后人们惊奇地发现，也许可以将WiGig技术应用到其它领域。除了能满足高分辨率视频信号的传输需求外，WiGig所具有的高带宽和低延迟特点也是其它几种应用的理想选择，如把笔记本电脑上的内容传输到台式机上播放和存储，以及无需电缆就能把视频从高清摄像机传输到电视上。支持WiGig标准的网卡功耗和成本和现有802.11n产品相当，因此完全可以将它移植到移动领域，比如让手机无线连接电视、电脑，传输视频、音乐或照片等，而不是仅仅局限于高清视频的传输。这预示着智能手机也是它的发展方向之一，联发科以及一众手机芯片厂商的加盟就是为了这一目的而来的。
除此之外，WiGig技术不仅仅只是面向视频和文件的传输，该标准的协议适应层目前正在发展当中，希望支持特定的系统接口，以替代HDMI或DisplayPor t，这意味着未来显卡和显示器之间也可以通过无线来进行连接，NVIDIA、AMD和Int el的齐聚WiGig就显示了这一美好前景。很多分析人士认为，因为WiGig是面向IP网络的，其背后有英特尔、Broadcom、Atheros以及其他几个最主要的消费电子产品生产商的支持，因此WiGig很有可能从现存的几个无线标准中脱颖而出。
产品化迫在眉睫
目前，WiGig联盟的首要任务就是将标准产品化，以抢占市场先机。
WiGig预计联盟成员在今年的第四季度就可以拿到该规范，但WiGig联盟没有对符合规范的产品何时能够上市做出肯定答复。不过，WiGig希望，明年能够对产品之间的通信进行测试，明年年底可以对部分产品进行认证。
为此，英特尔已经计划在其Wi-Fi芯片中提供对WiGig的支持，从而取代自己“MyWi-Fi”计划。英特尔无线PAN和毫米微波标准化负责人Al i Sad r i介绍说（他同时也是WiGig联盟的主席）：“未来‘My Wi-Fi’的频段将达到60GHz，传统的Wi-Fi仍然可以继续工作”。Atheros也认为WiGig将给他正在力推的P2P Wi-Fi技术带来潜在的好处。Atheros把WiGig技术称为直连(DirectConnect)技术，其CTO BillMcFarland表就示他希望WiGig联盟能在IEEE的802.11ad标准完成之前就开始对自己的产品进行认证。
与有线网络互补而非竞争
不过，分析人士认为，有线网络协议与WiGig之间的关系应该是相互补充而不是相互竞争。比如，WiGig可以像今天的Wi-Fi一样把有线网络延伸到每个房间。实际上，很多组织也希望沿用已有的系统。
“而且，因为房间之间有墙壁的阻隔，所以，家庭内部的无线网络并不能保证数据的稳定可靠以及高质量的传输。” HomePNA的执行主任Rich Nesin说。“我认为人们仍然需要有线网络。” Parks Associates公司的分析师Scherf说，在家庭里部署统一的多媒体网络的一个原因是这些技术通常是由服务供应商提供的，这些供应商不希望为这些目前形势不太明朗的无线网络(比如很有能与其它无线技术合并)提供技术支持。
写在最后
根据WiGig联盟的计划，WiGig模块的商业化可能要到明年才会出现。而在此之前，WiGig联盟需要完成相关产品测试和认证流程。如果能够完全按照时间表来进行，那WiGig将比802.11ad提前一步商业化，这将给IEEE形成巨大的压力。从目前的趋势来看，未来千兆无线网络标准的争夺将更加白热化，无论是WirelessHD，还是还没发布的802.11ad，都不可避免地面临WiGig的挑战。
作为后来者，WiGig不仅拥有技术上的优势，而且还有一个足够强大的后台，这些都是它能作为候选技术的重要砝码。对此，即使IEEE也不能小视。
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