802.11ad家庭无线娱乐解决方案

黄健

摘要：随着数字多媒体消费电子产品向高清（HD）的转变，家庭娱乐平台可提供越来越丰富的功能和应用，现有的Wi-Fi等无线通信技术已不能满足多路高清视频流无线传输等应用对带宽的需求，未来智能家居娱乐系统的发展迫切需要一种全新的宽带无线通信技术。802.11ad最初的市场定位主要是面向家庭娱乐设备，综合利用前面介绍的各项物理层与MAC层增强技术，最适合用来作为家庭环境下各个设备之间的高速无线传输通道。将802.11ad引入智能家居网络中，将为家庭多媒体应用提供更完备的解决方案。

关键词：802.11ad；网络；通信1IEEE 802.11ad概述

IEEE 802.11ad工作在60GHz频段，该频段是IEEE 802.11的新增工作頻段。由于60 GHz频段的路径损耗严重，只适合用作短距离覆盖，传输距离一般在10m以内。IEEE 802.11ad标准化工作于2009年初启动，2012年1月已形成标准草案的5.00 版本。目前，IEEE 802.11ad标准草案已进入较稳定版本，根据当前的标准化进展，IEEE 802.11ad未来将具有如下技术特点：⑴支持高达2.16 GHz的信道带宽，物理层传输速率接近7 Gbit/s。⑵采用高增益、低复杂度和低处理时延的低密度奇偶校验码（LDPC）。⑶采用旋转调制、差分调制、扩展QPSK等改进的调制技术。⑷采用波束赋形技术对抗60 GHz频段的高路径损耗，支持传输距离超过10 m的可靠通信。⑸针对无线视频、快速文件传输等应用场景和60 GHz无线通信技术特点，引入新的组网方式——个人基本服务集（PBSS）。⑹采用增强的安全协议和功率管理技术。⑺支持在2.4 GHz、5 GHz和60 GHz频带之间的快速会话转移。⑻支持与其他60 GHz系统（如IEEE 802.15.3c及802.19）的共存。⑼IEEE 802.11ad将支持多种系统的接口，包括PC外设数据总线、HDTV、监视器、投影机的视频接口等，主要应用包括无线高清视频显示、互联网接入、游戏、极速数据上/下载等。

2IEEE 802.11ad优势

为了最大化系统性能，最小化系统实现的复杂度与成本，同时支持与现有的IEEE 802.11标准互通，IEEE 802.11ad在物理层与MAC层都进行了增强，主要采用如下一些关键技术：

2.1 更大的信道带宽

802.11ad采用60GHz频段，该频段是免许可的，且有很大的可用带宽，中国在该频段上的频率分配为59G-64GHz。与2.4GHz频段上的83.5MHz可用带宽相比，60GHz频段上有5G-9GHz的可用带宽。该带宽可划分为多个信道，每个信道宽为2.16GHz，如此宽的信道使得802.11ad无须使用信道捆绑技术，且能够支持无压缩视频流传输等对带宽要求较高的应用。

2.2 对于不同的应用场景支持不同的物理层类型

802.11ad支持多种物理层类型，包括控制物理层（ControlPHY）、单载波物理层（SCPHY）、低功率单载波物理层（LowPowerSCPHY）、OFDM物理层（OFDMPHY）。

ControlPHY是针对低信噪比操作而设计的，强制采用单载波模式，数据速率最大为27.5Mbit/s。采用π/2-DBIT/SK调制，1/2速率LDPC编码，最大分组长度限制为1024字节，由此可实现更短的数据块长度，在高噪声的环境中具有更好的鲁棒性。

SCPHY允许低功率、低复杂度的收发信机，支持的最大数据速率可达4.6Gbit/s。

LowPowerSCPHY通过简化的编码方式与更短的符号结构减少收发信机的处理功率，支持的最大数据速率为2.5Gbit/s。

OFDMPHY可以在频率选择性信道中实现更好的性能。采用512点FFT，包含336个数据子载波、16个导频子载波、3个DC载波。采用64QAM调制，13/16速率LDPC编码时支持的数据速率最高达到7Gbit/s。

2.3 多频段互操作快速会话迁移（FST）

为了实现802.11ad与802.11a/b/g/n/ac的互通、支持Wi-Fi通信在三频段之间的无缝切换，802.11ad采用快速会话迁移（FST）技术。这样，对于用户体验而言，拥有多频设备的用户可以在不同制式的Wi-Fi网络间无中断地进行连续通信，在有802.11ad信号覆盖的情况下可以体验到高速的网络连接，而当802.11ad信号变差或不存在时，可以无缝迁移到2.4GHz或5GHzWi-Fi上。

3802.11ad开启家庭智能无线网络时代

随着数字多媒体消费电子产品向高清（HD）的转变，家庭娱乐平台可提供越来越丰富的功能和应用，现有的Wi-Fi等无线通信技术已不能满足多路高清视频流无线传输等应用对带宽的需求，未来智能家居娱乐系统的发展迫切需要一种全新的宽带无线通信技术。

802.11ad最初的市场定位主要是面向家庭娱乐设备，综合利用前面介绍的各项物理层与MAC层增强技术，802.11ad可实现高达7Gbit/s的数据传输速率，60GHz频段上的有效覆盖范围达到10米以上。在理想的状态下，802.11ad最适合用来作为家庭环境下各个设备之间的高速无线传输通道。将802.11ad引入智能家居网络中，构建新的宽带智能家居系统，将为家庭多媒体应用提供更完备的解决方案。

新的宽带智能家居网络架构与现有的智能家居网络架构相比，引入802.11ad后的宽带智能家居网络将家庭娱乐系统中的有线宽带连接以及家庭信息系统中的Ethernet、Wi-Fi连接替换为802.11ad高速无线连接，提供了更灵活、更自由、更高速的终端联网方式，为高清视频、文件同步等各类高带宽需求的业务应用提供了足够宽的传输通道。特别是作为目前最先进的无线通信协议802.11ad与WiGig的结合，将对未来家庭娱乐设备的演变产生革命性的影响。