Wi-Fi 8和6G，核心技術(shù)既然是它！

現(xiàn)在通信技術(shù)的演進(jìn)基本按照大帶寬和高速率傳輸?shù)穆窂缴弦宦房癖肌?a href="http://wenjunhu.com/tags/wi-fi/" target="_blank">Wi-Fi上看，從一開始的22MHz帶寬一路漲到Wi-Fi 6的160MHz帶寬，下載速度也從一開始的2Mbps提升到Wi-Fi 6的最大9.6Gbps。未來這個(gè)技術(shù)還應(yīng)該如何發(fā)展呢？我先公布答案，然后我們?cè)冁告傅纴?。其中一個(gè)核心技術(shù)就是毫米波。

毫米波（millimeter waves、mmWave）又稱為極高頻（Extremely high frequency，EHF），對(duì)應(yīng)的頻率范圍是30~300GHz，位于超高頻段（3～30GHz）和遠(yuǎn)紅外頻段（300GHz～20THz）之間。之所以叫極高頻EHF，這其實(shí)是從微波（Microwave）的劃分來看的。微波的頻段：300MHz～300GHz，具體分為三段：特高頻（Ultra high frequency，UHF，頻段范圍：300MHz～3GHz）、超高頻（Super high frequency，SHF，頻段范圍：3GHz～30GHz）、極高頻（也就是毫米波）。所以宏觀來看，毫米波屬于微波的一種。因?yàn)檫@一頻段的無線電波長(zhǎng)為1～10m毫米，所以才被形象地稱為毫米波。

根據(jù)IEEE的定義，毫米波的頻段又分為很多子頻段：26.5GHz～40GHz稱為Ka band，40GHz～75GHz稱為V-band，75GHz～110GHz稱為W-band，110GHz～300GHz稱為mm-band，除此之外，和上述頻段有交疊的的：33GHz～50GHz稱為Q-band，40GHz～60GHz稱為U-band，60GHz～90GHz稱為E-band，90GHz～140GHz稱為F-band，110GHz～170GHz稱為D-band。之所以分出這么多頻段，一個(gè)是從頻段管理的維度考慮，一個(gè)是從這些頻段在大氣吸收、傳輸特性、設(shè)備技術(shù)等方面表現(xiàn)有所不同，因此在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中具有各自的優(yōu)勢(shì)和適用性。

今天我們先聊聊毫米波上述頻段的應(yīng)用場(chǎng)景：

3.1 Ka-band（26.5GHz～40GHz）

Ka-band的波長(zhǎng)從略多于 1 厘米降至 7.5 毫米。這個(gè)頻段原本是北約（NATO）定義的。由于大氣水蒸氣（在24 GHz有一個(gè)吸收線）的存在，Ka-band很容易出現(xiàn)雨水衰減（雨衰）現(xiàn)象。降水會(huì)導(dǎo)致額外的散射（雨衰）和吸收，增加信號(hào)衰減。所以Ka-band不發(fā)適用于地面上的長(zhǎng)距離傳輸（太空除外）。所以Ka-band用的最多的都是衛(wèi)星通信，比如：地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星通信，Space-X Starlink星鏈系統(tǒng)的通信，亞馬遜的柯伊伯項(xiàng)目（Project Kuiper）互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)，以及詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等等。當(dāng)然，除了衛(wèi)星通信，這個(gè)頻段也對(duì)目標(biāo)分辨率和高精度測(cè)量上表現(xiàn)突出，也會(huì)用于軍用飛機(jī)上的高分辨率、近距離瞄準(zhǔn)雷達(dá)，交通執(zhí)法部分的車輛速度檢測(cè)等等。

3.2 V-band（40GHz～75GHz）

傳統(tǒng)上，這一頻段除了毫米波雷達(dá)研究，使用率并不高。而傳統(tǒng)的GSM/3G/LTE/Wi-Fi（802.11a/b/g/n/ac/ax）已經(jīng)在2.4GHz～6GHz這個(gè)頻段過于擁擠，低頻段基本耗盡，而從6GHz往上一直到毫米波，規(guī)劃較為零散，無法找到大段空閑頻段，難于解決無線數(shù)據(jù)吞吐量需求越來越大（從百兆bps向千兆bps發(fā)展）的痛點(diǎn)需求。因此開發(fā)高頻段毫米波就成為熱點(diǎn)。特別是這個(gè)V-band，相對(duì)頻譜資源豐富，技術(shù)積累逐漸成熟，可以大規(guī)模部署開發(fā)?，F(xiàn)在用于千兆Wi-Fi的標(biāo)準(zhǔn)，主要有以下幾個(gè)：

• IEEE 802.11ad標(biāo)準(zhǔn)：在60GHz頻段上運(yùn)行的千兆位速度Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也稱為WigGig，可以使用2.16GHz的信道帶寬。峰值速度是6.76Gbps。

• IEEE 802.11aj標(biāo)準(zhǔn)：主推在45GHz頻段上運(yùn)行的千兆位速度Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也可以運(yùn)用在60GHz頻段上，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是咱們中國(guó)主推的高速短距通信標(biāo)準(zhǔn)。可以使用1.98GHz的信道帶寬（45GHz頻段）或者2.16GHz的信道帶寬（60GHz頻段）。在主推的45GHz頻段，峰值速度是15Gbps。2021年，華為幫助在中國(guó)30省部署了FTTR（Fiber-To-The-Room）WLAN全屋千兆/萬兆覆蓋，采用毫米波Wi-Fi和FTTR 主從光貓組網(wǎng)。其中遵循的標(biāo)準(zhǔn)正是IEEE802.11aj(45GHz) 。這套方案達(dá)到的性能指標(biāo)非常突出（ >10Gbps, 低時(shí)延: < 1ms），解決最后10m超高速無線接入問題。

• IEEE 802.11ay標(biāo)準(zhǔn)：在60GHz頻段上運(yùn)行的千兆位速度Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以認(rèn)為是IEEE 802.11ad的改進(jìn)版本?？梢允褂?.64GHz的最大帶寬，傳輸速度可以達(dá)到20～40Gbps，鏈路速率可達(dá)到176Gbps（四個(gè)流的MIMO）

V-band在無線短距通信方面無與倫比的優(yōu)勢(shì)，讓我們看到了其在高密度接入、元宇宙、智慧辦公、超高清、智能制造和高精度導(dǎo)航定位中應(yīng)用的廣泛前景。

V-band除了上述的短距通信應(yīng)用之外，也可以用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域，2020年，SpaceX發(fā)射的一批12000顆星鏈衛(wèi)星就支持這一頻段的通信。

另外V-band在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有使用，低強(qiáng)度（通常10mW/cm2或更小）電磁輻射可用于人類醫(yī)學(xué)中以治療疾病。例如，“短暫、低強(qiáng)度的毫米波暴露可以改變細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖速率、酶的活性、細(xì)胞遺傳器官的狀態(tài)、可興奮膜和外周受體的功能。”

3.3 W-band（75GHz～110GHz）

W-band波長(zhǎng)約2.7-4 毫米。W-band用于衛(wèi)星通信、毫米波雷達(dá)研究、軍用雷達(dá)瞄準(zhǔn)和跟蹤應(yīng)用以及一些非軍事應(yīng)用。

• 77 GHz被用在汽車巡航控制雷達(dá)的工作頻率。

• 94 GHz是很多隱蔽武器探測(cè)的無源毫米波攝像機(jī)的工作頻率。也用于天文學(xué)、國(guó)防和安全應(yīng)用中的毫米波雷達(dá)成像應(yīng)用。

• 95GHz的毫米波可以提供熱射線，將人體皮膚薄層加熱到無法忍受的54攝氏度溫度，從而使目標(biāo)人員離開。用于驅(qū)趕人群的非致命性武器。美國(guó)空軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)目前正在使用這種類型的主動(dòng)拒止系統(tǒng)。

• W-band中的71～76 GHz / 81～86 GHz 部分由國(guó)際電信聯(lián)盟分配給衛(wèi)星服務(wù)。

3.4 mm-band（110GHz～300GHz）

這個(gè)頻段中的毫米波在高精度測(cè)量、天文學(xué)研究、以及安全掃描等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。由于在這個(gè)頻段內(nèi)，大氣吸收較強(qiáng)，因此傳輸距離相對(duì)較短。

從以上波段的應(yīng)用可以看出來，在地面短距通信這個(gè)維度上來看，都集中在V-band這個(gè)范圍。

下一期，我們就詳細(xì)介紹一下在V-band頻段中，由我國(guó)主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11aj。我們下期再見！