IEEE 802.11ad标准的发展历程和使用频率

IEEE 802.11-2020的第20章是有关Directional multi-gigabit (DMG) PHY specification的内容，它也被称为IEEE 802.11ad。DMG的字面意思是：

D：Directional，定向的；
MG：multi-gigabit，可提供高达数Gbps的数据吞吐速度；

 

01—11ad的发展历程

追根溯源的话，要说到Wireless Gigabit Alliance，由这个联盟首先于2009年发布了WiGig，就是11ad的前身，后来移交给IEEE进行标准化，到了2012 年12 月802.11ad的修正案获得IEEE批准，将Wi-Fi带入到毫米波领域。2013 年，Wireless Gigabit Alliance关闭，被大家熟知的WFA（Wi-Fi Alliance）接管。然后，"Wi-FI CERTIFIED WiGig"成了Wi-Fi联盟的一项标准，其MAC/PHY 规范与 802.11ad 标准完全一致。下面是详细的发展历程：

2009.01

在 IEEE，VHT 研究小组开始研究 60 GHz 的超高吞吐量 (VHT)。802.11ac 和 802.11ad 都属于 VHT 的研究范围。

2009.05

约 15 家技术公司联合成立了Wireless Gigabit Alliance(WiGig联盟) ，这个组织的任务就是为了定义 60 GHz 频段的无线规范。

2009.12

WiGig 规范 1.0 版本发布。支持 7 Gbps 的数据传输速率。

2010.05

Wi-Fi 联盟与 WiGig 联盟建立合作伙伴关系。这就意味着60 GHz频段的Wi-Fi 产品将会成为可能。Wi-Fi 联盟承诺研究 WiGig 规范，并可能对其进行认证。

2012.12

作为整个 IEEE 802.11 的修正案，IEEE 802.11ad-2012发布，题目是"增强 60 GHz 频带的VHT"。随后于 2014 年 3 月进行了修订。

2013.03

经过两年的合作，Wi-Fi 联盟和WiGig合并。产品认证，将由 Wi-Fi 联盟负责。

2016.01

在2016国际消费电子展上（CES 2016），TP-Link 演示了其 WiGig 路由器 Talon AD7200。

 

在 60 GHz 频率下，它的原始数据传输速率为 4.6 Gbps。在没有 802.11ad 的地方，它还支持 a/b/g/n/ac 标准。有八根用于波束成形的天线。内部使用两个高通Atheros 芯片，一个用于旧标准，另一个用于 802.11ad。在 CES 2016 上，宏基也展示了支持 802.11ad 的 TravelMate P648产品。

2016.10

Wi-Fi 联盟开始对采用与 802.11ad 标准（又称 WiGig）兼容的无线模块的产品进行认证。

02—11ad的使用频率

与其他的Wi-Fi制式相比，DMG，也就是11ad，最特别之处就在于它的毫米波使用频段。然而最混乱之处也是它的频段，可能有10篇文章，就会看到10种说法。在很多资料上称“11ad使用了60GHz的ISM频段”。具体情况如何呢？我们先来看ITU关于ISM的定义。

名词解释：

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.

工业、科学和医疗（ISM）应用：为工业、科学、医疗、家庭或类似目的而设计的产生和使用本地无线发射能量的设备或装置的操作，不包括电信领域的应用。

借着这个机会，我们来了解一下ITU-R《无线电规则》中定义的ISM频段都有哪些？如下所示：

 

5.138：
  6765-6795kHz ；
  433.05-434.79MHz ；除5.280所列国家以外的1区；
  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；

 

从上面ISM的列表看，最有可能用于11ad的频段应该是61-61.5GHz，但根据802.11-2020的标准，DMG的使用频段如下，便心生疑问：61-61.5 GHz的500MHz带宽还不够一个信道的使用：

美国：根据附录E表格，starting frequency是56.16GHz，带宽为2.16GHz，信道集合：1，2，3，4，5，6；所以说频率范围：56.16～69.12 GHz；

欧盟：starting frequency是56.16GHz，带宽为2.16GHz，信道集合：1，2，3，4；所以说频率范围：56.16～64.8 GHz；

日本：同欧盟

中国：starting frequency是56.16GHz，带宽为2.16GHz，信道集合：2，3；所以说频率范围：58.32～60.48 GHz；

这里需要注意的是，以上仅是IEEE标准上提供的以前的频率情况，只能说频率如何使用一直都处于动态变化之中，所以包括本文在内，都只能说给大家做个参考，没有一定，因为频率必须始终根据各个国家和地区最新的法规政策来执行。

虽说在《无线电规则》中并未发现与IEEE中非常匹配的11ad ISM频段情况，但却看到了与之临近的其他无线电系统的频率划分情况，可以看到55-66GHz的频段已经在射电天文、卫星间、无线电定位、航空移动业务电台、机载雷达等方面在使用。我们摘抄一下，仅作为对频率划分工作的复杂性的一个了解吧：

5.556

在 51.4-54.25 GHz、58.2-59 GHz 和 64-65 GHz 频段，可根据本国安排进行射电天文观测。（WRC-2000）5.556A

卫星间业务使用 54.25-56.9 GHz、57.0-58.2 GHz 和 59.0-59.3 GHz 频段，限于对地静止卫星轨道中的卫星。（WRC-97）5.556B

附加划分：在日本，54.25-55.78 GHz 频段以主要使用条件也划分给低密度使用的移动业务。（WRC-97）5.557

附加划分：在日本，55.78-58.2 GHz 频段以主要使用条件也划分给无线电定位业务。（WRC-97）5.557A

在 55.78-56.26 GHz 频段，为了保护卫星地球探测（无源）业务电台，固定业务电台发信机送入天线的最大功率密度限制在-26 dB（W/MHz）。（WRC-2000）5.558

航空移动业务电台可以在 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 频段工作，但不得对卫星间业务造成有害干扰（见 5.43 款）。（WRC-2000）5.559

无线电定位业务的机载雷达可以在 59-64 GHz 频段工作，但不得对卫星间业务造成有害干扰（见 5.43 款）。（WRC-2000）

03—11ad的频率衰减及使用场景

关于11ad的频率，还有一点需要了解，就是60GHz左右的频率，相比于2.4G和5GHz频段，空间损耗自然是大了许多，见下图，60GHz的自由空间衰减比2.4G大了近28dB，比5G大了近21dB。所以显而易见，60GHz更加适用于短距离的通信场景。

再看下面这张图，是不同频率下由于氧吸收所带来的衰减情况，可以看到在60 GHz时达到了一个峰值，衰减量较大，但尽管是这样，在短距离内的作用仍然是可以接受的。

根据上面的分析，加之60GHz毫米波通信的特点是准光学的传播行为，即接收信号主要来自视线（LOS）路径和强反射材料的一阶反射。例如，金属表面是强反射体，允许NLOS。另一方面，墙体等混凝土材料会造成额外的庞大的信号衰减。因此，60GHz 通信更适用于有足够反射器的室内环境。如下图（a）和（b）所示，为5G+60GHz相结合的两个应用场景举例。

根据WFA，WiGig 产品的常用场景包括 ：

智能手机、笔记本电脑、投影仪和平板电脑等设备之间的无线对接；

多部超高清视频和电影的并发流；

更身临其境的游戏、增强现实和虚拟现实体验；

快速下载高清电影；

便捷的公共信息亭服务；

更轻松地处理企业中的带宽密集型应用