[论文解读] WiGig and IEEE 802.11ad - For multi-gigabyte-per-second WPAN and WLAN

Sai Shankar N., Debashis Dash+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2012

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 1被引用 12

一句话总结

本文介绍了WiGig和IEEE 802.11ad，这是一种在60 GHz毫米波频段运行的多千兆速率无线标准，可在短距离（10米以内）实现高达6.75 Gbit/s的数据传输速率。该标准采用单载波和正交频 division multiplexing（OFDM）调制技术，并结合基于TDMA的MAC层，支持高吞吐量、低时延的通信，适用于无线高清视频、USB 3.0和PCIe 3.0在WPAN和WLAN中的无缆替代方案。

ABSTRACT

The Wireless Gigabit Alliance (WiGig) and IEEE 802.11ad are developing a multigigabit wireless personal and local area network (WPAN/WLAN) specification in the 60 GHz millimeter wave band. Chipset manufacturers, original equipment manufacturers (OEMs), and telecom companies are also assisting in this development. 60 GHz millimeter wave transmission will scale the speed of WLANs and WPANs to 6.75 Gbit/s over distances less than 10 meters. This technology is the first of its kind and will eliminate the need for cable around personal computers, docking stations, and other consumer electronic devices. High-definition multimedia interface (HDMI), display port, USB 3.0, and peripheral component interconnect express (PCIe) 3.0 cables will all be eliminated. Fast downloads and uploads, wireless sync, and multi-gigabit-per-second WLANs will be possible over shorter distances. 60 GHz millimeter wave supports fast session transfer (FST) protocol, which makes it backward compatible with 5 GHz or 2.4 GHz WLAN so that end users experience the same range as in today's WLANs. IEEE 802.11ad specifies the physical (PHY) sublayer and medium access control (MAC) sublayer of the protocol stack. The MAC protocol is based on time-division multiple access (TDMA), and the PHY layer uses single carrier (SC) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) to simultaneously enable low-power, high-performance applications.

研究动机与目标

• 通过60 GHz毫米波频段，实现每秒数吉比特的无线通信，用于个人网络和局域网络。
• 通过提供高速无线替代方案，消除消费电子产品中对物理电缆（HDMI、USB 3.0、PCIe、DisplayPort）的需求。
• 通过快速会话切换（FST）协议，确保与现有2.4 GHz和5 GHz WLAN的向后兼容性。
• 设计一个协议栈，以支持短距离无线环境中低功耗、高性能的应用。
• 制定物理层和媒体访问控制子层的标准，通过先进的调制和多址接入技术，实现可靠、高速率的数据传输。

提出的方法

• 利用60 GHz毫米波频段，在10米以内的距离内实现高达6.75 Gbit/s的数据速率。
• 采用基于TDMA的MAC协议，调度传输并减少密集环境中的干扰。
• 在物理层集成单载波（SC）和正交频 division multiplexing（OFDM），以满足多样化的传输需求。
• 支持快速会话切换（FST）协议，实现在60 GHz与传统2.4 GHz或5 GHz频段之间的无缝切换，保持用户连接连续性。
• 设计协议栈以兼容现有高速接口（如USB 3.0、HDMI和PCIe 3.0），实现完整电缆替代。
• 借助芯片组和OEM支持，推动该标准在消费电子产品中的实际部署。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在短距离个人和局域网络中实现多吉比特无线数据速率？
• RQ2 支持60 GHz频段下6.75 Gbit/s传输所需的物理层和媒体访问控制机制是什么？
• RQ3 在切换和共存过程中，如何保持与现有2.4 GHz和5 GHz WLAN的向后兼容性？
• RQ4 在低时延、高吞吐量的短距离无线通信中，哪种调制和多址接入技术最为有效？
• RQ5 用单一高速无线标准替代有线接口（HDMI、USB 3.0、PCIe）的实际影响是什么？

主要发现

• 60 GHz频段可在10米以内的距离内实现高达6.75 Gbit/s的峰值数据速率，适用于高带宽应用。
• 物理层中集成单载波（SC）和OFDM技术，可在不同信道条件下实现灵活且稳健的传输。
• 基于TDMA的MAC协议可确保高效的介质访问，并在高吞吐量、密集环境中最大限度减少冲突。
• 快速会话切换（FST）协议可实现60 GHz与传统2.4/5 GHz频段之间的无缝切换，保障用户会话连续性。
• 该标准支持完全替代HDMI、USB 3.0和PCIe 3.0等有线接口，实现单一无线解决方案。
• 该技术已针对实际部署进行设计，获得芯片组制造商、OEM和电信运营商的支持，确保可扩展性和互操作性。