Wi-Fi 8 和 6G，核心技术既然是它！

2023-07-21

1. 先揭谜底

现在通信技术的演进基本按照大带宽和高速率传输的路径上一路狂奔。从Wi-Fi上看，从一开始的22MHz带宽一路涨到Wi-Fi 6的160MHz带宽，下载速度也从一开始的2Mbps提升到Wi-Fi 6的最大9.6Gbps。未来这个技术还应该如何发展呢？我先公布答案，然后我们再娓娓道来。其中一个核心技术就是毫米波。

2. 毫米波是何方神圣？

毫米波（millimeter waves、mmWave）又称为极高频（Extremely high frequency，EHF），对应的频率范围是30~300GHz，位于超高频段（3～30GHz）和远红外频段（300GHz～20THz）之间。之所以叫极高频EHF，这其实是从微波（Microwave）的划分来看的。微波的频段：300MHz～300GHz，具体分为三段：特高频（Ultra high frequency，UHF，频段范围：300MHz～3GHz）、超高频（Super high frequency，SHF，频段范围：3GHz～30GHz）、极高频（也就是毫米波）。所以宏观来看，毫米波属于微波的一种。因为这一频段的无线电波长为1～10m毫米，所以才被形象地称为毫米波。

根据IEEE的定义，毫米波的频段又分为很多子频段：26.5GHz～40GHz称为Ka band，40GHz～75GHz称为V-band，75GHz～110GHz称为W-band，110GHz～300GHz称为mm-band，除此之外，和上述频段有交叠的的：33GHz～50GHz称为Q-band，40GHz～60GHz称为U-band，60GHz～90GHz称为E-band，90GHz～140GHz称为F-band，110GHz～170GHz称为D-band。之所以分出这么多频段，一个是从频段管理的维度考虑，一个是从这些频段在大气吸收、传输特性、设备技术等方面表现有所不同，因此在不同的应用场景中具有各自的优势和适用性。

3. 毫米波的应用场景

今天我们先聊聊毫米波上述频段的应用场景：

3.1 Ka-band（26.5GHz～40GHz）

Ka-band的波长从略多于 1 厘米降至 7.5 毫米。这个频段原本是北约（NATO）定义的。由于大气水蒸气（在24 GHz有一个吸收线）的存在，Ka-band很容易出现雨水衰减（雨衰）现象。降水会导致额外的散射（雨衰）和吸收，增加信号衰减。所以Ka-band不发适用于地面上的长距离传输（太空除外）。所以Ka-band用的最多的都是卫星通信，比如：地球静止轨道（GEO）卫星通信，Space-X Starlink星链系统的通信，亚马逊的柯伊伯项目（Project Kuiper）互联网卫星系统，以及詹姆斯·韦伯太空望远镜等等。当然，除了卫星通信，这个频段也对目标分辨率和高精度测量上表现突出，也会用于军用飞机上的高分辨率、近距离瞄准雷达，交通执法部分的车辆速度检测等等。

3.2 V-band（40GHz～75GHz）

传统上，这一频段除了毫米波雷达研究，使用率并不高。而传统的GSM/3G/LTE/Wi-Fi（802.11a/b/g/n/ac/ax）已经在2.4GHz～6GHz这个频段过于拥挤，低频段基本耗尽，而从6GHz往上一直到毫米波，规划较为零散，无法找到大段空闲频段，难于解决无线数据吞吐量需求越来越大（从百兆bps向千兆bps发展）的痛点需求。因此开发高频段毫米波就成为热点。特别是这个V-band，相对频谱资源丰富，技术积累逐渐成熟，可以大规模部署开发。现在用于千兆Wi-Fi的标准，主要有以下几个：

• IEEE 802.11ad标准：在60GHz频段上运行的千兆位速度Wi-Fi技术标准，也称为WigGig，可以使用2.16GHz的信道带宽。峰值速度是6.76Gbps。
• IEEE 802.11aj标准：主推在45GHz频段上运行的千兆位速度Wi-Fi技术标准，也可以运用在60GHz频段上，这个标准是咱们中国主推的高速短距通信标准。可以使用1.98GHz的信道带宽（45GHz频段）或者2.16GHz的信道带宽（60GHz频段）。在主推的45GHz频段，峰值速度是15Gbps。2021年，华为帮助在中国30省部署了FTTR（Fiber-To-The-Room）WLAN全屋千兆/万兆覆盖，采用毫米波Wi-Fi和FTTR 主从光猫组网。其中遵循的标准正是IEEE802.11aj(45GHz) 。这套方案达到的性能指标非常突出（ >10Gbps, 低时延:  < 1ms），解决最后10m超高速无线接入问题。

• IEEE 802.11ay标准：在60GHz频段上运行的千兆位速度Wi-Fi技术标准，可以认为是IEEE 802.11ad的改进版本。可以使用8.64GHz的最大带宽，传输速度可以达到20～40Gbps，链路速率可达到176Gbps（四个流的MIMO）

V-band在无线短距通信方面无与伦比的优势，让我们看到了其在高密度接入、元宇宙、智慧办公、超高清、智能制造和高精度导航定位中应用的广泛前景。

V-band除了上述的短距通信应用之外，也可以用在卫星通信领域，2020年，SpaceX发射的一批12000颗星链卫星就支持这一频段的通信。

另外V-band在医学领域也有使用，低强度（通常10mW/cm2或更小）电磁辐射可用于人类医学中以治疗疾病。例如，“短暂、低强度的毫米波暴露可以改变细胞生长和增殖速率、酶的活性、细胞遗传器官的状态、可兴奋膜和外周受体的功能。”

3.3 W-band（75GHz～110GHz）

W-band波长约2.7-4 毫米。W-band用于卫星通信、毫米波雷达研究、军用雷达瞄准和跟踪应用以及一些非军事应用。

• 77 GHz被用在汽车巡航控制雷达的工作频率。
•  94 GHz是很多隐蔽武器探测的无源毫米波摄像机的工作频率。也用于天文学、国防和安全应用中的毫米波雷达成像应用。
• 95GHz的毫米波可以提供热射线，将人体皮肤薄层加热到无法忍受的54摄氏度温度，从而使目标人员离开。用于驱赶人群的非致命性武器。美国空军和海军陆战队目前正在使用这种类型的主动拒止系统。
• W-band中的71～76 GHz / 81～86 GHz 部分由国际电信联盟分配给卫星服务。

3.4 mm-band（110GHz～300GHz）

这个频段中的毫米波在高精度测量、天文学研究、以及安全扫描等领域有着重要的应用。由于在这个频段内，大气吸收较强，因此传输距离相对较短。

从以上波段的应用可以看出来，在地面短距通信这个维度上来看，都集中在V-band这个范围。

下一期，我们就详细介绍一下在V-band频段中，由我国主导的标准IEEE 802.11aj。我们下期再见！