60GHz技術(shù)起伏

60GHz技術(shù)在2008年左右異軍突起，成為半導(dǎo)體業(yè)界冉冉升起的新星。當(dāng)時(shí)摩爾定律處于65nm這個(gè)對(duì)于射頻和模擬電路設(shè)計(jì)非常友好的節(jié)點(diǎn)（直到今天仍然有不少射頻模擬電路芯片在使用65nm工藝），射頻電路的性能相對(duì)上一代90nm工藝有很大提升；從產(chǎn)品上看，正值射頻電路3G方興未艾，4G技術(shù)萬(wàn)事俱備只等正式發(fā)布的狀態(tài)，因此整個(gè)業(yè)界對(duì)于射頻電路的前景抱有非常樂(lè)觀的態(tài)度。當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的2GHz及以下的頻段看上去已經(jīng)很擁擠，于是射頻業(yè)界瞄準(zhǔn)了少有人使用的毫米波頻段成為下一個(gè)開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

當(dāng)然毫米波頻段也不是可以隨意挑選，因?yàn)樵S多毫米波頻段已經(jīng)被軍方挑走了，民間無(wú)法使用。這時(shí)，60 GHz頻段就進(jìn)入了各大公司的視野。60 GHz頻段包括57～66 GHz，是一個(gè)免授權(quán)ISM（industrial, scientific and medical，工業(yè)、科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)）頻段，因此無(wú)需從政府那邊購(gòu)買頻譜資源即可使用。另外，60 GHz頻段的頻寬高達(dá)9 GHz，包含了4個(gè)2.16 GHz的超寬頻段，即使使用簡(jiǎn)單的調(diào)制方式（如QPSK）也能實(shí)現(xiàn)大于1Gbit／s的超高速（以2008年的標(biāo)準(zhǔn)）。

學(xué)界諸多大咖，例如UC Berkeley的Ali Niknejad，UCLA的Frank Chang和Behzad Razavi，當(dāng)時(shí)還在TU Delft的John Long等在ISSCC，RFIC，JSSC之類的頂級(jí)期刊上灌60GHz的paper灌得不亦樂(lè)乎。2007年起，WiGig組織開(kāi)始研究使用60 GHz頻段的超高速無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，并于2009年正式發(fā)布了802.11ad。幾乎與此同時(shí)，SiBeam（后來(lái)于2011年被Silicon Image收購(gòu)）也發(fā)布了與802.11ad競(jìng)爭(zhēng)的WirelessHD標(biāo)準(zhǔn)，想要用60 GHz頻段無(wú)線傳遞高清影片。

兩個(gè)互相競(jìng)爭(zhēng)的60GHz標(biāo)準(zhǔn)，WiGig（802.11ad）與WirelessHD

毫米波頻段的另一個(gè)特性是在空氣中衰減較大，且繞射能力較弱。60GHz正好是氧氣的共振頻率，因此60GHz的電磁波信號(hào)在空氣中衰減非?？?。60GHz衰減大有好有壞，好處是60GHz系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候不用特別考慮如何處理干擾信號(hào)（因?yàn)椴煌K端間的干擾信號(hào)衰減很大），只要不同的終端之間不要靠得太近就可以。

但是，衰減大也有一個(gè)很大的問(wèn)題，就是用60GHz實(shí)現(xiàn)信號(hào)穿墻基本是不可能。 因此，普通人的家里如果要使用60GHz頻段做超高速無(wú)線局域網(wǎng)，則每個(gè)房間都必須部署一臺(tái)路由器，這成為了60GHz局域網(wǎng)普及的一個(gè)問(wèn)題。而且，支持802.11ad的路由器價(jià)格還很貴，加上一次必須部署多個(gè)路由器，這極大地增加了60GHz局域網(wǎng)普及的成本。

不同頻率電磁波在空氣中的衰減，60 GHz正處于氧氣的諧振峰上，因此衰減很大

支持802.11ad 60GHz頻段的路由器，售價(jià)高達(dá)450美金

更關(guān)鍵的是，60GHz普及遇到的更大問(wèn)題是還沒(méi)有殺手級(jí)應(yīng)用。哪些局域網(wǎng)應(yīng)用真的需要如此高速的無(wú)線連接？就常規(guī)文件傳輸而言，通常家庭和商務(wù)應(yīng)用并不會(huì)用到802.11ad那么高的傳輸速率，而真正需要如此高速率的場(chǎng)合（如服務(wù)器節(jié)點(diǎn)間的高速數(shù)據(jù)傳輸）又不一定會(huì)用到無(wú)線，因?yàn)闊o(wú)線傳輸畢竟穩(wěn)定性不如有線。之前WiGig和WirelessHD聯(lián)盟想到的應(yīng)用都是無(wú)線超高清視頻影音傳輸，然而市場(chǎng)證明目前這還只是個(gè)偽需求，并沒(méi)有多少消費(fèi)者會(huì)為它買單。

于是，60GHz在各大電子產(chǎn)品展以及學(xué)術(shù)會(huì)議風(fēng)光了幾年后，漸漸偃旗息鼓。昔日的60GHz急先鋒SiBeam和Wilowcity分別被Silicon Image和Qualcomm收購(gòu)，之后的就不再有大新聞。

60GHz 新應(yīng)用：無(wú)線VR設(shè)備

最近，VR應(yīng)用吸引了無(wú)數(shù)人的關(guān)注。VR可以實(shí)現(xiàn)全浸入式的體驗(yàn)，可望帶來(lái)人機(jī)交互革命性的進(jìn)步，同時(shí)也為游戲、電影等娛樂(lè)應(yīng)用帶來(lái)全新體驗(yàn)。

目前的VR頭盔需要超高速數(shù)據(jù)連接以傳輸高清圖像，因此常用HDMI等高速有線連接協(xié)議。然而，頭盔上拖著線畢竟會(huì)拖累VR設(shè)備的體驗(yàn)，會(huì)縮小VR頭盔使用者的活動(dòng)范圍。因此，如果能使用無(wú)線的高速連接可以大大改善VR設(shè)備的使用體驗(yàn)。另外，由于VR頭盔是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，而且目前尚不用考慮穿墻的問(wèn)題（畢竟有線連接也做不到穿墻），因此60GHz頻段的超高速連接就是一個(gè)很好的選擇。

在VR設(shè)備上使用60GHz連接方面，Intel是業(yè)內(nèi)的先驅(qū)。去年，Intel就發(fā)布了Oculus的改裝版本，其中去掉了有線數(shù)據(jù)連接線纜并使用60GHz 802.11ad無(wú)線模塊替代。今年，在不久前剛結(jié)束的E3游戲博覽會(huì)上，Intel更是和hTC合作，宣布將會(huì)一起開(kāi)發(fā)使用60 GHz模塊無(wú)線連接的VIVE設(shè)備。

就目前的性能而言，Intel的60GHz模塊會(huì)給VR頭盔增加16ms左右的延遲，在目前部分對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的游戲（如minecraft）中尚可以接受，但是這也成為了限制60GHz在VR上應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。在未來(lái)的VR游戲，尤其是動(dòng)作射擊游戲中，16ms的額外延遲會(huì)導(dǎo)致游戲體驗(yàn)變差（射擊游戲愛(ài)好者一定對(duì)此深有體會(huì)）。

另外，VR設(shè)備需要對(duì)于佩戴者的動(dòng)作作出實(shí)時(shí)反饋，額外的延時(shí)會(huì)使得玩家在做出的動(dòng)作以及VR設(shè)備的反饋間延遲變大，導(dǎo)致VR設(shè)備佩戴者產(chǎn)生頭暈等問(wèn)題。因此，VR硬件乃至游戲設(shè)計(jì)者都必須合理權(quán)衡無(wú)線連接帶來(lái)的活動(dòng)性以及延遲之間的平衡。從無(wú)線連接模塊設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，如何簡(jiǎn)化協(xié)議，降低延遲也是一個(gè)關(guān)鍵。目前來(lái)看，16ms的額外延遲還是有不少空間可以進(jìn)一步降低，從而提升無(wú)線VR設(shè)備的使用體驗(yàn)。

另外，VR設(shè)備如果需要實(shí)現(xiàn)真正無(wú)線，還必須考慮供電問(wèn)題。使用超大容量電池供電會(huì)導(dǎo)致設(shè)備重量變大，因此必須考慮無(wú)線充電方案，例如讓VR設(shè)備在靠近主機(jī)時(shí)充電并使用主電源供電，而遠(yuǎn)離主機(jī)時(shí)使用電池供電之類的方案?？梢哉f(shuō)在VR系統(tǒng)中，仍然有許多技術(shù)空白等待半導(dǎo)體廠商去開(kāi)拓。

無(wú)接觸式連接技術(shù)：Keyssa

除了VR之外，另一個(gè)60GHz發(fā)揮的空間是無(wú)接觸連接。目前，許多電子產(chǎn)品之間的高速連接仍然依賴于實(shí)體線纜，然而實(shí)體線纜在不少應(yīng)用場(chǎng)合存在著問(wèn)題。在工業(yè)和軍事應(yīng)用中，數(shù)據(jù)互聯(lián)需要在很大的溫度范圍以內(nèi)正常工作并且容忍外界的震動(dòng)，而這對(duì)于傳統(tǒng)的物理線纜并不容易，往往模塊間以為震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致線纜斷裂不再工作。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，物理線纜則會(huì)造成設(shè)計(jì)不夠美觀，另外線纜外層腐蝕也可能造成可靠性問(wèn)題。使用基于60GHz的無(wú)線無(wú)接觸式（contactless）互聯(lián)則可解決這一問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)據(jù)鏈路使用的是無(wú)線傳輸而非線纜，因此不存在線纜斷裂的問(wèn)題，即使模塊間發(fā)生外力位移導(dǎo)致連接暫時(shí)中斷，一旦恢復(fù)到原來(lái)的位置，就能繼續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，從而確保穩(wěn)定性。目前，無(wú)接觸式連接已經(jīng)用在了顯示器dock上，未來(lái)將會(huì)找到更多應(yīng)用。

60GHz無(wú)接觸互聯(lián)的主力推廣者是Keyssa。2009年，UCLA電子工程系的Frank Chang教授把實(shí)驗(yàn)室的60Ghz技術(shù)商業(yè)化成立了Waveconnex，Waveconnex即是Keyssa的前身。目前Keyssa以獲得了多輪融資，投資者包括Dolby，Intel，Samsung等。

結(jié)語(yǔ)

60GHz技術(shù)在經(jīng)歷了初期的火熱以及后來(lái)的調(diào)整后，目前正走在尋找正確應(yīng)用的道路上。VR和無(wú)接觸連接都是非常有機(jī)會(huì)的應(yīng)用可以讓60GHz技術(shù)揚(yáng)長(zhǎng)避短，而在之后我們可望看到更多這樣的應(yīng)用從而讓60GHz技術(shù)真正落地大規(guī)模商用化。