AR／VR能否讓60GHz技術(shù)重見天日
2017-07-24 09:52:41 來源：華強(qiáng)電子網(wǎng) 熱度:
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)時摩爾定律處于65nm這個對于射頻和模擬電路設(shè)計非常友好的節(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)萬事俱備只等正式發(fā)布的狀態(tài)，因此整個業(yè)界對于射頻電路的前景抱有非常樂觀的態(tài)度。當(dāng)時傳統(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開發(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，民間無法使用。這時，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，因此無需從政府那邊購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2.16 GHz的超寬頻段，即使使用簡單的調(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)時還在TU Delft的John Long等在ISSCC，RFIC，JSSC之類的頂級期刊上灌60GHz的paper灌得不亦樂乎。2007年起，WiGig組織開始研究使用60 GHz頻段的超高速無線電標(biāo)準(zhǔn)，并于2009年正式發(fā)布了802.11ad。幾乎與此同時，SiBeam(后來于2011年被Silicon Image收購)也發(fā)布了與802.11ad競爭的WirelessHD標(biāo)準(zhǔn)，想要用60 GHz頻段無線傳遞高清影片。
兩個互相競爭的60GHz標(biāo)準(zhǔn)，WiGig(802.11ad)與WirelessHD
毫米波頻段的另一個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的電磁波信號在空氣中衰減非常快。60GHz衰減大有好有壞，好處是60GHz系統(tǒng)在設(shè)計的時候不用特別考慮如何處理干擾信號(因?yàn)椴煌K端間的干擾信號衰減很大)，只要不同的終端之間不要靠得太近就可以。
但是，衰減大也有一個很大的問題，就是用60GHz實(shí)現(xiàn)信號穿墻基本是不可能。 因此，普通人的家里如果要使用60GHz頻段做超高速無線局域網(wǎng)，則每個房間都必須部署一臺路由器，這成為了60GHz局域網(wǎng)普及的一個問題。而且，支持802.11ad的路由器價格還很貴，加上一次必須部署多個路由器，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，售價高達(dá)450美金
更關(guān)鍵的是，60GHz普及遇到的更大問題是還沒有殺手級應(yīng)用。哪些局域網(wǎng)應(yīng)用真的需要如此高速的無線連接?就常規(guī)文件傳輸而言，通常家庭和商務(wù)應(yīng)用并不會用到802.11ad那么高的傳輸速率，而真正需要如此高速率的場合(如服務(wù)器節(jié)點(diǎn)間的高速數(shù)據(jù)傳輸)又不一定會用到無線，因?yàn)闊o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)用都是無線超高清視頻影音傳輸，然而市場證明目前這還只是個偽需求，并沒有多少消費(fèi)者會為它買單。
于是，60GHz在各大電子產(chǎn)品展以及學(xué)術(shù)會議風(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，之后的就不再有大新聞。
60GHz 新應(yīng)用：無線VR設(shè)備
最近，VR應(yīng)用吸引了無數(shù)人的關(guān)注。VR可以實(shí)現(xiàn)全浸入式的體驗(yàn)，可望帶來人機(jī)交互革命性的進(jìn)步，同時也為游戲、電影等娛樂應(yīng)用帶來全新體驗(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拖累VR設(shè)備的體驗(yàn)，會縮小VR頭盔使用者的活動范圍。因此，如果能使用無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)對點(diǎn)連接，而且目前尚不用考慮穿墻的問題(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無線模塊替代。今年，在不久前剛結(jié)束的E3游戲博覽會上，Intel更是和hTC合作，宣布將會一起開發(fā)使用60 GHz模塊無線連接的VIVE設(shè)備。
就目前的性能而言，Intel的60GHz模塊會給VR頭盔增加16ms左右的延遲，在目前部分對實(shí)時性要求不高的游戲(如minecraft)中尚可以接受，但是這也成為了限制60GHz在VR上應(yīng)用的一個瓶頸。在未來的VR游戲，尤其是動作射擊游戲中，16ms的額外延遲會導(dǎo)致游戲體驗(yàn)變差(射擊游戲愛好者一定對此深有體會)。
另外，VR設(shè)備需要對于佩戴者的動作作出實(shí)時反饋，額外的延時會使得玩家在做出的動作以及VR設(shè)備的反饋間延遲變大，導(dǎo)致VR設(shè)備佩戴者產(chǎn)生頭暈等問題。因此，VR硬件乃至游戲設(shè)計者都必須合理權(quán)衡無線連接帶來的活動性以及延遲之間的平衡。從無線連接模塊設(shè)計的角度來說，如何簡化協(xié)議，降低延遲也是一個關(guān)鍵。目前來看，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)真正無線，還必須考慮供電問題。使用超大容量電池供電會導(dǎo)致設(shè)備重量變大，因此必須考慮無線充電方案，例如讓VR設(shè)備在靠近主機(jī)時充電并使用主電源供電，而遠(yuǎn)離主機(jī)時使用電池供電之類的方案?？梢哉f在VR系統(tǒng)中，仍然有許多技術(shù)空白等待半導(dǎo)體廠商去開拓。
無接觸式連接技術(shù)：Keyssa
除了VR之外，另一個60GHz發(fā)揮的空間是無接觸連接。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)用場合存在著問題。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，而這對于傳統(tǒng)的物理線纜并不容易，往往模塊間以為震動會導(dǎo)致線纜斷裂不再工作。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，物理線纜則會造成設(shè)計不夠美觀，另外線纜外層腐蝕也可能造成可靠性問題。使用基于60GHz的無線無接觸式(contactless)互聯(lián)則可解決這一問題，因?yàn)閿?shù)據(jù)鏈路使用的是無線傳輸而非線纜，因此不存在線纜斷裂的問題，即使模塊間發(fā)生外力位移導(dǎo)致連接暫時中斷，一旦恢復(fù)到原來的位置，就能繼續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，從而確保穩(wěn)定性。目前，無接觸式連接已經(jīng)用在了顯示器dock上，未來將會找到更多應(yīng)用。
60GHz無接觸互聯(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
60GHz技術(shù)在經(jīng)歷了初期的火熱以及后來的調(diào)整后，目前正走在尋找正確應(yīng)用的道路上。VR和無接觸連接都是非常有機(jī)會的應(yīng)用可以讓60GHz技術(shù)揚(yáng)長避短，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。
責(zé)任編輯：王良地
