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            毫米波从实验室走进现实

            2019-02-19  来源:中国信息产业网-人民?#23454;?#25253;  作者:那文

            5G商用在即,尽管ITU已经明确了5G的关键技术指标,并给出了5G的商用化进程时间表,但5G发展仍然面临较大的不确定性,其中高频段发展路线尚不清晰。IMT-2020(5G)的工作推进组之前公布的计划显示,我国今年将启动5G增强及毫米波技术研发试验等工作。事实上,我国在毫米波技术上的积累并不薄弱,许多研究机构和大学都有相关的研究积累,在基站技术中也有一定程度的应用。可以预见,这项技术有望在今年走向更为广泛的商业现实。

            加快部署是趋势

            中国通信学会发布的《通信集成电路系列前沿报告》认为,无线通信的最大信号带宽大约是载波频?#23454;?%左右,因此载波频?#35797;?#39640;,可实现的信号带宽也越大。在毫米波频段中,28GHz、39GHz和60GHz频段是最有希望使用在5G的频段。28/39GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz,而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则到了2GHz。相比而言,4G LTE频段最高频?#23454;?#36733;波在2GHz上下,而可用频谱带宽只有100MHz。 因此,如果使用毫米波频段,频谱带宽轻轻松松就翻了10倍,传输速?#23460;?#21487;得到巨大提升。从长远来看,未来的超5G技术可能采用140GHz的载波频段,实现吉赫兹的连续通信带宽从而实现更宽带更高速的无线互联。

            那么,毫米波的优势在哪里呢?首先,相比于传统6GHz以下频段毫米波天线的物理尺寸可以比较小。这是因为天线的物理尺寸正比于波段的波长,而毫米波波段的波长远小于传统6GHz以下频段,相应的天线尺寸也比较小。因此可以方便地在移动设备上配备毫米波的天线阵列,从而实现各种MIMO技术。

            另一个特性是毫米波频段在空气中衰减较大,且绕射能力较弱。毫米波在空气中衰减非常大这一特点也注定了毫米波技术不太适合使用在室外手机终端和基站距离很远的场合。各大厂商对5G频段使用的规划是在户外开阔地带使用较传统的6GHz以下频段以保证信号覆盖率,而在室内则使用微型基站加上毫米波技术实现超高速数据传输。因此,毫米波通信技术必须满足微型基站的小型化和高能效需求。

            放眼全球,很多国?#19994;?#36816;营商和制造商都在进行毫米波频段的5G系统研究以及验证工作。AT&T不久前表示将?#20013;?#25512;进毫米波的部署,Verizon早已展示了28GHz 5G无线原型系统,高通和英特尔都已发布了支持28GHz毫米波频段的基带芯片。

            高频器件是掣肘

            总体来说,毫米波频段通信面临的挑战主要受限于高频器件,相关的高频核心器件主要包括:功率放大器、低噪声放大器、锁相环电路、滤波器、高速高精度数模及模数转换器、阵列天线等。

            为满足更高阶调制方式及多用户通信等需求,高频功率放大器和低噪声放大器需要进一步提升输出功率、功率效?#22987;?#32447;性度等性能;锁相环系统需要进一步改善其相位噪声及调谐?#27573;?#31561;性能;滤波器需要提升其带宽、插入损耗等性能;数模及模数转换器件要求满足至少1GHz的信道带宽的采样需求,提高精度并降低功?#27169;?#26032;型的高频阵列天线需要满足高增益波束和大?#27573;?#31354;间扫描?#30830;?#38754;需求;作为5G高频段通信系统走向实用化的关键步骤,低成?#23613;?#39640;可靠性的封装及测试等技术也至关重要。

            关键词:频段 毫米波技术 毫米波通信 太赫兹 频谱带宽

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