毫米波在通信领域的应用与产业化

对短距离高速无线通信需求的日益增长,各国在60 GHz频段相继分配了超过5 GHz带宽的免许可频谱,60 GHz毫米波无线通信成为广受关注的新热点之一。在介绍毫米波技术的基础上,概述了其在通信领域的产业应用,以及60 GHz标准化和产业化的发展趋势及面临的挑战。     

60GHz毫米波通信系统中常用调制方式下的信道容量分析

本文简要介绍了60GHz毫米波通信系统的发展,给出了60GHz毫米波通信系统的链路预算模型,在此基础上推导了常用的几种调制方式下的系统容量,尤其是推导出系统容量与通信距离的关系,为实际工程应用打下一定理论基础,最后对文章中提出的公式进行了Matlab仿真,对60GHz通信技术未来发展进行了展望。     

毫米波通信将成为主流

60GHz毫米波通信的研发工作正日益活跃起来（见图1）。该技术面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数GbPS的超高速无线传输。在业内多家厂商的积极推动下，毫米波通信今后的应用将会不断扩展。英特尔公司首席工程师Alexander Maltsev就表示：“几年后，毫米波通信无疑将会变得不可或缺。”这一技术目前面临的问题是元器件成本较高。     

IEEE 802.11ad标准及应用

工作在60 GHz毫米波频段的高速无线通信技术在无线显示、设备间高速同步等领域具有广泛的应用前景。主要分析了毫米波短距离通信的重要标准IEEE 802.11ad的系统架构和技术特点,介绍了WiGig联盟基于IEEE 802.11ad标准开发的不同协议适配层,并总结了IEEE 802.11ad技术的典型应用场景和发展趋势。     

毫米波无线通信系统的技术与研究展望

随着对实时高速应用需求的增加,60GHz毫米波无线通信系统作为未来4G系统的组成部分引起了广泛关注,本文简介了60GHz毫米波技术的发展现状、系统结构和潜在的应用领域。针对一系列的研究热点问题,包括信道传播、天线技术、集成电路设计、调制方案,详细地进行了分析和阐述。     

全硅77GHz、+17.5dBm功放迎来新的毫米波应用

毫米波技术的发展使得77GHz带宽汽车雷达和60GHz带宽短程通信的应用成为可能,上述频率一般是通过化合物半导体来实现的。最近,设计人员设法用Si制造出象低噪声放大器(LNA)和压控振荡器(VCO)这样的毫米波部件,加里福尼亚理工学院的A·Komijani和A·Hajimiri就研制出全集成Si功率     

ROF系统中毫米波光学生成方法的研究

毫米波光学生成技术是光载射频（ROF）通信中的关键技术之一,基于光学方法的毫米波信号已成功用于超宽带毫米波通信、测量、传感网络、军用雷达等民用和军用系统。为此介绍了ROF系统中毫米波副载波的几种常见产生方法（包括直接强度调制、外部强度调制、上变频和光学自外差）,并对其优缺点进行了分析比较。     

毫米波频率综合器研究进展

频率综合器的性能对通信系统有极大的影响,本文简要介绍了频率综合器的基本原理,系统全面地综述了毫米波频率综合器的国内外研究进展,着重报道了单片微波集成电路(MMIC)工艺实现的60GHz锁相频率综合器理论和实验研究最新成果,分析了各种电路实现的优点和不足之处,预测了毫米波频综的发展趋势及相关技术要求,提出了一些有益建议。     

60GHz微带波导转换结构设计及其在通信集成前端中的应用

60 GHz无线通信技术具有非常宽的带宽,可以应用于超高速无线数据传输,已经成为第四代无线通信的重要组成部分,学术界和工业界对此投入了持续的关注。对60 GHz频段微带波导转换结构进行了设计,结果显示在57 GHz～64 GHz通信频率范围内,插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-15 dB,达到了实用化要求。并利用MMIC芯片完成了60 GHz毫米波通信系统T/R模块的集成设计,对QPSK通信体制下的调制和解调信号进行了分析,验证了系统的可行性。     

28 GHz室内毫米波信道路径损耗模型研究

毫米波信道建模是第五代（the 5th Generation,5G）移动通信系统的关键技术,而路径损耗是表征毫米波信道传播大尺度衰落影响的重要参数.为了更好地理解毫米波信道的传播特性,应进行广泛的信道测量与建模.因此,对28 GHz室内环境进行了信道测量,并给出了相应的毫米波信道路径损耗模型,同时基于入射及反弹射线法/镜像法仿真分析了路径损耗传播特性.研究结果表明:实测结果与仿真结果一致性吻合良好,从而验证了入射及反弹射线法/镜像法的正确性;自由空间邻近（Close-In,CI）参考距离路径损耗模型表达式更简洁,鲁棒性更强.最后,本文给出了一种普遍适用的用来表征室内视距（Line-of-Sight,LOS）与非视距（Non-Line-of-Sight,NLOS）环境28 GHz与60 GHz毫米波信道的路径损耗模型.     

0.18-μm CMOS工艺实现的毫米波宽带片上天线

本文论述了一个在0.18-μm CMOS低阻衬底（10 ?.cm）上实现的宽带毫米波片上贴片天线。天线的宽带特性是通过降低天线的Q值以及激励高阶辐射模式来实现的。本天线利用片上顶层金属做贴片,利用探针台做片外地平面构成贴片天线结构。片上的地平面通过片上PAD,探针和探针台实现了片上地平面到片外地平面的连接。仿真得到天线S11小于-10dB的区间为46GHz到95GHz,这与在40GHz到67GHz频段内的测试结果很好的吻合。Ansoft HFSS的仿真结果显示该天线在60GHz处有-5.55dBi的最大增益以及4%的辐射效率。和目前的技术发展水平比较,本天线得到了更宽的宽带特性。本天线结构可以满足宽带毫米波通信和毫米波成像的需求。     

多频带的D波段毫米波通信

D波段是毫米波频段的一种,其频率范围在110~170 GHz。作为一种新的频段资源,它有着更高的载波频率,因此可以承受更大的带宽和传输速率,成为毫米波通信中的研究热点。本文首先对系统传输链路进行理论分析,然后基于光生毫米波系统产生了134.4 GHz的D波段毫米波,并考虑到实际应用中的多用户情况,通过直接调制器和IQ调制器产生了5个频带的D波段毫米波信号,对其传输性能进行了实验探究。验证了其传输性能和传输速率及传输距离之间的关系。     

基于射线追踪的高速场景V2I链路的干扰研究

毫米波通信能够满足目前车辆与基础设施之间通信中低延迟、高可靠性和高数据传输速率的要求，是V2I中的关键技术和重要研究方向。为探究中继车及车流量的不同对V2I通信的干扰，对毫米波（22.1～23.1 GHz）波段的高速场景中V2I通信进行了射线追踪仿真。考虑到频率规划策略、中继车数量和车流量的不同，分析比较了不同部署方式下的信干噪比分布，为V2I通信系统的设计和部署提供支持。     

毫米波视距MIMO安全通信技术研究

移动通信和信息社会的高速发展对宽带高速数据传输提出了较高的要求,而毫米波多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）技术成为实现高速安全数据传输的重要技术途径.考虑到一些特殊的需求和应用场景,比如对偏远地区的覆盖,构建应急通信系统,特别是军事宽带战术互联网,基于空中移动平台的毫米波MIMO技术成为当前研究的一个热点.本文充分调研国内外相关文献资料,阐述了毫米波视距（line-of-sight,LoS）MIMO信道建模、天线阵列优化、混合波束成形设计以及物理层安全等相关技术的当前进展、存在的挑战,并指出未来的研究方向,推动基于空中平台的毫米波MIMO系统的工程化应用.     

60GHz毫米波无线通信技术标准研究

随着多媒体设备的广泛应用,世界各国相继开放60 GHz频率附近大于5GHz频宽免许可频带,60 GHz毫米波无线通信系统的研究成为学术界和产业界研究的新热点之一.综述了60 GHz无线通信的优势和应用范围,介绍了国内外技术标准和产业发展动向和趋势.     

毫米波技术新进展

毫米波技术近年来发展十分迅速,不仅在发射机、接收机和元器件方面,而且在导弹制导、雷达、通信、遥感和射电天文等系统应用方面都取得了很大的进展。通常认为毫米波段的频率范围是30～300GHz。1976年美国电气工程师协会(IEEE)提出将40～300GHz 作为毫米波段,而将27～40GHz 定义为K_(?)波段。毫米波段的特点是对于给定的天线尺寸,天线的波束宽度较微波小,增益较微波高。反过来,对于给定的增益和波束宽度,毫米波段可使用比微波更小的天线。早在第二次世界大战期间,就已制成了频率为     

24 GHz CMOS功率放大器芯片设计

24 GHz频段在车载雷达和无人机方面应用广泛,但面临着提高集成度、降低成本的挑战,而CMOS毫米波芯片因其成本低和易于系统集成的优点,在毫米波通信系统的应用中占据着越来越重要的地位。因此提出一种基于CMOS工艺的24 GHz功率放大器芯片的设计方法,包括24 GHz功放芯片的应用,以及有源器件的版图对其特征的影响及设计,给出了CMOS毫米波无源器件的特征及建模设计,最后对无源与有源器件进行了联合仿真,得到一个PAE为17%、Pout为10.7 d Bm的单级24 GHz功率放大器芯片。     

5G毫米波产业发展现状和应用场景分析

目前国内6GHz以下5G系统已经全面商用,行业目光开始转向5G毫米波系统。产业链在毫米波高频器件性能、波束赋形和波束管理算法、链路特性等方面均开展了深入研究。运营商也已经开始从系统应用角度考虑5G毫米波部署和应用问题。毫米波一般指波长为频率为30~300GHz的电磁波。在毫米波频段可以构建高达800MHz的超大带宽通信系统,通信速率高达10Gbit/s,可以满足ITU对5G通信系统的要求。毫米波已经成为3GPP 5G移动通信系统的必要组成部分。     

智能网联汽车频率共存性问题初探

以未来智能网联汽车两大关键部分——“毫米波雷达”与“5G通信”为研究对象,通过理论分析,选取5G通信中n258频段(24.25~27.5 GHz)与窄带毫米波雷达频段(24.00~24.25 GHz)间的相互影响进行研究。通过搭建测试平台,在业内首次实现了车载系统共存性测试。研究结果表明,24 GHz毫米波雷达性能会受5G通信中临近频段的影响,需为两种无线业务提供一定带宽的频谱隔离。此项研究得到了工信部无线电管理局的支持,研究成果将作为国内5G频段规划的支撑材料。     

毫米波通信系统QPSK调制器设计

为解决毫米波通信系统中数据速率和频谱资源紧张的难题,采用直接数字频率合成(DDS)和锁相环(PLL)技术,基于改进的π/4-QPSK调制方式,以现场可编程门阵列（FPGA）为控制单元,设计了一种用于毫米波通信系统的QPSK调制器。重点介绍了应用FPGA实现Gold码的编码过程,并给出了Gold编码Modelsim仿真结果。测试结果表明,该毫米波调制器工作稳定,QPSK调制信号中心频率30 GHz,数据速率3 Gb/s,输出功率大于4 dBm,相位噪声优于-100 dBc/Hz@10 kHz,可用于实际工程。