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浅析毫米波产业发展现状及挑战

2020-09-24 16:37 次阅读

5G使用的频段分为6GHz以下频段及毫米波。在6GHz以下频段,超高速、大容量通信没有得到明显改善,而这些特性都符合毫米波波段特性。如今,5G建设如火如荼,毫米波自然引起业界关注。

根据2020年8月的数据,目前已经有22家运营商在全球范围内部署了毫米波5G系统,美国、日本和韩国重点在28GHz频段部署了商用网络。同时美国还在考虑26GHz频段商业化的情况。总体而言,毫米波产业尚未成熟,对于运营商及设备厂商而言,机遇与挑战相伴相生。为探究毫米波产业发展进度,解决毫米波在发展过程中遇到的挑战,展望毫米波产业的未来,通信世界全媒体记者采访了中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员张俪。

毫米波具备多项优势

与6GHz以下频段相比,毫米波具有频谱丰富、时延小等优势。张俪表示,第一,毫米波频谱资源丰富,载波带宽可达400MHz/800MHz,无线传输速率可达10Gbit/s以上;第二,毫米波波束窄、方向性好,有较高的空间分辨力;第三,毫米波波长短、天线尺寸小,大规模阵列的小型化、轻量化更易于实现;第四,毫米波子载波间隔大,单SLOT周期(120kHz)是低频Sub-6G(30kHz)的1/4,空口时延降低,可满足行业需求;第五,毫米波室内外隔离好,更有利于室内外使用不同帧结构时消除室内外干扰。

毫米波最大的特点是大带宽。在张俪看来,相较6GHz以下频段,毫米波可提供更高的用户体验速率,可满足公网及行业用户超大容量并发的业务需求,进一步提升5G网络能力。考虑到毫米波频段损耗大,穿透和绕射能力差,易受外界环境影响,覆盖距离受限,适用于反射径丰富及空旷少隔离的区域,一般被用于容量层的补充、热点覆盖及固定无线接入等多类场景,如公网室内高容量热点场景,如机场、火车站、大型商圈等;公网室外高容量热点覆盖,如遮挡不严重可举行大型集会的广场、体育场馆、核心主干道等;行业网上/下行高流量、低时延需求,如工业互联网、高铁站点、媒体、医疗等;固定无线接入FWA场景,解决独栋或多层公寓商铺的无线宽带服务等。此外还有其它应用场景有待进一步探索。

浅析毫米波产业发展现状及挑战

“但我们仍需看到,毫米波频段传播损耗大、覆盖能力偏弱,因此连续覆盖难度大,应用场景受限。”张俪强调,这会导致毫米波网络建设对基站产品技术要求较高,在目前尚未形成规模的情况下,设备及整体建网成本高。同时高频段器件相对6GHz以下频段的器件功耗效率低,将导致整机功率效率偏低。总体来看,不论是运营商的毫米波组网方案,还是设备厂商的成本控制都会面临更大挑战。

全球5G毫米波研究如火如荼

由于毫米波具备大带宽、低时延等技术优势,目前电信运营商对毫米波定位较为清晰,即应用于公网业务热点及高流量、低时延需求的高价值行业网。在张俪看来,美国由于5G初期无6GHz以下频谱规划,先行以毫米波发展FWA(固定接入)业务为主,随后提供eMBB业务,但部署规模有限,覆盖连续性有待优化。日韩、欧洲等区域正在规划商业应用。各国以应用需求为导向,表现出区域性特征,部署策略多种多样。国内也正在积极开展毫米波频谱规划及技术研究工作,为后续网络建设做准备。

具体而言,全球自2018年上半年启动毫米波频谱拍卖,目前已有北美、亚太、欧洲等多个区域进行了毫米波频段的频谱分配,如美国于2020年完成24GHz(24.25GHz~24.45/24.75GHz~25.25GHz)、28GHz(27.5GHz~28.35 GHz)、37GHz(37GHz~38.6GHz)、39GHz(38.6GHz~40GHz)以及47GHz(47.2GHz~48.2GHz)频谱拍卖,为5G商用部署提供了充足的频率资源。韩国于2019年完成28GHz(26.5GHz~29.5GHz)频谱拍卖,欧洲毫米波频谱集中在26GHz(24.25GHz~27.5GHz),部分国家已经完成频谱拍卖工作。中国台湾在2020年1月完成28GHz频谱拍卖。张俪表示,WRC-19大会为IMT划分了17.25GHz频段,我国涵盖了26GHz频段和40GHz频段,共9.75GHz带宽频率,目前国内研究的重点是26GHz(24.75GHz~27.5GHz)。

“目前3GPP已经完成了Rel-15、Rel-16两个版本的协议制定工作,并在进行Rel-17的标准化制定工作。”张俪表示,其中Rel-15的毫米波系统完成了基本功能的定义,包括基于多波束的同步与接入机制,天线端口的准共址映射关系、层一的RSRP测量与上报、波束失败恢复等与毫米波波束管理和传输相关的技术。在Rel-16中,针对毫米波的系统配置进行了降低时延与开销的优化工作,在Rel-17中针对移动性、更多场景以及更高频段正在展开研究工作。具体的商用时间、商用版本和各国的频率分配策略、时间相关,需要参考各个地区的政策法规而定。

毫米波的成熟尚需时间

毫米波技术频谱资源丰富、可挖掘潜力深、应用前景广阔,当前仍处于5G产业初期,毫米波的成熟尚需时间。张俪认为,毫米波在技术方案、电性能指标、产品成熟度、成本等方面有待逐步优化。在芯片方面,5G毫米波国产芯片的量产能力有待验证,目前主要集中于高校及研究所开发,亟待推动国内产业链成熟。此外,毫米波功放等器件效率低,导致整机功耗高,不利于规模商用。

在基站设备方面,毫米波应用技术和成熟度不高,设备成本目前偏高,不利于市场推广,有待进一步研究降本方案;在终端设备方面,支持毫米波的终端种类和数量仍需丰富;在测试方案方面,毫米波的基站测试技术与6GHz以下频段存在较大差异,部分性能、指标和可靠性测试方案还需进一步完善。

但张俪认为,毫米波增强5G服务公众、服务社会的能力是可以预期的。GSMA在《在毫米波频段提供5G服务的社会经济效益研究》中预测,2020—2034年,毫米波5G对全球GDP的贡献将呈指数增长态势,2034年将为全球GDP贡献5650亿美元、贡献税收达1520亿美元,欧盟在2019年10月发布的《关于使用毫米波频段在欧盟部署5G生态系统的研究》中指出,毫米波5G可用于提供大容量的eMBB服务(固定无线接入、高清视频通信、虚拟/增强/混合现实),5G前传/回传,以及服务垂直行业如交通运输(火车和公共汽车)、制造/工业自动化、电网通信、智慧城市、医疗应用、公共安全等。

张俪表示,中国移动积极推动毫米波技术的成熟,配合工信部开展了一系列室外站+商用终端(智能手机及CPE)的端到端测试,测试涵盖直射径覆盖能力、穿透能力、速率时延等多类指标。此外,中国移动结合试点及测试,同步深入研究了毫米波室外传播模型及波束赋形方案,对比分析多种基站硬件架构,并调研国内外芯片及设备产业能力,为后续网络建设进行了充分的技术积累。
       责任编辑:tzh

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发表于 02-22 15:34 26次 阅读
HMC8100 800 MHz - 4000 MHz中频接收器

HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

和特点 高线性度: 支持高达1024 QAM的调制频率 Tx IF范围:200 MHz - 700 MHz Tx RF范围:800 MHz - 4,000 MHz Tx功率控制范围: 25 dB SPI控制接口 32引脚5 mm × 5 mm LFCSP封装 产品详情 HMC8200LP5ME是一款高度集成的中频(IF)发射器芯片,可将行业标准300 MHz至400 MHz IF输入信号转换为输出端的800 MHz至4000 MHz单端射频(RF)信号。 中频发射器芯片采用紧凑型5 mm × 5 mm LFCSP封装,支持高达1024 QAM的复杂调制频率。HMC8200LP5ME在大幅缩减尺寸和成本的同时可降低传统微波无线电的设计复杂性。HMC8200LP5ME具有−31 dBm至+4 dBm的IF输入功率范围,以1 dB步长提供35 dB数字增益控制,且模拟电压增益放大器(VGA)持续控制-20 dBm至+5 dBm的发射器输出功率。 该器件还具有三个集成式功率检波器。第一个检波器(LOG_IF)可用于监控中频输入功率。第二个检波器(SLPD_OUT)是一个平方律功率检波器,用于监控进入混频器中的功率。第三个功率检波器(LOG_RF)用于监控输出功率,可用于实现输出功率的精细调整。 应用 点对点通信 卫星通信 无线微波回程系统 另请查...
发表于 02-22 15:33 75次 阅读
HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 118次 阅读
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 16次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 45次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 106次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 41次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
发表于 02-22 15:06 61次 阅读
ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
发表于 02-22 15:05 214次 阅读
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 102次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz