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毫米波技术潜力大,应用前景广阔

微波射频网 2020-09-27 11:35 次阅读

与资源相对有限的Sub6G频谱相比,毫米波具有频谱丰富、连续性好的优势,能够支持高速率网络连接,因此成为5G商用必不可少的频段,也是目前各国运营商和设备商推进的重点。例如,近期爱立信在毫米波方面动作频频,先后与一加、OPPO和高通进行了毫米波的测试,在速率和应用场景方面不断突破。

“毫米波技术潜力大,频谱丰富,应用前景广阔。在5G中后期,随着Sub6G频段充分应用,毫米波将成为必然选择,带来超过千亿美元的市场空间。”爱立信东北亚区网络演进高级专家韩志聪近日在接受通信世界全媒体记者采访时表示。

技术优势突出,引发高度关注

根据GSA的数字,截至今年6月全球共有123家运营商投资毫米波,其中21家运营商正在计划部署5G毫米波网络。毫米波在全球的受欢迎程度由此可见一斑。

目前,全球用于5G的毫米波资源集中在24.25GHz~29.5GHz(n257、n258、n261),37GHz~40GHz(n260)以及40.5GHz~43.5GHz(n259)。全球已有28家运营商完成毫米波频谱分配,美日韩已开始在商用网络中部署毫米波。根据GSMA的报告,北美已应用28GHz(n261)和39GHz(n260)频段,规划分配24GHz和47GHz频段;日韩已应用28GHz(n257)频段,规划40GHz;欧洲、澳洲和中国均在考虑26GHz(n258)频段。

那么,毫米波为何成为5G的香饽饽?这还要从其技术和应用优势说起。众所周知,毫米波具有频谱高、波长短的物理特性,加之之前占用较少,因此与Sub6G相比具有明显的技术优势。爱立信东北亚区无线产品线产品经理孙可将毫米波的优势总结为以下几点:第一,频谱丰富,用户体验速率高;第二,时延极低;第三,天线小,设备轻量化,部署方便;第四,采用点对点通信机理,定位精度较sub6G更高。

也许有人会诟病毫米波频谱高所产生的传播损耗大、容易被遮挡的问题,但是孙可认为,没有绝对的劣势技术,某些时候劣势也可转化为优势。“波长短,在应用中更容易形成隔离,便于对覆盖的控制,从而实现覆盖岛之间的不同配置。”孙可认为。例如,工厂园区摄像头监控区域可配置为上行优先,厂房传送软件下载则可配置为下行优先。

3GPP早已将毫米波优势资源纳入5G标准化工作中。据悉,在R15版本中,毫米波的标准化程度已经较高,能够支持商用,定义了用户配对、用户跟踪、多载波管理等与Sub6G不同的部分。目前基站与UE(包括手机与CPE)均有成熟的商用产品。此后的R16版本又进一步做了增强和优化提升,通过减少系统开销、增强性能、提高网络覆盖以提升频谱效率,如引入高阶256QAM调制、完善IAB回传等场景。

技术优势明显,标准化工作推进顺利,毫米波引发了各国政府和运营商的高度关注。

适合热点场景和高精度定位业务

技术优势只有转化为商业优势,才能充分发挥毫米波的潜在价值,打通价值变现的闭环通路。那么毫米波适用于哪些应用场景?

爱立信东北亚区无线产品线产品经理刘威扬认为,毫米波的传播以Los径与反射径为主,这一特性决定了其特别适合于某些应用场景。面向2C,毫米波适合于业务量密集的街道、比赛场馆、演出场馆、车站等,服务于手机终端,也可以作为回传补充实现IAB,达成5G基站的部署,扩展网络服务范围;面向2B,毫米波因为高速率、低时延、容易隔离、定位精度高的特性,可以向不同方向优化,从而广泛应用于智能工厂、园区、码头、交通等领域。此外,毫米波的超大带宽属性,也可以应用于实时的媒体转播、快速布放的监控业务等。

上述场景目前已经在部分运营商得到了先行验证。例如,2020年初Verizon成功地在赛场上利用毫米波5G实现了如下4G无法承载的业务:第一,VR实时观赛,观众可以在场内选择不同的视角来借助VR头盔、手机观看比赛;第二,AR赛事解说,利用手机与后台数据分析实时联动,叠加景像来查看球员信息、比赛数据,还与FoX媒体合作,将比赛实况利用5G网络对接卫星直接分发。

展望未来,由于设备小、易于部署、容量极大,随着技术的更新,毫米波可以提供单点超过10Gbit/s的速率能力,为应用提供极佳的传送能力,加速全息通信、沉浸式VR云游戏、网联机器人等具有逼真影像业务的发展。

罗马不是一天建成的,毫米波的商用也在一步步推进,总体而言目前处于产业初期,应用范围较小,市场空间并不明朗。运营商绝大部分在做早期测试验证,用于城市高业务热点区的容量吸收、高端用户的口碑提升;欧洲、日本等运营商也在借助毫米波满足2B的差异化需求。

从产业链角度看,目前毫米波仍面临一些掣肘:基带处理要求高,计算量大,对回传要求高;天线物理尺寸小,设计集成度要求高,通常以IC芯片的方式实现,产品设计难度大、成本高、设计周期长;终端角度看,目前支持毫米波的比例较低,芯片丰富度不足,根据GSA最新统计,仅30%左右的终端支持毫米波。

“无论网络还是终端,均需产业规模商量才能降低成本。因此产业链需要就应用场景尽快达成共识,充分利用现有产业成果,推进产品规格的归一化定义,并对终端支持及早提出要求。”刘威扬认为。

爱立信协同全球运营商积极推进毫米波应用

作为全球主要的5G设备供应商之一,爱立信很早就开始了毫米波相关技术与产品的研发,并持续引领毫米波产业技术。韩志聪介绍,2018年爱立信因产业化毫米波天线与RFIC集成的PAAM阵列芯片而获得GTI大奖;2018年9月,爱立信先于3GPP标准在北美商用毫米波频段的FWA应用;2019年4月,爱立信与北美三大主要运营商AT&T、T-Mobile和Verizon率先实现毫米波面向智能手机的商用;2020年3月,爱立信联合高通首次获得商用网络、商用终端4.3Gbit/s的端到端业界最高速率。

据悉,爱立信毫米波产品已经经过3代迭代,面向应用场景进行了大量优化调整:第一代面向FWA应用;第二代面向移动终端应用,小型化和优化,易于街道站部署;第三代基带集成优化,大幅降低回传难度。韩志聪表示,爱立信一直在引领毫米波产品研发与优化,低功率、小型化、易部署是毫米波在5G时代的关键优化方向。

爱立信目前正协同运营商在全球积极推进毫米波的应用。截至2020年中,爱立信已经完成超过20个商用网或试点的建设。在我国,爱立信也在积极推进毫米波的测试和试验。

8月25日,爱立信在北京完成国内首个5G毫米波商用系统和商用智能手机测试。爱立信5G Streetmarco毫米波商用基站和一加的5G毫米波商用手机进行了对接,双方在中国信通院MTNet实验室完成了无线协议功能和峰值速率等性能测试,在怀柔外场进行了LOS(视距)和NLOS(非视距)等多种场景下吞吐率、业务时延,以及车载移动情况下波束跟踪、小区间切换和拉远覆盖等性能测试。

9月11日,爱立信的商用设备与OPPO的商用CPE进行了测试,完成了国内首个商用系统和商用CPE的5G毫米波测试,首家实现了采用商用终端外场下行峰值超过4Gbit/s,首家采用商用终端实现外场上行峰值达到210Mbit/s,在距基站2.3公里处,下行速率仍可达到200Mbit/s。

“在5G中后期,随着Sub6G频段充分应用,毫米波将成为必然选择,市场空间超过千亿美元,毫米波将扩展5G系统的服务能力区间,适应日趋增长的数据流量,激活面向垂直行业的创新,最终增强5G服务社会的能力,促进社会的数字化转型。”爱立信相信。

原文标题:近30家运营商完成频谱分配 毫米波成5G香饽饽

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HMC8100 800 MHz - 4000 MHz中频接收器

和特点 高线性度:支持高达1024 QAM的调制频率 Rx IF范围:80 MHz - 200 MHz Rx RF范围:800 MHz - 4000 MHz Rx功率控制范围:80 dB SPI可编程带通滤波器 SPI控制接口 40引脚6 mm × 6 mm LFCSP封装 产品详情 HMC8100LP6JE是一款高度集成的IF接收器芯片,可将频率范围为800 MHz至4000 MHz的射频(RF)输入信号转换为低至140 MHz的输出端单端中频(IF)信号。IF发射器芯片采用紧凑型6 mm x 6 mm LFCSP封装,支持高达1024 QAM的复杂调制频率。HMC8100LP6JE器件包括两个VGA、三个功率检波器、一个可编程AGC模块和可选集成式带通滤波器,具有14 MHz、28 MHz、56 MHz和112 MHz带宽。HMC8100LP6JE还支持混频器之后接基带IQ接口以便芯片可采用ODU完全配置。HMC8100LP6JE支持6至42 GHz范围内的全部标准微波频段。应用 点对点通信 卫星通信 无线微波回程系统还请查看互补产品中频发射器800 MHz - 4000 MHzHMC8200 。方框图...
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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 81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 15:33 120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 47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 15:07 108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。...
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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 15:05 216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 12:05 106次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz