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毫米波未来将如何发展

通信视界 2020-09-27 14:21 次阅读

毫米波是5G不可或缺的一部分,助力5G释放全部潜能,全球5G毫米波产业蓄势待发。作为5G的最佳搭档,毫米波未来将如何发展?通信世界全媒体与你一起聚焦5G毫米波,共瞻5G毫米波蓄势待发!

毫米波(mmWave)正在成为5G时代的热门词汇。几年前,毫米波还只是实验室阶段的小众技术,如今,毫米波已经成为全球运营商都在研究和试点的热门技术。

根据3GPP协议规定,5G网络主要使用两段频率:FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz~6GHz,又称Sub-6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz~52.6GHz,通常被称为毫米波。如果说低频段是5G的基础覆盖网络,那么毫米波就是5G重要的热点补盲技术。毫米波将与Sub-6GHz技术相辅相成,共同释放5G的全部潜能。

覆盖距离短?是劣势也是优势

与Sub-6GHz相比,毫米波具有四大优势:一是毫米波频谱资源丰富,用户体验速率更高;二是技术实现上毫米波通信时延更小;三是毫米波天线小、设备轻、量化容易实现,部署更加方便;四是毫米波由于点对点通信的机理,定位精度较Sub-6GHz更高。

毫米波传播主要以视距传播和非视距传播为主。但是,毫米波传播损耗更大,容易被遮挡,是优势也是劣势。优势在于,在应用中容易形成隔离,便于覆盖的控制,从而实现覆盖岛之间的不同配置。例如,工厂园区覆盖摄像头监控区域可配置为上行优先,而在厂房传送软件下载则可配置为下行优先。劣势在于,在服务2C用户时,由于传播穿透效果差,因此基站覆盖范围小,要实现与Sub-6GHz接近的连续覆盖需要部署更多的站点,所以毫米波仅适合应用于热点区域与Sub-6GHz联合组网使用。

毫米波商业前景广阔

毫米波技术频谱丰富、潜力大、应用前景广阔,但由于当前处在5G产业初期,应用较少,市场空间不明朗。但预计到5G中后期,在Sub-6GHz频段充分应用后,毫米波将是必然选择。毫米波增强5G服务社会的能力是可以预期的,可很大程度上扩展5G系统的服务能力区间,以适应日趋增长的数据流量需求,并激活面向垂直行业的创新,从而促进全社会的数字化转型。

GSMA数据显示,5G毫米波作为高速接入、工业自动化、医疗健康、智能交通、虚拟现实等方面的核心使能技术之一,预计将在2035年之前对全球GDP做出5650亿美元的贡献,占5G总贡献的25%,而在2034年之前,在中国使用5G毫米波频段所带来的经济收益将达到约1040亿美元。

从全球部署情况来看,全球运营商都在积极推进毫米波商用。GSA 6月报告显示,全球有123个运营商在投资毫米波,其中21个运营商正在计划实施或部署5G毫米波网络。根据GSMA的报告,目前北美在应用28GHz(n261)、39GHz(n260)两个频段,规划分配24GHz、47GHz频段。日、韩在用28GHz(n257)频段,并规划40GHz频段,欧洲、澳大利亚与中国均在考虑26GHz(n258)频段。美国、日本、韩国已经开始在商用网络中部署毫米波频段。

毫米波标准、频谱基本就绪

毫米波在频谱和标准方面也基本成形。2019年11月,国际电联世界无线电通信会议(WRC-19)为5G确定了更多的频段,包括24.25~27.5GHz、37~43.5GHz、45.5~47GHz、47.2~48.2GHz和66~71GHz,这为各国规划毫米波频段提供了很好的参考依据。

在标准方面,毫米波标准化程度在R15版本已经相对较高,能够支持商用,已经能充分应用毫米波的大带宽特性,并定义了用户配对、用户跟踪、多载波管理等与Sub-6GHz不同的部分。目前毫米波基站与终端(包括手机与CPE)均有成熟的商用产品。R16版本对毫米波做了增强,进一步进行了优化,通过减少系统开销、增强性能、提高网络覆盖来提升频谱效率,如引入高阶的256QAM调制,同时完善了场景,如采用IAB回传。

毫米波的主要应用场景

毫米波应用主要分为2C和2B两种。

在2C的应用场景中,毫米波更适合应用于业务量密集的街道,如比赛场馆、演出场馆等场景服务手机终端,另外也可以作为回传补充实现IAB,用Backhaul来实现回传达成5G基站的部署,从而扩展网络的服务范围。

基于毫米波在5G网络中的特殊物理特性,运营商普遍对毫米波场景定位有一定的共识,即商业步行街区、各类场馆、车站、机场等的业务极热点。目前绝大部分运营商在做早期的测试验证,部署策略是城市的高业务热点区的容量吸收层。

未来,毫米波由于设备小、易于部署、容量极大、随着技术的更新可以提供单点超过10Gbit/s的速率能力,为应用提供了非常好的传送能力,将加速更逼真影像技术的产生,如全息通信、沉浸式VR云游戏、网联机器人等业务。

例如,2020年初,Verizon就在赛场利用毫米波5G实现了几个4G无法承载的业务:VR实时观赛让观众可以在场内选择不同的视角来利用VR头盔、手机观看比赛;AR赛事解说,利用手机实时与后台的数据分析联动,可以叠加影像来查看球员信息、比赛数据;Verizon还与Fox媒体合作,直接将比赛实况利用5G网络对接卫星分发。

在2B应用中,毫米波以高速率、低时延、容易隔离、定位精度更高的特性,可以应用于智能工厂、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媒体转播、快速布放监控等业务。

在行业应用方面,欧洲、日本等对毫米波规划了商业应用并积极开展试点,以2B的差异化应用为主,以应用需求为导向,表现出区域性优化特征,配置要求的多样性。毫米波在这类应用场景下,是独立承载业务或作为具备特殊物理特性的网络层来满足部分或某几类终端的应用需求。

Wi-Fi为何不能替代毫米波?

也许有读者问,作为短距离高速率传输技术,Wi-Fi也可以用来配合5G中频段信号补盲,成本也较低,为何非要选择毫米波呢?

对此,一位中国移动专家对记者表示,毫米波与同频段的Wi-Fi相比,由于带宽都很大,所以速率基本相当。但5G毫米波的波束管理、多用户调度、资源分配/负载控制/站间协作/高低频协作等方面的协议和算法更加完善,使得5G毫米波通信的可靠性更高、连续性更好、用户体验更好。2B将是毫米波未来的主要应用场景,2C的室内和室外热点区域也都是毫米波发挥作用的场景,毫米波应用到2B场景中,更可靠、更稳定、更安全。

“Wi-Fi是竞争性接入,在多用户场景下因缺少集中调度,QoS会恶化。而5G毫米波有集中调度能力,而且因为毫米波大带宽和Massive MIMO功能,对多用户并发下的性能支持更好。”一位终端行业的专家表示。

应该说在频谱效率相似的情况下,近距离(室内)通信的速率差异在于带宽大小。如果近距离通信的用户数比较多、移动性比较强,则采用蜂窝网络更有优势、有保障;如果用户数不多,移动性不强,则Wi-Fi的价格更有竞争力。

原文标题:5G毫米波专题 | 毫米波释放5G全部潜能

文章出处:【微信号:txshj123,微信公众号:通信视界】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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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 15:33 150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 15:33 152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 30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 80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 15:07 184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 89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 15:06 127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 15:05 350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 12:05 166次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz