毫米波技术推动着信息时代的发展

文章作者:Giovanni D'Amore

据预测，到2023年，联网设备将超过290亿台，其中M2M(机器对机器)连接将占总数的一半。这种类型的通信需要依赖非常高的传输速度和低延迟，以实现关键任务应用，如自动驾驶汽车和先进的驾驶员辅助系统。

移到mmWave

毫米波无线电频谱是电磁频谱的一部分，频率从30到300GHz。直到最近，用于通信的频率还仅限于微波频段，通常为3-30GHz。大多数商业无线网络使用这一频段的较低部分——800MHz和6GHz。你的智能手机上的3G/4G/5G蜂窝网络连接，你家的Wi-Fi，你的无线耳机上的蓝牙连接，以及几乎任何你能想到的东西，都使用这些频率来传输信息。

但是，尽管消耗数据的用户和设备的数量呈指数级增长，电信运营商可用的无线电频谱频带却没有改变。每个用户都被分配了有限的带宽，导致速度变慢和频繁断开连接。

解决这个问题的一种方法是在频谱容易获得的波段上传输信号。毫米波(mmWave)频段提供了大量未充分利用的带宽、频率重用和信道带宽，这使得它特别适合于千兆位移动通信系统和高通量卫星。工作在mmWave波段的组件更紧凑，体积更小，这使得它们在高密度设备同时工作且距离很近的情况下特别有用。

这些优点使mmWave技术成为提高数据传输性能的途径——信息时代引擎的涡轮。以下是mmWave技术是关键促成因素的四个用例。

多千兆位连接的容量和速度

为了满足越来越多的移动蜂窝网络用户对高质量服务的需求，对网络运营商来说至关重要。

更多的用户和更多的连接意味着网络的压力。但是，虽然我们假设空气是一种无线传输介质，没有带宽限制，但它确实有。

如果连接数量的增加和网络不能适应这种新的需要,就像在一个大足球比赛,不能打电话或信息我们的朋友由于绝大多数的用户想要在同一时间做同样的事情。

像5G或Wi-Fi (802.11ay)这样的新技术旨在克服这些挑战，并保证“在人群中提供优质服务”。为了满足预期的数据吞吐量需求，需要在mmWave范围内采用高频段来容纳更多的用户，在仍然没有干扰且尚未分配的频谱区段中。mmWave波段提供信息带宽，允许数据传输速率高达10Gbps。这相当于光纤，比目前的4G技术快一百倍。

由于高频相对于大气吸收的特性，当你移动到更高的频率时，传输范围会变得更短。毫米波允许近距离通信达到100米，而不是千米。在这种情况下，频率可以重用，允许同时运行的网络不相互干扰。波束形成等技术也提高了蜂窝网络的容量，通过针对用户提高了传输效率。

E更灵活的卫星通信

卫星通信在全球电信系统中起着至关重要的作用。目前有3 000多颗运行卫星在轨道上，其中1 800多颗是通信卫星。

在过去两年中，多个商业卫星运营商已经开始发射高通量卫星星座。与传统的固定、广播和移动卫星服务相比，这些下一代卫星将能够提供更多的吞吐量——高出400%。

与传统卫星技术中使用的宽波束相比，通过在蜂窝网络中使用“点波束”架构来覆盖所需的服务区域，实现了容量的显著增加。

这种架构的优点在于更高的发送/接收增益，允许使用更高阶调制，从而实现更高的数据速率。此外，由于一个服务区被多个点波束覆盖，操作人员可以配置多个波束来重用相同的频带和偏振，在需要时提高容量。

目前大多数高通量卫星在Ku (12-18GHz)和ka (26.5-40GHz)频段工作，但频率越来越高，正在部署在Q和v波段(40 - 75GHz)。

利用毫米波分辨率的汽车雷达

汽车雷达是最可靠的测距技术，在几乎所有情况下都能探测到物体的距离和运动，包括速度和角度。它使用反射的无线电波来探测其他障碍物后面的障碍物，信号处理要求低。

目前，以24GHz窄带传感器为主流的汽车雷达传感技术正迅速向高频76-81GHz频段和宽5GHz频段发展，提供了更高的距离分辨率和对雾、烟等干扰的免疫力。更高的频率和更宽的带宽带来的改善是显著的，因为距离测量和最小可分辨距离的误差与带宽成反比。

从24GHz过渡到79GHz提供了20倍的性能。波长越小，速度测量的分辨率和精度就越高。因此，通过从24GHz过渡到79GHz，速度测量可以提高3倍。

从传统的24GHz系统过渡到79GHz系统的另一个优势是体积和重量的增加。由于79GHz信号的波长是24GHz系统的三分之一，一个79GHz天线的总面积是一个类似24GHz天线的九分之一。开发者可以使用更小更轻的传感器，并更容易地隐藏它们，以获得更好的燃油经济性和汽车设计。万博投注网址

开启了一个延伸现实的新时代

扩展现实(XR)是一个新兴的术语，它涵盖了所有沉浸式技术，包括我们已经拥有的所有技术增强现实、虚拟现实、混合现实其中的面积是插值的。XR将在娱乐、医学、科学、教育和制造业等不同领域有令人兴奋的应用，改变我们看待和与周围世界互动的方式，无论是真实的还是计算机生成的。

虽然VR和AR应用已经存在，但采用缓慢，主要原因是带宽和延迟，因为今天的无线网络对这些应用有严重的限制，这可能会完全否定用户体验。

在5G中实现的毫米波技术将增加传输带宽和低延迟，将加强现有经验，使新经验成为可能，为大规模采用铺平道路。

但是，要提供真正的沉浸式增强现实，数据速率至少需要提高10倍，这仍然是5G技术面临的主要挑战。随着技术的不断创新，mmWave无线电频谱将成为解决6G挑战的关键。

6G将是第六代广域无线技术，将频段扩展到太赫兹(THz)，超过了5G运行的mmWave频率范围。6G还将把5G的数据速率从20Gbps提高到1Tbps。此外，6G将将延迟降低到小于1ms。因此，6G的流量容量将从5G的10Mbps/m增加到理论上的最大值10Gbps/m。

全息通信，触觉互联网和完全沉浸式虚拟/增强现实是其他应用，这一未来技术将使其成为可能，mmWave将再次成为变革的引擎，并可能触发一个新时代的开始，在那里创造力和增强现实想象力将成为我们生存的中心。

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乔凡尼爱在Keysight Technologies领导射频和微波产品业务。他曾在惠普，安捷伦技术和现在的Keysight技术的产品线中担任多个职位。Giovanni是一名工程师，拥有意大利巴勒莫大学(University of Palermo)电子和电信硕士学位，并撰写了几篇关于微波测量技术的文章。他经常在IMS和EuMW等微波会议上发言。