5G時代的射頻革命具有毫米波設(shè)計能力的射頻工程師機會來了

2017-05-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

根據(jù)通信原理,無線通信的最大信號帶寬大約是載波頻率的5%左右,因此載波頻率越高,可實現(xiàn)的信號帶寬也越大。更快網(wǎng)絡(luò)速度,更大的網(wǎng)絡(luò)容量是5G的特點,因此5G會使用毫米波通信。

國際電信聯(lián)盟(ITU)與3GPP已共同規(guī)劃進行5G標(biāo)準(zhǔn)的兩階段研究。第一階段研究將著重于40GHz以下的頻率,以因應(yīng)較急迫的商業(yè)需求部份,完成時間訂為2018年9月。第二階段則預(yù)計從2018年開始,于2019年12月完成,目標(biāo)是達(dá)成IMT2020所列的KPI,并著重于高達(dá)100GHz的頻率。為了統(tǒng)一全球的毫米波頻率標(biāo)準(zhǔn),ITU在近期的世界無線電通信大會(WRC)結(jié)束后,公布了24GHz到86GHz之間的全球可用頻率的建議列表:

24.25–27.5GHz ,31.8–33.4GHz ,37–40.5GHz ,40.5–42.5GHz ,45.5–50.2GHz ,50.4–52.6GHz,66–76GHz ,81–86GHz

當(dāng)ITU、3GPP與其他標(biāo)準(zhǔn)組織決定以2020年作為定義5G標(biāo)準(zhǔn)的期限時,手機電信業(yè)者正加緊腳步推出5G服務(wù)。美國的Verizon與AT&T致力于在2017年推出5G的初始版本。韓國規(guī)劃在2018年奧運推出5G試行版,日本則預(yù)計在2020年的東京奧運展示5G技術(shù)。有了這些不同單位訂定各自的目標(biāo),適用于5G的頻率選項也逐漸浮上臺面:28GHz、39GHz與73GHz。這三種頻率的毫米波大氣吸收率都通較低。

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圖 1. 研究人員需要采用多種不同的支持技術(shù)、設(shè)備和方法來實現(xiàn)目前預(yù)想的六種 5G 技術(shù)特性。

雖然毫米的大氣吸收損耗有低損窗口,但是無線信號在大氣中的傳輸損耗IL=32.44+20log(d)+20log(F),對于毫米波信號而言,信號的自由空間衰減是很大的,比如20GHz的信號每百米的自由空間損耗為98.5db。并且毫米波的粒子特性明顯,繞射能力很弱,在信道途中若有遮擋,信號將被阻攔。因此,毫米波在空氣中衰減非常大這一特點也注定了毫米波技術(shù)不太適合使用在室外手機終端和基站距離很遠(yuǎn)的場合。各大廠商對5G頻段使用的規(guī)劃是在戶外開闊地帶使用較傳統(tǒng)的6GHz以下頻段以保證信號覆蓋率,而在室內(nèi)則使用微型基站加上毫米波技術(shù)實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。

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圖 2. 5G 候選波形覆蓋多種可能實施的方法

5G時代的到來,也是毫米波時代的到來。在5G白皮書公布之前,毫米波應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、軍事雷達(dá)以及射電天文學(xué)等領(lǐng)域。在我國只有少數(shù)的軍工或者外企才有這個平臺去觸碰毫米波領(lǐng)域。5G的發(fā)展,毫米波應(yīng)用由軍用轉(zhuǎn)向民用,通信行業(yè)會迎來新一輪的洗牌,射頻行業(yè)也會出現(xiàn)極大的挑戰(zhàn)和機遇。對于現(xiàn)在大部分的射頻工程師來說,他們所接觸到的產(chǎn)品頻率都在6GHz以下,屬于微波范疇,微波和毫米波同是無線通信,但在設(shè)計理念、生產(chǎn)工藝上差別是極大的。

國內(nèi)的毫米波從業(yè)人員需要克服以下幾個困難:

1)技術(shù)瓶頸。目前從事毫米波領(lǐng)域的人才多集中在軍方和國外廠商手里,技術(shù)封鎖、器件禁運、甚至連一份Datasheet都找不到。而國內(nèi)在毫米波領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究還非常薄弱。

2)實驗環(huán)境搭建困難。毫米波頻率對應(yīng)的信號源、頻譜儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀表的價格都在百萬以上。較少數(shù)的廠家有能力搭建毫米波的測試平臺。

3)毫米波產(chǎn)品需要非常高的可靠性設(shè)計與驗證過程。需要從系統(tǒng)、材料、軟硬件、結(jié)構(gòu)、測試驗證、生產(chǎn)工藝、一致性等多方面考慮,遠(yuǎn)高于之前的通信類產(chǎn)品。

5G來了,具有毫米波設(shè)計能力的射頻工程師是非常稀缺的,機遇和困難并存,RF從業(yè)人員在5G時代將打出漂亮一仗。

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