E波段毫米波无线连接的特征、应用

 

伴随着从企业数据中心到智能手机终端的最终用户要求更高的带宽,需要更新的技术来提供这些带宽的呼声比之前任何时候...



伴随着从企业数据中心到智能手机终端的最终用户要求更高的带宽,需要更新的技术来提供这些带宽的呼声比之前任何时候都高。毫米波无线连接技术在潜力上,尤其是在提供带宽的方面潜力比得上光纤传输,但是,没有大量基建设施和后勤保障,部署光纤困难重重。

毫米波大致对应的无限频谱大致是在30GHz~300GHz,它的波长介于1到10毫米之间。常见在毫米波无线通信的文章中,对应的频谱比较靠近38GHz,60GHz,94GHz,以及70GHz~90GHz(E波段),这些是已经分配到无线通信公共领域的频段。

波段和带宽

以美国为例,在美国,有4个波段是在毫米波范围内开放商用的,59~64GHz(V波段/60GHz波段)它由FCC第15部分法规规定其无照经营,该波段适合非常小范围的点对点、点对多应用;92~95GHz(W波段/94GHz波段) 同样由FFC第15部分法规规定室内无照经营,94GHz波段同样可以户外持照使用,用于点对点无线连接,由于94~94.1GHz波段被排除,这个波段比其他三个波段有更少的高效频谱。留下71~76GHz和81~86GHz(E波段/70Ghz波段和80GHz波段)用于美国,FFC第101部分法规规定持照经营,这是最适合无线通信应用的毫米波波段。这两个波段都有两个5G频谱,可用的总频谱带宽超过在微波频谱中所有分配的波段。今天只讨论70GHz波段和80GHz波段(E波段)。

在E波段的这两个可用的5G频谱中,各个子带可以作为一个单一的,连续的传输信道。这意味着不需要信道,从而最有效的利用整个频带。即使使用简单的调制技术,如开关键控或二进制相移键控制,在吞吐量1~4G的今天,有什么方法可以实现更精密、更高阶调制方案在许可频谱的其他频段。如果有,抑制这样的调制技术到E波段,以便达到更高的吞吐量。只有更高的吞吐量的毫米波连接成为现实,才能解决这种市场需求。

传递与特征

所有类型的无线电信号在大气中传输时,是受天气结构和密度衰减的。这种衰减的形式通常是吸收和散射无线电信号,它决定了有多少发射的信号成功的送达了协作接收机,又有多少消失在大气中。“大气损耗”通常被定义为dB/km,因为信号的损耗与行进距离的远近是一个强函数,经验表明大气影响取决于链路的长度。

毫米波通过大气的传输质量取决于大气中的氧气、湿度、雨和雾气。例如,即使是严格限制在60GHz频带的信号源,大气中的氧也会造成的信号损耗,70GHz和80GHz频段的损耗小于(0.2dB/km); 水蒸气也会造成信号损耗,在高湿度和高温度的条件下它会造成0~50%的信号损失(3dB/km);除此之外,云雾也会照成传输的信号损失,信号通过云雾,与水蒸气类似。虽然信号由于这些大气效应损耗50%信号强度似乎是显著的,但他们跟雨相比几乎是微不足道的,并且唯一重要的因素是长距离部署(超过5km)。

所有大气条件下,在70GHz和80GHz信号强度雨水引起的损耗显著,原因与微波信号损耗的情况大致相同。由于雨水信号损失量取决于降雨的速率(mm/h)。表1提供多种降雨速率下毫米波信号每传输1km对应的损耗(dB)。
通过表2可以得出一个结论,由于雨的严重衰减,毫米波无线连接部署在多雨条件下是不可靠的。但这个结论并不是很符合实际,即使在偶尔大雨超过100mm/h的地方,毫米波链路的实际性能取决于多种因素,特别是无线电节点和无线电的链路冗余之间的距离,并且有时包括额外因素,如冗余路径的多样性。

一、竞争优势

超大的带宽和可扩展性

毫米波通信技术的一个关键的优势就是大量可用频谱带宽,70GHz波段和80GHz波段,总共10GHz,比所有其他有照运营的无线通讯频谱总和还要多。有如此大的带宽可用,毫米波无线连接可以达到相当于10Gbps全双工的水平,这是一个低频射频无法达到的无线技术。

这样的带宽可以满足目前的市场需求,典型的毫米波产品通常可以操作的频率效率接近0.5bits/Hz。市场需要更多的连接,如果使用更有效率的调制计划,毫米波技术将能满足更高的需求。

窄波和可扩展的部署

与微波链路不同,微波链路投出特定的地域范围内很宽的辐射,毫米波投射的波束非常窄,如下图所示:
毫米波连接的窄波束允许多个独立的链路部署在比较接近的位置。例如,用一个等效天线。70GHz的波束宽度比18GHz连接的波束宽度要窄4倍。但是,E波段毫米波线路密度相当于18GHz连接线路密度的16倍。

另一个高窄波束毫米波连接的核心优势是它们部署的可扩展性。毫米波非常适合于网络拓补结构,比如点对点网格,密集的中心辐射型网络,甚至环形网络。在毫米波连接技术中,由于交叉干扰前能够实现这样的网络拓补结构的全部潜力,所以相比其他的无线技术,它具有很好的可扩展性。

二、应用

1、城域网络服务

随着经济发展需要的信息量增加,大大小小的企业的带宽需求还在持续增长。然而,大部分企业还在使用铜线连接,仅提供


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