毫米波无线通信系统的技术与研究展望
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参考文献
１ Ｓｍｕｌｄｅｒｓ Ｐ． Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ６０ＧＨｚ ｂａｎｄ ｆｏｒ ｌｏｃａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ： ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ２００２， ４０（１）： １４０～１４７
对 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统而言， 天线技术是系统实 现 的 关 键 ， 其 要 求 天 线 具 有 小 尺 寸 、轻 重 量 、高 增 益 、低 成 本等特性， 要求天线在 ５７～６６ ＧＨｚ 宽频范围内具有几乎恒 定 的 增 益 和 高 效 率 来 完 成 可 靠 的 信 息 传 输 。为 了 达 到 以 上 要求， 已发展了许多先进的波束成形和操控技术。参考文 献［７］提出了一个 ６１ ＧＨｚ、圆形极化的波束操控天线， 参考 文献［８］提出一个 ６０ ＧＨｚ 的 ４ 元平面天线阵。采用天线阵 来应对复杂的信道传播环境已成为共识， 但构成一个较大 的相位天线阵是复杂和昂贵的， 因此如何发展一个可集成 电 子 产 品 的 、低 代 价 的 天 线 是 极 具 挑 战 的 。 ４．３ 集成电路设计
６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 也 有 明 显 的 缺 点 ， 根 据 经 典 的 Ｆｒｉｉｓ 传播公式， ６０ ＧＨｚ 频段产生了较高的传播衰减， 所 以仅限于短距离通信中使用， 但反过来支持了频率复用机 制。本文将对 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统的发展现状、潜在应 用 、技 术 热 点 进 行 介 绍 。
调 制 技 术 的 选 择 依 赖 于 传 播 信 道 、天 线 与 射 频 技 术 的
电信科学 ２００７ 年第 １２ 期
情况。如果信道的延迟扩展很大， 可以采用 ＯＦＤＭ 技术。 ＯＦＤＭ 可有效地将频率选择性 信 道 转 换 成 平 坦 衰 落 信 道 ， 将 简 化 系 统 均 衡 技 术 的 复 杂 性 。另 一 方 面 可 以 采 用 单 载 波 调制和高增益天线的组合方式， 因为高增益天线可有效减 少多径传播的影响， 同时单载波可低成本实现。将来的一 种可行方案是在低端应用（ ３ Ｇｂｉｔ／ｓ 以下） 中采用单载 波 调 制， 在高端应用中采用多载波调制。这两种方案都有许多 问题值得进一步研究。ＯＦＤＭ 有较大的峰均比（ ＰＡＰＲ） ， 这 将影响功率放大器的效率［１０］。６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统具有 较大的相位噪声， 限制了单载波高阶调制技术的应用， 如 何选择合适的调制技术需要大量实验的探索。
回顾以往电子技术发展的历史， 一种技术的成功依赖 其产品的尺寸和成本， 毫米波通信系统的成功也需要满足 系统要求的集成电路技术， 在 ６０ ＧＨｚ 产品中， 存在 ３ 种竞 争性的技术： ＧａＡｓ 技术、ＳｉＧｅ 技术、ＣＭＯＳ 技术。没有一种 单一的技术满足系统的全部要求， 例如 ＧａＡｓ 技术满足快 速 、高 增 益 、低 噪 声 等 特 性 要 求 ， 但 比 较 昂 贵 ， 究 竟 何 种 技 术会成功仍是一 个 争 论 的 话 题 。ＩＢＭ 已 经 采 用 ＳｉＧｅ 技 术 开发了 ６０ ＧＨｚ 的射频芯片 ［３］， 美国 Ｂｅｒｋｅｌｅｙ 大学已采用 １３０ ｎｍ 的 ＣＭＯＳ 技术开发了收发信机芯片［９］。 ４．４ 调制方案
１５０ Ｗ（ Ｍａｘ）
９（ ５７～６６）
２０
７（ ５７～６４）
１０
５７ ｄＢｍ（ Ｍａｘ） 暂缺
最大天线增益 未定
４７ ｄＢｉ 未定 ３７ ｄＢｉ 暂缺
６３
硕博论文
发展 ８０２．１５．３ 标准内的物理层替代技术， 这是第一 个 面 向 吉比特级无线通信的标准。近来 ＷｉＭｅｄｉａ 联盟也宣布成立 研究组来推动毫米波通信系统的研究。
图 １ 发送机框图
图 ２ 接收机框图 ６４
４ 技术热点
虽然 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统具有显著的优势和许多 潜在的应用， 但要成功地实施还面临着许多技术上的难点 和问题。 ４．１ 信道传播
许 多 文 献 已 经 报 告 了 ３～１０ ＧＨｚ ＵＷＢ 频 段 的 信 道 建 模进展， 但关于 ６０ ＧＨｚ 毫米波频段信道的测量和建模工 作却十分匮乏。６０ ＧＨｚ 的路径损 耗 大 于 较 低 的 频 段 （ 如 ＵＷＢ） ， 这限制了它的工作范围（ 如一个房间） ， 为了增加覆 盖范围， 中继与重传设备是必要的。另一方面可以采用高 增益的天线来弥补路径损耗， 已有研究报告指出当发射和 接收天 线 有 视 线 连 接 （ ＬＯＳ） 时 ， 高 增 益 天 线 可 有 效 抑 制 信 道的延迟扩展。因为人的移动等原因会阻碍视线传播， 采 用天线阵可改善传播的性能， 近来采用天线阵测量接收信 号 的 到 达 角 度 已 有 报 告［５］， 参 考 文 献［６］也 证 实 采 用 圆 形 极 化方式可有效抑制多径干扰。 ４．２ 天线技术
５ 结束语
本文综述了 ６０ ＧＨｚ 毫米波无线通信系统的发展现状 和 潜 在 应 用 。 巨 大 的 带 宽 、较 高 的 发 射 功 率 和 集 成 电 路 设 计的进步使得 ６０ ＧＨｚ 技术成为吉比特级应用的主要方案 之 一 。各 国 和 相 关 国 际 组 织 都 加 大 了 力 度 进 行 理 论 研 究 和 产 品 化 。在 物 理 层 和 媒 介 控 制 层 设 计 上 仍 有 许 多 问 题 有 待 解决， 文中对相关热点问题也进行了介绍和分析。随着研 究 的 不 断 深 入 ， 相 信 在 不 久 的 将 来 会 产 生 高 效 、低 成 本 的 毫米波无线通信系统。
国家／地区 美国
日本 澳大利亚 欧盟 韩国
带 宽 （ ＧＨｚ） ７（ ５７～６４）
表 １ 各 国 和 地 区 在 ６０ ＧＨｚ 频 段 的 规 划
最 大 发 射 功 率 （ ｍＷ）
ＥＩＲＰ
５００
４０ ｄＢｍ（ Ａｖｅ）
４３ ｄＢｍ（ Ｍａｘ）
７（ ５９～６６）
１０
未定
３．５（ ５９．４～６２．９）
１０
关键词 毫 米 波 ； 吉 比 特 无 线 通 信 ； ＩＥＥＥ ８０２．１５．３ｃ； 天 线 阵
１ 引言
近来， ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 受 到 了 学 术 界 、产 业 界 和国际标准化组织的广泛关注［１］。２００５ 年 ３ 月 ， ＩＥＥＥ 设 立 了 ８０２．１５．３ｃ（ ＴＧ３ｃ） ， 其主要目的就 是 进 行 ６０ ＧＨｚ 无 线 个 域网（ ＷＰＡＮ） 的物理层（ ＰＨＹ） 和媒介控制层（ ＭＡＣ） 的标准 化工作［２］。毫米波通信系统 相 对 于 其 他 通 信 系 统 有 显 著 的 优 势 ， 主 要 体 现 在 其 连 续 、巨 大 、不 需 要 许 可 证 的 带 宽 （ ７ ＧＨｚ 左右） 上。巨大的带宽使得毫米波无线通信系统可 以灵活和有效的方式组成吉比特级的无线局域网 （ ＷＬＡＮ） 和 无 线 个 域 网 ， 同 时 ， 较 高 的 工 作 频 率 允 许 射 频 和天线部分微型化， 便于消费电子产品的集成。
３ 潜在应用
６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统 适 合 高 速 、短 距 离 通 信 ， 可 以
广 泛 用 于 住 宅 、办 公 、会 议 、图 书 馆 等 场 合 。 根 据 相 关 公 司 的研究报告， 其潜在的应用分为以下几种［４］：
· 高清晰度视频流； · 海量文件传输； · 无线吉比特以太网； · 桌面 Ｐ２Ｐ 的多媒体连接； · 无线游戏； · 无线 ａｄ ｈｏｃ 网络。 每 一 种 应 用 还 可 以 根 据 应 用 场 合 、传 输 距 离 、是 否 视 线连接（ ＬＯＳ） 、设备的移动性分为不同的子类。 在这几种应用中， 第一种为最具吸引力的应用。超宽 带通信中定义的传 输 速 率 为 ５００ Ｍｂｉｔ／ｓ 左 右 ， 可 以 支 持 压 缩视频流的传输。近来出现的解析度为 １ ９２０×１ ０８０、刷新 速 率 为 ６０ Ｈｚ 的 高 清 电 视 （ ＨＤＴＶ） 节 目 ， 采 用 ＲＧＢ 格 式 ， 每像素用 ２４ ｂｉｔ 表示， 要求的传 输 速 率 高 达 ３ Ｇｂｉｔ／ｓ， 下 一 代的 ＨＤＴＶ 可能要求达到更高的传输速率， 更低的延时， 毫米波通信系统从理论上能满足这种变化的需求。
２ 发展现状
在 ２００１ 年， 美国联邦通信委员会（ＦＣＣ） 分配了 ５４～６６ ＧＨｚ 的带宽用于无需许可的应用， 日本、澳大利亚、欧盟、韩国也 在同期或之后发布了相应的频段。具体情况参见表 １。
国际组织 ＩＥＥＥ 和 ＷｉＭｅｄｉａ 联盟也积极参与了 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统的研究工作。ＩＥＥＥ 设立的 ８０２．１５．３ｃ 主要
６０ＧＨｚ ｂａｎｄ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ａｓｉａ， Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ， ２００５ ５ Ｙａｎｇ Ｈ， Ｓｍｕｌｄｅｒｓ Ｐ， Ｈｅｒｂｅｎ Ｍ． Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ６０ＧＨｚ ＬＯＳ ａｎｄ ＮＬＯＳ ｉｎｄｏｏｒ ｒａｄｉｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ ｏｆ ＩＥＥＥ ＶＴＣ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ， ２００６ ６ Ｍａｎａｂｅ Ｔ， Ｔａｉｒａ Ｋ， Ｓａｔｏ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ ａｔ ６０ＧＨｚ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ ＶＴ， １９９５， ４４（２）：２６８～２７４ ７ Ｈｕａｎｇ Ｃ Ｋ， Ｗａｎｇ Ｚ． Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ－ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｇｉｇａｂｉｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， ２００６， ５４（２）： ７４３～７４６ ８ Ｐａｒｋ Ｙ Ｊ， Ｗａｎｇ Ｙ． Ａ ６０ＧＨｚ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｆｏｒ
２ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｇ／１５／ｐｕｂ／ＴＧ３ｃ．ｈｔｍｌ ３ Ｇａｕｃｈｅｒ Ｂ． Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ６０ＧＨｚ ＩＳＭ ｂａｎｄ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ
ｃｈｉｐ ｓｅｔ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ． ＩＥＥＥ ８０２．１５ ＴＧ３ｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ， ２００６ ４ Ｙｏｎｇ Ｓ Ｋ． Ｍｕｌｔｉ ｇｉｇａｂｉｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｉｎ
硕博论文
电信科学 ２００７ 年第 １２ 期
毫米波无线通信系统的技术与研究展望
摘要
孙 锐， 闫晓星， 蒋建国 （ 合肥工业大学计算机与信息学院 合肥 ２３０００９）
随 着 对 实 时 高 速 应 用 需 求 的 增 加 ， ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 无 线 通 信 系 统 作 为 未 来 ４Ｇ 系 统 的 组 成 部 分 引 起 了 广 泛 关 注 ， 本 文 简 介 了 ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 技 术 的 发 展 现 状 、系 统 结 构 和 潜 在 的 应 用 领 域 。针 对 一 系 列 的 研 究 热 点 问 题 ， 包 括 信 道 传 播 、天 线 技 术 、集 成 电 路 设 计 、调 制 方 案 ， 详 细 地 进 行 了 分析和阐述。
６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 主 要 包 括 ＭＡＣ 和 ＰＨＹ， ＭＡＣ 涉 及 多 址 技 术 的 选 择 、无 线 资 源 管 理 、速 率 适 配 和 ＱｏＳ 等 内容， ＰＨＹ 主要定义收发信机（ ＲＦ 前端和基带处理后端） ， 本 文 以 ＩＢＭ 提 出 的 方 案 为 例 说 明 毫 米 波 通 信 系 统 物 理 层 的结构［３］。图 百度文库 为发送机框图， 其发射部分采用了天线阵技 术来应对信道环境的变化， 每一路发送配置一个相位旋转 器、一个功率放大器和一个天线元， Ｍ 元天线阵比单天线 理论上接收功率可提高 ２０·ｌｇＭ ｄＢ， 其变频部分省略， 参见 接收部分。图 ２ 为接收机框图， 从高频到基频发生两次变 频， 如第一次变频有相位偏差， 它会扩散到下一级， 所以接 收机的性能受相位噪声影响较大。
１ Ｓｍｕｌｄｅｒｓ Ｐ． Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ６０ＧＨｚ ｂａｎｄ ｆｏｒ ｌｏｃａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ： ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ２００２， ４０（１）： １４０～１４７
对 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统而言， 天线技术是系统实 现 的 关 键 ， 其 要 求 天 线 具 有 小 尺 寸 、轻 重 量 、高 增 益 、低 成 本等特性， 要求天线在 ５７～６６ ＧＨｚ 宽频范围内具有几乎恒 定 的 增 益 和 高 效 率 来 完 成 可 靠 的 信 息 传 输 。为 了 达 到 以 上 要求， 已发展了许多先进的波束成形和操控技术。参考文 献［７］提出了一个 ６１ ＧＨｚ、圆形极化的波束操控天线， 参考 文献［８］提出一个 ６０ ＧＨｚ 的 ４ 元平面天线阵。采用天线阵 来应对复杂的信道传播环境已成为共识， 但构成一个较大 的相位天线阵是复杂和昂贵的， 因此如何发展一个可集成 电 子 产 品 的 、低 代 价 的 天 线 是 极 具 挑 战 的 。 ４．３ 集成电路设计
６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 也 有 明 显 的 缺 点 ， 根 据 经 典 的 Ｆｒｉｉｓ 传播公式， ６０ ＧＨｚ 频段产生了较高的传播衰减， 所 以仅限于短距离通信中使用， 但反过来支持了频率复用机 制。本文将对 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统的发展现状、潜在应 用 、技 术 热 点 进 行 介 绍 。
调 制 技 术 的 选 择 依 赖 于 传 播 信 道 、天 线 与 射 频 技 术 的
电信科学 ２００７ 年第 １２ 期
情况。如果信道的延迟扩展很大， 可以采用 ＯＦＤＭ 技术。 ＯＦＤＭ 可有效地将频率选择性 信 道 转 换 成 平 坦 衰 落 信 道 ， 将 简 化 系 统 均 衡 技 术 的 复 杂 性 。另 一 方 面 可 以 采 用 单 载 波 调制和高增益天线的组合方式， 因为高增益天线可有效减 少多径传播的影响， 同时单载波可低成本实现。将来的一 种可行方案是在低端应用（ ３ Ｇｂｉｔ／ｓ 以下） 中采用单载 波 调 制， 在高端应用中采用多载波调制。这两种方案都有许多 问题值得进一步研究。ＯＦＤＭ 有较大的峰均比（ ＰＡＰＲ） ， 这 将影响功率放大器的效率［１０］。６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统具有 较大的相位噪声， 限制了单载波高阶调制技术的应用， 如 何选择合适的调制技术需要大量实验的探索。
回顾以往电子技术发展的历史， 一种技术的成功依赖 其产品的尺寸和成本， 毫米波通信系统的成功也需要满足 系统要求的集成电路技术， 在 ６０ ＧＨｚ 产品中， 存在 ３ 种竞 争性的技术： ＧａＡｓ 技术、ＳｉＧｅ 技术、ＣＭＯＳ 技术。没有一种 单一的技术满足系统的全部要求， 例如 ＧａＡｓ 技术满足快 速 、高 增 益 、低 噪 声 等 特 性 要 求 ， 但 比 较 昂 贵 ， 究 竟 何 种 技 术会成功仍是一 个 争 论 的 话 题 。ＩＢＭ 已 经 采 用 ＳｉＧｅ 技 术 开发了 ６０ ＧＨｚ 的射频芯片 ［３］， 美国 Ｂｅｒｋｅｌｅｙ 大学已采用 １３０ ｎｍ 的 ＣＭＯＳ 技术开发了收发信机芯片［９］。 ４．４ 调制方案
１５０ Ｗ（ Ｍａｘ）
９（ ５７～６６）
２０
７（ ５７～６４）
１０
５７ ｄＢｍ（ Ｍａｘ） 暂缺
最大天线增益 未定
４７ ｄＢｉ 未定 ３７ ｄＢｉ 暂缺
６３
硕博论文
发展 ８０２．１５．３ 标准内的物理层替代技术， 这是第一 个 面 向 吉比特级无线通信的标准。近来 ＷｉＭｅｄｉａ 联盟也宣布成立 研究组来推动毫米波通信系统的研究。
图 １ 发送机框图
图 ２ 接收机框图 ６４
４ 技术热点
虽然 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统具有显著的优势和许多 潜在的应用， 但要成功地实施还面临着许多技术上的难点 和问题。 ４．１ 信道传播
许 多 文 献 已 经 报 告 了 ３～１０ ＧＨｚ ＵＷＢ 频 段 的 信 道 建 模进展， 但关于 ６０ ＧＨｚ 毫米波频段信道的测量和建模工 作却十分匮乏。６０ ＧＨｚ 的路径损 耗 大 于 较 低 的 频 段 （ 如 ＵＷＢ） ， 这限制了它的工作范围（ 如一个房间） ， 为了增加覆 盖范围， 中继与重传设备是必要的。另一方面可以采用高 增益的天线来弥补路径损耗， 已有研究报告指出当发射和 接收天 线 有 视 线 连 接 （ ＬＯＳ） 时 ， 高 增 益 天 线 可 有 效 抑 制 信 道的延迟扩展。因为人的移动等原因会阻碍视线传播， 采 用天线阵可改善传播的性能， 近来采用天线阵测量接收信 号 的 到 达 角 度 已 有 报 告［５］， 参 考 文 献［６］也 证 实 采 用 圆 形 极 化方式可有效抑制多径干扰。 ４．２ 天线技术
５ 结束语
本文综述了 ６０ ＧＨｚ 毫米波无线通信系统的发展现状 和 潜 在 应 用 。 巨 大 的 带 宽 、较 高 的 发 射 功 率 和 集 成 电 路 设 计的进步使得 ６０ ＧＨｚ 技术成为吉比特级应用的主要方案 之 一 。各 国 和 相 关 国 际 组 织 都 加 大 了 力 度 进 行 理 论 研 究 和 产 品 化 。在 物 理 层 和 媒 介 控 制 层 设 计 上 仍 有 许 多 问 题 有 待 解决， 文中对相关热点问题也进行了介绍和分析。随着研 究 的 不 断 深 入 ， 相 信 在 不 久 的 将 来 会 产 生 高 效 、低 成 本 的 毫米波无线通信系统。
国家／地区 美国
日本 澳大利亚 欧盟 韩国
带 宽 （ ＧＨｚ） ７（ ５７～６４）
表 １ 各 国 和 地 区 在 ６０ ＧＨｚ 频 段 的 规 划
最 大 发 射 功 率 （ ｍＷ）
ＥＩＲＰ
５００
４０ ｄＢｍ（ Ａｖｅ）
４３ ｄＢｍ（ Ｍａｘ）
７（ ５９～６６）
１０
未定
３．５（ ５９．４～６２．９）
１０
关键词 毫 米 波 ； 吉 比 特 无 线 通 信 ； ＩＥＥＥ ８０２．１５．３ｃ； 天 线 阵
１ 引言
近来， ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 受 到 了 学 术 界 、产 业 界 和国际标准化组织的广泛关注［１］。２００５ 年 ３ 月 ， ＩＥＥＥ 设 立 了 ８０２．１５．３ｃ（ ＴＧ３ｃ） ， 其主要目的就 是 进 行 ６０ ＧＨｚ 无 线 个 域网（ ＷＰＡＮ） 的物理层（ ＰＨＹ） 和媒介控制层（ ＭＡＣ） 的标准 化工作［２］。毫米波通信系统 相 对 于 其 他 通 信 系 统 有 显 著 的 优 势 ， 主 要 体 现 在 其 连 续 、巨 大 、不 需 要 许 可 证 的 带 宽 （ ７ ＧＨｚ 左右） 上。巨大的带宽使得毫米波无线通信系统可 以灵活和有效的方式组成吉比特级的无线局域网 （ ＷＬＡＮ） 和 无 线 个 域 网 ， 同 时 ， 较 高 的 工 作 频 率 允 许 射 频 和天线部分微型化， 便于消费电子产品的集成。
３ 潜在应用
６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统 适 合 高 速 、短 距 离 通 信 ， 可 以
广 泛 用 于 住 宅 、办 公 、会 议 、图 书 馆 等 场 合 。 根 据 相 关 公 司 的研究报告， 其潜在的应用分为以下几种［４］：
· 高清晰度视频流； · 海量文件传输； · 无线吉比特以太网； · 桌面 Ｐ２Ｐ 的多媒体连接； · 无线游戏； · 无线 ａｄ ｈｏｃ 网络。 每 一 种 应 用 还 可 以 根 据 应 用 场 合 、传 输 距 离 、是 否 视 线连接（ ＬＯＳ） 、设备的移动性分为不同的子类。 在这几种应用中， 第一种为最具吸引力的应用。超宽 带通信中定义的传 输 速 率 为 ５００ Ｍｂｉｔ／ｓ 左 右 ， 可 以 支 持 压 缩视频流的传输。近来出现的解析度为 １ ９２０×１ ０８０、刷新 速 率 为 ６０ Ｈｚ 的 高 清 电 视 （ ＨＤＴＶ） 节 目 ， 采 用 ＲＧＢ 格 式 ， 每像素用 ２４ ｂｉｔ 表示， 要求的传 输 速 率 高 达 ３ Ｇｂｉｔ／ｓ， 下 一 代的 ＨＤＴＶ 可能要求达到更高的传输速率， 更低的延时， 毫米波通信系统从理论上能满足这种变化的需求。
２ 发展现状
在 ２００１ 年， 美国联邦通信委员会（ＦＣＣ） 分配了 ５４～６６ ＧＨｚ 的带宽用于无需许可的应用， 日本、澳大利亚、欧盟、韩国也 在同期或之后发布了相应的频段。具体情况参见表 １。
国际组织 ＩＥＥＥ 和 ＷｉＭｅｄｉａ 联盟也积极参与了 ６０ ＧＨｚ 毫米波通信系统的研究工作。ＩＥＥＥ 设立的 ８０２．１５．３ｃ 主要
６０ＧＨｚ ｂａｎｄ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ａｓｉａ， Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ， ２００５ ５ Ｙａｎｇ Ｈ， Ｓｍｕｌｄｅｒｓ Ｐ， Ｈｅｒｂｅｎ Ｍ． Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ６０ＧＨｚ ＬＯＳ ａｎｄ ＮＬＯＳ ｉｎｄｏｏｒ ｒａｄｉｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ ｏｆ ＩＥＥＥ ＶＴＣ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ， ２００６ ６ Ｍａｎａｂｅ Ｔ， Ｔａｉｒａ Ｋ， Ｓａｔｏ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ ａｔ ６０ＧＨｚ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ ＶＴ， １９９５， ４４（２）：２６８～２７４ ７ Ｈｕａｎｇ Ｃ Ｋ， Ｗａｎｇ Ｚ． Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ－ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｇｉｇａｂｉｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， ２００６， ５４（２）： ７４３～７４６ ８ Ｐａｒｋ Ｙ Ｊ， Ｗａｎｇ Ｙ． Ａ ６０ＧＨｚ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｆｏｒ
２ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｇ／１５／ｐｕｂ／ＴＧ３ｃ．ｈｔｍｌ ３ Ｇａｕｃｈｅｒ Ｂ． Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ６０ＧＨｚ ＩＳＭ ｂａｎｄ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ
ｃｈｉｐ ｓｅｔ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ． ＩＥＥＥ ８０２．１５ ＴＧ３ｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ， ２００６ ４ Ｙｏｎｇ Ｓ Ｋ． Ｍｕｌｔｉ ｇｉｇａｂｉｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｉｎ
硕博论文
电信科学 ２００７ 年第 １２ 期
毫米波无线通信系统的技术与研究展望
摘要
孙 锐， 闫晓星， 蒋建国 （ 合肥工业大学计算机与信息学院 合肥 ２３０００９）
随 着 对 实 时 高 速 应 用 需 求 的 增 加 ， ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 无 线 通 信 系 统 作 为 未 来 ４Ｇ 系 统 的 组 成 部 分 引 起 了 广 泛 关 注 ， 本 文 简 介 了 ６０ ＧＨｚ 毫 米 波 技 术 的 发 展 现 状 、系 统 结 构 和 潜 在 的 应 用 领 域 。针 对 一 系 列 的 研 究 热 点 问 题 ， 包 括 信 道 传 播 、天 线 技 术 、集 成 电 路 设 计 、调 制 方 案 ， 详 细 地 进 行 了 分析和阐述。
６０ ＧＨｚ 毫 米 波 通 信 系 统 主 要 包 括 ＭＡＣ 和 ＰＨＹ， ＭＡＣ 涉 及 多 址 技 术 的 选 择 、无 线 资 源 管 理 、速 率 适 配 和 ＱｏＳ 等 内容， ＰＨＹ 主要定义收发信机（ ＲＦ 前端和基带处理后端） ， 本 文 以 ＩＢＭ 提 出 的 方 案 为 例 说 明 毫 米 波 通 信 系 统 物 理 层 的结构［３］。图 百度文库 为发送机框图， 其发射部分采用了天线阵技 术来应对信道环境的变化， 每一路发送配置一个相位旋转 器、一个功率放大器和一个天线元， Ｍ 元天线阵比单天线 理论上接收功率可提高 ２０·ｌｇＭ ｄＢ， 其变频部分省略， 参见 接收部分。图 ２ 为接收机框图， 从高频到基频发生两次变 频， 如第一次变频有相位偏差， 它会扩散到下一级， 所以接 收机的性能受相位噪声影响较大。