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60GHz频段诸多量测及设计挑战

在高速传输影音的强烈需求带动下,60GHz可望成为下一代无线网络频段首选。从IEEE制定PAN标准802.15.3C到LAN适用的802.11ad,皆采用60GHz技术作为标准;然而,目前60GHz频段仍有诸多量测及设计挑战尚待克服。

与过去2.4GHz频段的免费、普遍受欢迎特性相比,尽管60GHz在诸多国家也属于不须授权频段,然而,不须授权特性间接造成60GHz的缺陷,因为此频段是空气中氧气的共振频率,因此能量会先被氧气吸收,再者,因为物理特性,频率越高,衰减越大,所以在应用此频率时,必须先面对的挑战是高衰减(图1)。

图1 电磁波辐射在晴朗天气所受大气衰减与频率的关系

高衰减特性有利有弊

图2 波束控制

高衰减会带来的不便是传输距离短跟较大的消耗功率,但是高衰减也是优点,它可避免在2.4GHz拥挤又易受到干扰的缺点。在天线设计面来看,也因为高衰减的特性,必须设计成可自适调整的数组天线波束控制(Beam Steering)来加强天线的指向性与增益(图2)。60GHz高频还有一个特性,即电波会被墙壁反射,运用波束控制技术搭配反射特性可以克服传输端与接收端天线不在彼此的视线范围内(Line-of-sight)而造成的庞大路径损失,并降低因为路径损失过大而无法传输讯号的情况发生。

既然60GHz频段拥有不少缺点,究竟拥有何种特质可为新世代无线传输技术采用?主要原因在于,目前2.4GHz已过度拥挤,加上使用者普及也造成讯号互相干扰;而速度上虽然目前802.11n有多重输入多重输出(MIMO)技术可提高传输速度,但仍不足以满足现行应用,尤其在影像传输上,因此,60GHz频段的大频宽特性脱颖而出,此技术可达到每秒Gb等级的传输量,相对于2.4GHz频段802.11n单一频道可用频宽只有40M,60GHz则可提供约2.5G频宽。

60GHz开发/测试挑战高

然而,当前可直接量测60GHz频段的仪器稀少且昂贵,由于频率过高,要设计能侦测的仪器具有较高难度。以频谱分析仪为例,若是要直接量测60GHz无线讯号的频谱屏蔽(Mask),频谱分析仪的基底噪声(Noise Floor)必须比主频低40dB,而由于频谱交互调变失真(TOI)缘故,主频最大输入必须小于-20dBm,将-20dBm除以2GHz频宽,得到的数值大约是-113dBm/Hz(Power Density),将此数值减掉40dB可以得到基底噪声值-153dBm/Hz,就现有仪器技术,实在难以达到此种基底噪声标准。目前变通方法在于60GHz讯号输出端,加上降频装置(Down Converter),将60GHz高频讯号准确降频至5GHz左右的讯号,进一步运用相对便宜的仪器进行量测(图3)。

图3 降频装置


(责任编辑:zxh007)


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