毫米波器件助力解决无线带宽危机

2017-08-11 09:58:10      点击:

   随着越来越多接入互联网的设备试图通过现有的有线和无线方式传播海量的多媒体内容,带宽资源日趋紧张,而毫米波器件可提供相应的解决方案以解除带宽危机。集成千兆收发器的全新一代器件使用60GHz免执照频段,相比早已拥挤不堪的2.4GHz和5GHz免执照频段可提供更充裕的带宽资源。上述器件凭借千兆级的吞吐量可提供目前少数最先进的百兆级无线产品都无法实现的更好服务。

 

  多种类型的应用将得益于60GHz毫米波解决方案。这些应用包括为家庭、办公楼之间的传统Wi-Fi网络提升容量,用于增强无线数据和视频流的传输。该技术也在用作无线接口替代消费电子和移动设备上的物理接口的应用方面显示出了光明的前景。使用上述短距离无线连接器取代常见的体积较大的物理接口,可防止水珠、潮湿、尘土以及其他环境因素可能对设备造成的损害,实现更轻薄、更耐用的产品。

 

  为了满足不断变化的市场需求,我们已经开始转向毫米波器件。但制造商也要考虑相关风险,包括如何从各种新兴的标准中选择最合适的以及如何选择最佳的技术合作伙伴帮助自己的设计得以实现。本文将为读者简要介绍制造商在设计开发产品以满足带宽不足的现状时在技术、应用以及实现方面将面临的挑战,帮助读者探索各种可能性。

 

  物联网的兴起为人们不断带来惊喜,数字电视、咖啡机以及电冰箱等智能设备现在已经能够接入互联网。随着无线互连设备的数量急剧增长,随之而来对于接入和容量日益增长的需求将很快榨干现有无线频段能够提供的资源。这个问题日趋严峻,因为无线运营商将越来越多的多媒体流量从他们拥有执照的频段迁移至Wi-Fi可用的“免费”频段。

 

  60GHz毫米波技术还能够为设计工程师提供创新的解决方案来解决物理接口导致的恼人问题。当使用低功耗射频与合适的天线,毫米波数据接口能够实现我们所说的“无线连接器”,提供更加稳定的短距离互连来实现替代现有物理接口的解决方案。实际上,SiBEAM已经推出了一款无线连接器解决方案,展示了高达12Gbp/s(全双工)的传输速率。如众所周知的Snap技术,它可用于取代大多数常见的数据和视频接口,包括各种USB2.0、USB3.0、HDMI和DisplayPort接口。

 

  上述情况导致越来越多的产品和服务争相接入同一个资源有限的频段中,导致现在常用的ISM频段很快就会达到超负荷的状态。相关正在进行中的技术改进能够使之缓解,但无法彻底解决网络拥挤的问题,特别是在公寓、办公室、公共场所以及其他用户密度很高的区域。

 

  要解决网络日趋拥挤的问题,合理的解决方案是采用能够在60GHz(毫米波)频段上运行的技术和产品,该频段是FCC等监管机构为行业指定的免执照频段,拥有丰富的频谱资源。凭借超过7GHz的频段,细分至4条2.16GHz通道,这个新空间相比5GHz频段可提供超过20倍的带宽资源。

 

  无线连接器对于智能手机、平板电脑和运动相机等移动设备来说特别有用,因为它可以消除物理接口这一消费者在每天的生活中都会频繁使用并且最易发生故障的元件。除了为口袋里的线头、汗水以及其他常见的脏东西提供一个入口,大多数物理接口也更容易在产品的电池或其他电子元器件坏掉之前率先损坏或者从PCB板脱落。消除物理接口这种开放性接口所带来的潜在隐患,可让设计工程师实现“全方位防御”水珠、灰尘、泥土、湿气以及偶尔打翻的咖啡的产品。

 

  设计工程师使用无线连接器可实现轻薄、时尚的产品,反之,设计工程师就不得不让产品的工业设计牺牲宝贵的空间为物理接口让步,那么上述轻薄、时尚的产品也无从谈起。现实情况中,物理接口俨然已成为产品设计的绊脚石,制造商需要使出浑身解数来满足平板电脑、手机和其他电子设备不断往轻薄方向发展的需求。时至今日,物理接口仍然要占整个消费电子设备将近一半的厚度。

 

  短距离无线连接器还可解决设计工程师每天都要面对的电磁干扰(EMI)问题。电子信号在任何导体中传输时都会产生电磁干扰,包括线缆和印刷电路板,但是在大多数设备中,物理接口是这些恼人的无线电“噪音”的最大来源。当速率达到千兆级时,如何抑制接口产生的电磁干扰并防止其干扰其他无线功能,对于设计工程师来说成为了一项主要的系统级挑战。该问题将会增加系统整体开发的工作量以及每件产品的单位成本。通过消除物理接口,许多系统级的电磁干扰问题也将随之消失。正如我们很快就能看到的,无线连接器解决方案,如SiBEAM的Snap技术可帮助设计工程师解放创造力,实现更轻薄、功能更强的移动电子产品,并延长在现实生活环境中的使用寿命。

 

  免执照60GHz频段可提供千兆级的超高速数据传输,对该频段的广泛应用将能够满足在可预见的未来会产生的用户需求。用于定义这些应用的许多指导方针均基于毫米波无线电独一无二的传播特性。包括:

 

  •在毫米波频率上,射频信号的表现相比传统无线电更像光线。所以,在该频段上的早期应用都限制为视距应用。而现在情况大有不同,使用最新的创新技术如自适应波束形成和波束控制实现的应用可为消费者提供所期望的可靠的非视距应用体验。

 

  •60GHz信号在空气中传播时会发生衰减,这个现象会大大限制其使用范围。为了向消费者提供他们所期望的无线互连体验,这个问题必须得以解决,而这需要系统级专业知识以及无线电和天线设计领域的专业能力。

 

  •此外,不同于2.4GHz和5GHz信号,60GHz射频无法穿过大多数墙壁。这使得60GHz技术成为需要在同一个房间内提供良好用户体验的应用的理想选择。

 

  乍看之下,这些问题可能导致毫米波频段的使用颇受限制,但实际上合理定义相关应用恰恰能将这些短板变成了“特性”,为用户和制造商提供独一无二的优势。这些应用可大致分为三类,主要依据覆盖范围来定义。

 

  


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