毫米波全双工应用

毫米波全双工在很多领域有潜在的应用前景，例如：车载雷达，5G蜂窝，毫米波网络，虚拟/增强现实等。

毫米波全双工应用

• 毫米波全双工的应用
  • 毫米波全双工在很多领域有潜在的应用前景，例如：车载雷达，5G蜂窝，毫米波网络，虚拟/增强现实等。
• (1)毫米波网络
  • 设备越来越密集，带来了移动数据流量的快速增长，这给网络容量带来了巨大的压力，从系统整体来看，这是一个瓶颈，并且不太容易解决。
  • 网络的低延迟和低建设成本，对于5G小蜂窝基站之间的连接，以及和其他网络的连接至关重要。使用光纤进行网络部署施工困难且成本较高，因此，只适用于在每个小5G蜂窝单元内使用。
  • 然而，毫米波通信(例如E频段网络)却可以解决这个问题，为5G网络提供了一种灵活而且经济的备选方案。在蜂窝单元内的诸多设备之间使用60Hz频段进行短距离无线通信，这个频段无须授权，可以直接使用(如图)。上行链路和下行链路可同时工作，这可以降低网络延迟。
  • 为此，E波段使用了两个不同的频段(71～76GHz和81～86GHz，由波导双工器提供)。然而全双工能够在一个单一的频段内实现这种能力，相当于整合了两个毫米波波段的系统容量。
  • 图 毫米波无线网络
• (2)毫米波全双工中继
  • 相对于低频率的RF射频通信，毫米波无线通信的一个主要问题是信号衰减过大，这种高频段的信号衰减限制了无线连接的距离。为了扩展网络覆盖范围，提高链接裕度，可以在传输源和目标中间增加中继节点，在恶劣环境下也能够提供稳定的连接。
  • 然而，传统的中继节点使用分频或分时的方式实现双工，导致频谱使用效率低下，而且网络延迟较高。下图展示了一种使用毫米波全双工中继节点的方式，来扩展无线网络的连接距离，相对于现用的半双工，频谱利用率明显增高，并且大大降低了网络延迟。
  • 这种毫米波全双工中继使用独立的收发天线，或收发共用天线。对于共用天线，可以选用毫米波环行器，在保持信道互易性的情况下降低损耗。
  • 图 毫米波全双工中继
• (3)毫米波车载雷达
  • 在传统的车载调频连续波雷达中有一个亟待解决的难题，就是SI信号泄露。SI是指从发射端泄露的信号被接收端所直接接收，从而导致测量错误。天线接口隔离度不够，或是车辆的保险杠或蒙皮这些近处目标的反射都会引起SI。
  • 输入到接收端的SI泄露信号通常比远处目标反射信号的功率强得多，所以必须对信号进行抑制以防止接收机饱和。在毫米波全双工背景下研发的SI抑制技术，就可以解决车载雷达的SI信号泄露问题。
  • 在传统单基雷达中，接收和发射共用天线，其内部使用混频器(理论损耗为3dB，通常为4dB)，这种有损无源共用天线就可以使用全集成的高隔离度低损耗环形器来代替。
  • 图 毫米波车载雷达
• (4)5G小蜂窝基站
  • 毫米波5G小蜂窝5G基站可以在相邻的信道中，同时使用上行链路和下行链路将与多个用户进行通信，这需要使用高质量的毫米波双工器，而且体积庞大。还有一种方法，就是采用全双工技术对发射机和接收机进行隔离。例如，使用一个全集成的低损耗、高隔离、大功率处理能力的环形器取代高质量毫米波双工器，来实现发射和接收共用同一个天线。
  • 图 5G小蜂窝基站
• (5)虚拟现实(VR)、增强现实(AR)头戴设备
  • 头戴式显示器能够将高质量视频(如2160×1200分辨率)以高帧率(如90Hz)投影到每只眼睛，这样用户就能感受到虚拟现实体验。为了防止不好的用户体验(如眩晕、恶心等)产生，视频流必须要满足高速率(20Gbps)和低延迟(小于5ms)。
  • 为了获得流畅的虚拟现实体验，大量的数据必须在电脑、头戴设备和位置追踪器之间来回传送，这需要双向通信。毫米波全双工无线连接是一种很有前途的解决方案，由于具备高速数据传输和低延迟的特点，可以完全摆脱传统头戴设备上的线缆。
  • 并且，使用毫米波全双工中继功能，还可以进一步扩展信号的覆盖范围，为用户提供更加灵活的移动能力。
  • 图 虚拟现实(VR)、增强现实(AR)