为工业应用引入60 GHz无线技术

引言

无线互连的应用越来越广泛。这个趋势在消费电子领域中最为明显，在过去的十年里，手机和平板电脑市场快速推动了对于各类无线标准的采用。全球范围内Wi-Fi热点的数量已经超过1.75亿，预计将在2018年[1]达到3.3亿。支持蓝牙的产品总数也有所提升，在2014年-2018年[2]期间支持蓝牙的音频设备数量将获得400%的增长。大多数无线技术使用相同的2.4GHz和5GHz频段，而这两个频段正变得日益拥挤。2015年[3]智能手机订购量估计为34亿，每一台手机都意味着更多的数据需求，不断将移动手机网络和授权频段的资源推向极限。

最近几年兴起了一种新的解决方案，能够解决现有频段面临的资源紧张问题，还能打破现有无线解决方案的各种限制。在毫米波(30 GHz - 300 GHz)频段中，60 GHz频段因最具潜力脱颖而出。该频段在许多地区是免授权的，所以对于很多应用来说采用该频段是很方便的。这为一系列集成千兆级收发器的全新设备的出现提供了可能性，相比目前已然十分拥挤的2.4GHz和5GHz频段能够提供海量的带宽。

很多应用都能从60 GHz技术中获益。在数据传输领域，60 GHz技术正被用于取代现有的Wi-Fi应用，实现高达4.6Gbps的数据传输速率，比现有的802.11ac[4]标准快5倍。WirelessHD®标准能够实现消费电子设备间的视频流传输。制造商已经开始为笔记本电脑、智能手机、数字电视、视频投影仪以及虚拟现实头盔添加WirelessHD支持，预计移动应用、家庭影院以及其他计算设备领域也将采用WirelessHD。其他领域也已开始发展60 GHz技术，包括办公楼宇与校园使用的无线回程应用依托60 GHz数据传输应用快速、便捷地构建楼宇和无线连接器之间互连，实现更加轻薄和稳定的设备。但是对于更高的无线宽度以及高速高清视频传输的需求不仅限于消费电子领域。工业领域亦可从毫米波技术中获益。本文为读者提供60 GHz技术概览，不仅涵盖现有的消费电子应用，还会对横跨多个不同工业领域的毫米波技术潜在应用进行探索。

60 GHz无线技术概览

包括美国FCC在内的监管机构已经为各行业划定了免授权频段。60 GHz频段拥有超过7 GHz的带宽[5]。相较于5GHz频段，它能提供超过20倍的带宽资源。

60 GHz频段频谱范围宽，能够提供千兆级的网络容量，并且该频段还具备多个关键的传播和衰减特性，全新的高性能无线解决方案可从中获益。

2.4GHz和 5GHz频段适用于中程传输，是Wi-Fi等本地网络架构的理想选择。60 GHz频段上的信号传播距离相对更短，在穿过空气和固体结构时会发生衰减，因此是短程应用的理想选择。为了充分利用60 GHz频段的优势，需要用到相控阵天线、定向度高的波束以及波束控制技术。莱迪思半导体提供基于SiBEAM技术，领先业界并已经量产的射频收发器，采用标准CMOS IC制造和封装技术。

应用

毫米波技术的特性是需要天线在一定的范围转向以对准目标，按照不同的范围可划分不同类型的应用。为了对相关技术进行演示说明，我们划分了三个应用类型：10毫米、1-10米和100米及以上。

[10毫米] 无线连接器

在极短的距离内(通常是10毫米左右)，60 GHz技术能够被用作线缆的高效替代方案。特别设计的无线发送器和接收器IC可用于在短距离内以极高的速率传输数据，从而取代有线连接。

60 GHz技术还可用于物理接口的替代解决方案。对于那些对设备耐用性有要求的应用来说是非常有用的，因为它消除了物理接口，而后者正是电子设备的常见故障点之一，是水、尘土以及其他能够对电子设备造成危害的颗粒的主要入口之一。除了故障率之外，有些专用接口，比如说将可拆卸的平板式笔记本电脑连接到底座设备或是传统的笔记本型底座的接口，相比标准化的连接器往往需要明显更多的开发和实现成本。

[1-10米] 无线数据/音频

在中等距离应用(1-10米)领域，60 GHz技术能够作为Wi-Fi等现有无线应用的高速替代解决方案，以及用于实现无线视频的线缆替代解决方案。

802.11ad是由IEEE定义的60 GHz数据传输标准，IEEE还定义了802.11a、802.11b、802.11n以及802.11ac等Wi-Fi标准。Qualcomm等业内主要厂商正在将802.11ad集成到其产品[6]中，通过这项技术为用户实现超快的视频和数据传输。

60 GHz技术特别适合无线线缆替代解决方案。高带宽、低延迟、点到点架构以及室内传输特性使其成为室内线缆的理想替代解决方案。该技术可在家庭影院系统(图1)中发挥作用，实现高清视频传输。该技术使得消费者能够随意灵活地放置视频内容输出设备与电视荧幕，为消费者提供极大的便利性。WirelessHD标准正在崭露头角，作为高质量视频传输领域的领先技术