在无线通信频谱资源越来越紧张以及数据传输速率越来越高的必然趋势下,60GHz频段无线短距离通信技术也越来越受到关注,成为未来无线通信技术中最具潜力的技术之一。 一、60GHz技术定义。 60GHz技术是指通信载波为60GHz附近频率的短距离无线通信技术。 60GHz通信载波是波长为5mm的无线电磁波,属于毫米波,具有频带宽、波长短的基本特征。这些频率特征决定了60GHz频段的电磁波具有极强的数据传输能力和极高的波形分辨率。 二、60GHz技术特点。 60GHz技术具有以下特点。 (1)频谱资源丰富：60GH2波段可用于无线通信的连续频率带宽达7~9GHz,并且是免许可的免费资源。目前无线低频段大部分已被占用,大量的低频无线电的频谱空间被分配给了无线本地通信的应用。例如2.4GHz的无线低频频段就挤满了 Zigbee、蓝牙、微波和其他应用。各国政府都在60GHz频率附近划分出免许可的连续免费频谱,专门用于短距离的无线通信。比如,韩国和北美划出了57~64GHz频段,日本和欧洲划出了59~66GHz频段,中国划出了59~64GHz颗段。随着无线频谱资源的越来越稀缺,60GHz毫米波无线通信技术在60GHz频率周围能够利用的资源之多、频段之广,要远远超出其他几种无线通信技术,因此,60GHz毫米波无线通信技术可以提供更快的传输速率和更优质的通信质量。 (2)传输速率高：由于60GHz毫米波无线通信技术拥有极大的带宽,而传输速率是随着带宽的增加而增加,因此60GHz毫米波无线通信技术的理论传输速率极限可以达到千兆级。对于其他几种无线通信技术来说,由于频谱资源和带宽的限制,要达到千兆级的传输速率从理论上来说不是不可能,但是必须要采用高阶调制等极其复杂的技术,大大增加了实现的难度,并且对信道的信噪比要求更高,在现实中几乎不可能实现。而60GHz毫米波无线通信技术因为有足够的带宽资源,无需使用复杂技术就可以在较低的信噪比条件下达到兆比特级的传输速率,性能是其他无线传输技术的数十倍。
(3)抗干扰性强：60GHz无线信号的方向性很强,使得几个不同方向的60GHz通信信号之间的相互干扰非常小,几乎可以忽略不计。目前使用该频段进行无线通信的技术很少,而且主要使用的无线通信技术的载频基本都远远小于60GHz,因此,通信系统之间的干扰也很小,同样可以忽略不计。
(4)安全性高：传输路径的自由空间损耗在60GHz附近频率时约为15dB/km,并且墙壁等障碍物对毫米波的衰减很大。这使得60GHz无线通信在短距离通信的安全性能和抗干扰性能上存在得天独厚的优势,有利于近距离小范围组网。
(5)方向性强：99.9%的波束集中在4.7°范围内,极强的窄波束特别适合点对点的无线通信。
(6)易于实现频率复用：60GHz电磁波的路径损耗大,传输距离近,适合在近距离内实现频率复用。加之载波方向性强,抗干扰能力也强,使得多条同频传输链路可在同一空间内共存,实现空间复用,有效提升网络通信容量。
(7)最大发射功率限制小：60GHz波段占用的频率少,相对比较空闲,且远离传统通信系统的工作频段,使用较高的发射功率也不会对别的无线通信系统造成干扰,因此,60GHz波段所允许的最大发射功率限制小,可利用较高的发射功率来提高数据速率。
(8)天线尺寸小和电路可集成化：天线的尺寸与载波波长的数量级相比拟，由于60GHz载波波长处于毫米级别,其天线的尺寸相对于低波段天线大为减小，可以弥补载波在传输过程中的路径损耗,也有利于实现电路的集成。此外,与低波段电磁波相比,60GHz的载波更短,除了能降低天线的尺寸外,还可以显著的降低元器件的尺寸,提高通信设备的集成度。
由于60GHz的无线频点处于大气传播中的衰减峰值,频段不适合长距离通信(大于2km),故可以全部分配给短距离通信。在以60GHz为中心的8GHz范围内,衰减也不超过10dB/km。因此,无线本地通信有8GHz的带宽可用。对短距离通信来说,60GHz的频段最具有吸引力。
三、60GHz技术应用。
60GHz技术具有高速率、大容量、抗干扰、安全性能好等优点,特别适合高速率、短距离内的通信,可以广泛用于无线个域网、无线高清多媒体接口、海量文件的传输、医疗成像和汽车防撞报警系统等。
(1)无线个域网：无线个域网可以连接计算机、数码产品、移动终端等电子设备,实现电子终端间的无线通信。但由于网络带宽和频谱资源的限制,使得目前的无线个域网络的数据传输速率不高,无法支持超高速数据通信的要求。
60GHz无线通信具有数据传输速率高的优势,有利于信息设备之间的数据传输,降低通信时间,提高通信效率,可广泛应用于无线个域网中,取代目前广泛应用在家庭宽带和办公室通信中的光纤传输线路,降低无线通信组网的复杂度和成本。
(2)无线高清多媒体接口：高清多媒体接口是数字高清电视技术的接口标准,目前,机顶盒或DVD等电子设备是通过光纤线路向电视机或显示器传送高清视频和音频信号。随着数字技术的发展,电视机或显示器已具备接收完全非压缩方式的高清多媒体信号能力,因此,可以利用60GHz技术,通过无线的方式，使机顶盒、DVD或智能家电等终端,向电视机、显示器或扬声器等系统传送非压缩方式的音视频信号,实现高清播放的需求。
(3)海量文件的传输：60GHz技术的通信速率高,可支持高达7Gbit/s或更高的数据传输速率,因此,可用于短距离内海量文件的高速传输,比如,可利用60GH2技术,通过无线的方式,将城市街头或车站设置的自助服务终端中的视频、音乐及其他海量文件,以极高的速率传输到支持毫米波通信的手机或移动智能终端上。
(4)医疗成像：目前,医疗设备中的成像数据的传输速率一般达到了4~5Gbit/s,但采用的方式都是利用有线电缆连接,限制了医疗设备的移动性和灵活应用。60GHz技术具备了传输高速数据的能力,可通过无线方式,用来传输医疗成像的数据,提高医疗设备的灵活性和移动性。
(5)汽车防撞报警系统：汽车防撞报警系统由汽车雷达和信息处理单元组成,担负着车辆目标的快速识别预警和预警信号数据的快速传输功能。在复杂气候和车辆高速运行状况下,实现对其他目标的快速识别和预警信号的高速传输，对于交通安全非常重要。因此,可以利用60GHz技术,实现汽车雷达的快速识别和数据的高速传输。
在目前所有的汽车防撞雷达中,毫米波雷达因其带宽大、分辨率高、体积小以及全天候工作的优点,近年来成为国际上汽车防撞雷达的主流技术,被广泛应用于军事及民用领域。由于受到以往技术及器件设备的限制,国内对毫米波雷达的研究大多数集中在40GHz频段以下。随着技术的发展,60GHz频段的毫米波以其更宽的带宽、更高的分辨率得到了更广泛的关注。基于60GHz技术的双模汽车防撞雷达,不仅能通过探测前方目标的相对距离和移动速度,向驾驶员发出预警信号,提醒驾驶员提前采取措施避免事故,而且前后两辆汽车之间能够实现快速识别和数据的高速传输功能,后方车辆与前方车辆之间能相互知道两车的相对速度和距离,双方共同努力、互相协作可以使车辆行驶的更加安全。
另外,60GHz技术也开始应用于智能网联汽车的车载信息娱乐系统。
