- 2020-04-15 16:04:22 来源:内容来源于网络 浏览量:979次
- 【导读】传统大规模MIMO技术采用每根天线配备一条射频链路的技术方案在其工作在毫米波频段时会面临巨大功耗和高昂成本等问题。
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随着通信事业的快速发展,无线电频谱的低端频率已趋饱和,即使是采用高斯滤波Z小频移键控(GMSK)调制或各种多址技术扩大通信系统的容量,提高频谱的利用率,也无法满足未来通信发展的需求,因而实现高速、宽带的无线通信势必向微波高端开发新的频谱资源。毫米波由于其波长短、频带宽,可以有效地解决高速宽带无线接入面临的许多问题,因而在短距离通信中有着广泛的应用前景。
传统大规模MIMO技术采用每根天线配备一条射频链路的技术方案在其工作在毫米波频段时会面临巨大功耗和高昂成本等问题。研究毫米波大规模MIMO射频链路压缩技术对部署5G无线通信系统具有重要意义。
沈阳自动化所信与片上系统(iComSoC)团队与魏茨曼科学院SAMPL实验室提出了利用信道二阶特性的全连接硬件网络方案以实现射频链路的压缩,进而极大地降低了硬件网络配置的复杂度,噪声条件下的全连接复增益硬件网络配置的理论解,通过提出多自由度的交替迭代优化算法,实现了逼近理论解的高性能全连接移相器硬件网络配置。
什么是信道
指通信的通道,是信号传输的媒介。信息是抽象的,但传送信息必须通过具体的媒质。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间,有线电话的信道是电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。在理论研究中,一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得的通信效果,因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分,而信道就指那些比较固定的部分。无线信道也就是常说的无线的“频段(Channel)”,其是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。
天线阵列
单一天线的方向性是有限的,为适合各种场合的应用,将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线,按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列,也叫天线阵。构成天线阵的天线辐射单元称为阵元。天线阵的工作原理可以看成是电磁波(电磁场)的叠加。对几列电磁波来讲,当它们传到同一区域时,按照叠加原理,电磁波将产生矢量叠加。叠加结果不仅与各列电磁波的振幅大小有关,而且与它们在相遇区间内相互之间的相位差有关。
射频链路
射频表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300kHz~300GHz之间。射频就是射频电流,简称RF,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频(300K-300G)是高频(大于10K)的较高频段,微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。链路指无源的点到点的物理连接。有线通信时,链路指两个节点之间的物理线路,如电缆或光纤。无线电通信时,链路指基站和终端之间传播电磁波的路径空间。水声通信时链路指换能器和水听器之间的传播声波的路径空间。链路(物理链路)与数据链路的概念不同,数据链路是除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上的,才是数据链路。数据链路又称为逻辑链路。
毫米波通信技术
波长从10毫米至1毫米、频率从30吉赫(GHz)至300吉赫(GHz)的电磁波称为毫米波,利用毫米波进行通信的方法叫毫米波通信。毫米波通信分毫米波波导通信和毫米波无线电通信两大类。
毫米波通信技术是一个典型的军民两用技术。在军事领域中可以应用于星际间通信或中继、毫米波频段的保密通信和毫米波敌我识别系统等;而在民用领域可以应用于宽带多媒体移动通信系统、测量雷达、车船防撞、地形测绘、射电天文、以交互式大容量电视广播及卫星的毫米波链路系统等诸多方面。
毫米波属于极高频段,它以直射波的方式在空间进行传播,波束很窄,具有良好的方向性。一方面,由于毫米波受大气吸收和降雨衰落影响严重,所以单跳通信距离较短;另一方面,由于频段高,干扰源很少,所以传播稳定可靠。因此,毫米波通信是一种典型的具有高质量、恒定参数的无线传输信道的通信技术。
大气激光和红外对沙尘和烟雾的穿透力很差,而毫米波在这点上具有明显优势。大量现场试验结果表明,毫米波对于沙尘和烟雾具有很强的穿透力,几乎能无衰减地通过沙尘和烟雾。甚至在由爆炸和金属箔条产生的较高强度散射的条件下,即使出现衰落也是短期的,很快就会恢复。随着离子的扩散和降落,不会引起毫米波通信的严重中断。
MIMO技术
在不增加带宽的情况下,成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。它可以定义为发送端和接收端之间存在多个独立信道,也就是说天线单元之间存在充分的间隔,因此,消除了天线间信号的相关性,提高了信号的链路性能,增加了数据吞吐量。研究表明,在瑞利衰落信道环境下。OFDM系统会使用MIMO技术来提高容量。
采用MIMO系统是提高频谱效率的有效方法。多径衰落是影响通信质量的主要因素,但MIMO系统却能有效地利用多径的影响来提高系统容量。系统容量是干扰受限的,不能通过增加发射功率来提高系统容量。而采用MIMO结构不需要增加发射功率就能获得很高的系统容量。因此,将MIMO技术与OFDM技术相结合是下一代无线局域网发展的趋势。在OFDM系统中,采用多发射天线实际上就是根据需要在各个子信道上应用多发射天线技术,每个子信道都对应一个多天线子系统、一个多发射天线的OFDM系统。正在开发的设备由两组IEEE802.11a收发器、发送天线和接收天线各两个(2×2)以及负责运算处理过程的MIMO系统组成,能够实现108Mbit/s的传输速率,支持AP和客户端之间的传输速率为108Mbit/s;当客户端不支持该技术时(IEEE802.11a客户端的情况),通信速率为54Mbit/s。
新闻来源:中科院沈阳自动化所、百度
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- 标签:5G毫米波 , MIMO技术 , 射频链路压缩
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