140GHz高速无线通信技术研究

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  摘 要:文章首先介绍了高速无线通信技术的发展,然后分析了140GHz高速无线通信系统的实验过程与结果分析,最后分析了140GHz高速无线通信技术在McWill中的应用。
  关键词:140GHz 无线通信技术 发展 客户端
  在科学技术的不断发展下,无线通信技术也取得了较大进步,进入了数字化时代。通信技术的进步改变了人们的工作方式、思想交流方式、文化教育方式以及管理方式。与光纤通信相比,无线通信有着更加方便以及投资少等优点,人们在户外活动中可以不受限制地使用网络,生活更加便捷与多彩。
  一、高速无线通信技术的发展
  太赫兹频段凭借其优越的物理特性在雷达、通信以及特征频谱检测等方面显露出了很大的应用前景,其可以利用频段的宽带特性有效提高高速通信的容量,提高通信速率。2004年,日本的NTT公司首先实现了以UTC-PD为基础的120 GHz10Gbps无线通信系统,其是一种非线性光混频通信系统。2009年,NTT公司以0.1微米的InP HEMT MMI C集成芯片作为系统核心实现了120 GHz10Gbps无线通信系统。而美国的Asyrmatos 通信系统公司则研发了140GHz频段的10Gbps数据传输与收发系统,其无线传输距离可达4.8千米。之后加拿大多伦多大学研发了基于SiGe HBT MMIC技术和SiGe BiCMOS MMIC技术的140GHz接收机,实现了书迷距离內的4Gbps无线通信。到2010年,IAF已经研制出了以MMIC为基础的260到304GHz范围内的接收机,其所具备的性能几乎可以媲美肖特基接收机。
  二、140GHz高速无线通信系统的实验过程与结果分析
  1.实验过程
  该实验系统主要包括发射端和接收端这两个组成部分,首先,在发射端对需要传输的文件进行编码以及调制,生成文件。波形发生器会根据文件的信息输入产生带宽为3.6GHz、中心频率为6GHz的中频信号,该信号会经过Ka频段本振并被中频处理模块放大,传递到140GHz发射机上。发射端和接收端的天线均为25dB增益的宽波束喇叭,其远场距离按照0.5625米计算,为此,本次实验将传输距离定为0.5米。在接收端,接收到的信号会在肖特基二极管的混频器下被还原为中频信号并输出。
  2.实验结果分析
  140GHz发射机在中频信号为-5dB米的输入情况下,输出功率达到-3dB米,饱和输出功率为0dB米。连接发射机与接收机,利用适量分析仪对所获得的信号增益测试曲线进行分析,得到中频信号的输入功率为-30dB米,说明直连通道的增益也大于0dB米。
  假定天线的噪声温度为290K,放大器的噪声系数为6dB,混频器的噪声温度为600K,在不考虑元器件耗损的情况下,可以计算出接收机的噪声温度为2200K。
  在3.6GHz带宽以及135.4GHz的中心频率等已知条件下,无线通信链路的各项性能如下:工作频段为133.8~137.4GHz范围内,输出功率为-3dB米,链路的空间整体损耗为-21dB米,接收链路的中频输出功率为-26 dB米,接收端的载噪比为45.6dB米,全向辐射的有效功率为22dB米。重复试验结果显示,系统传输的误码率低于1e-6。在考虑器件耗损以及其它影响因素的情况下计算得到1.5千米距离条件下的接收器载噪比为31.7dB,符合数字解调器的要求,因此我们认为该实验系统可以实现1.5千米的无线通信。
  三、140GHz高速无线通信技术的应用
  高速无线通信技术有着传输速度快、安全性高、稳定性好等优势,在很多领域都得到了广泛应用。本文以高速无线通信技术在Mc Will中的应用为主进行详细介绍。
  1.Mc Will系统的应用优势
  1.1Mc Will系统可以提供宽窄带一体化服务
  Mc Will同时支持数据业务、语音业务、多媒体,是语音数据一体化的宽带无线接入系统。
  1.2Mc Will系统的容量非常高
  Mc WiLL单基站的载频宽带为5MHz,最高吞吐量可以达到15 Mbit/s,其终端的最高吞吐量为3 Mbit/s,可以同时支持300条线路进行语音和移动性宽带接入系统。
  1.3终端形式丰富
  Mc Will系统支持PCMCIA卡、无线伴侣、桌面式CPE以及有/无线话机等终端类型,既可以与PC、POTS电话等设备直接连接起来使用,也可以以IAD、以太网交换机等设备作为载体来扩展终端数量,以便开发中小企业用户、家庭用户以及各种行业用户。
  2.Mc Will系统的应用
  Mc Will系统主要应用于无线宽带业务中,具体分为三种:第一,小区用户。为已经装有ADSL或者小区宽带等宽带服务、没有宽带接入装备的旧楼以及即将完成建设的小区用户提供接入服务;第二,个人商业用户。采用发展PCMCIA卡的方式来满足用户的便携上网需求,可以采用按流量或按照时长收费这两种计费方式;第三,中小型企业用户。主要为中小企业提供电话业务、宽带上网和传真业务,提高企业办公的移动化和信息化。
  四、结束语
  综上所述,随着通信技术的不断发展,140GHz高速无线通信技术也得到了越来越广泛的应用。本文利用发射端和接收端这两个部分构成的实验系统对140GHz高速无线通信技术的性能进行了检测。首先在发射端对需要传输的文件进行编码以及调制,生成文件,然后去会转换为带宽为3.6GHz、中心频率为6GHz的中频信号传递到140GHz发射机上。实验结果显示该系统符合数字解调器的要求,因此我们认为该实验系统可以实现1.5千米的无线通信。高速无线通信技术有着传输速度快、安全性高、稳定性好等优势,在很多领域都得到了广泛应用。高速无线通信技术在Mc Will中的应用主要体现在无线宽带业务方面,包括小区用户、个人商业用以及中小型企业用户这三种类型,可以满足不同用户的不同需求。
  参考文献
  [1]王成,林长星,邓贤进.140GHz高速无线通信技术研究[J].电子与信息学报,2011(09)
  [2]林长星,张健,邵贝贝.高速无线通信技术研究综述[J].信息与电子工程,2012(04)
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