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目前流行的Wi-Fi等无线技术通常使用的2.4GHz和5.8GHz系统正在迅速耗尽频谱资源; 而超宽带系统受制于100微瓦功率,缺乏灵活性。在60GHz频段附近的射频具有波长短、频谱范
围宽、传输速率高、可望通过低成本CMOS器件实现等优势,是未来近距离高速无线网络的重要备选技术。
人们不仅通过无线电波来通话,还越来越希望手里的各种装置也有同样的功能。这一趋势始于上世纪90年代末的蓝牙技术,蓝牙提供的数据速率达到了1Mbps。后来Wi-Fi和IEEE 802.11标准把速率提高到了100 Mbps。如今超宽带系统的速率更是达到500 Mbps。
从原理上来说,这种工作于短距离的无线电链接有望替换如今使我们的家里和办公室凌乱不堪的线缆,消除无线网络的速度瓶颈,甚至让便携式设备可以把计算任务卸载到附近的基站。因而,设备有望去掉庞大的硬件外壳,从而变得尺寸更小、份量更轻、价格更低。
但前提是工程师们能够获得更多的带宽。如今通常使用的各种2.4GHz和5.8GHz系统正在迅速耗尽频谱资源; 而超宽带系统受制于100微瓦功率,缺乏灵活性,速率因而可能仅局限于1 Gbps左右。下一步该何去何从?
60GHz的优势
显然,我们必须着眼于更高频率的频谱,但到底使用哪段频谱并不是一目了然。一种颇吸引人的想法就是使用甚高频率: 红外光。虽然如果只是需要用遥控器更换电视节目频道或者操作无线鼠标,这种办法效果很好,但理论和实际效果证明: 很难足够迅速地对红外光发光二极管的输出信号进行调制,从而满足更高要求和灵活性的应用。所以就眼下而言,还是使用射频频谱比较合理,而最有希望的是60GHz附近约7GHz宽的无执照频谱。
与目前无线技术经常使用的5.8GHz频谱相比,其速率高达其10倍以上; 有了60GHz频段附近提供的大量带宽,数据传输能力就会大大加强。就在不久前,为消费市场设计产品的工程师们对面临各种技术困难的60GHz还是避而远之,不过亟需带宽的现实最后还是激起了他们的兴趣。
芯片设计方面取得的进展也起到了推波助澜的作用。如今的60GHz技术依赖相对昂贵、功耗较大的砷化镓半导体,但众多研究人员证明硅芯片同样能够胜任这项任务,而功耗要低得多,成本也会极低。这些人员来自IBM、加州大学伯克利分校和加州大学洛杉矶分校等组织。硅芯片方案正是60GHz通信吸引人们的关键。
这种吸引力非常强,以至一个特别任务组现正在为使用57GHz到64GHz波段的无线个人区域网开发IEEE 802.15.3标准的延伸版本; 而在2006年,包括松下、日电和索尼在内的多家公司共同定义一项规范,以便使用这一段无线电频谱来传输高清视频。这个设在加州森尼韦尔的组织名为Wireless HD,希望把电视机与光盘播放机、摄像机、游戏机、笔记本电脑及其他设备连接起来,并获得高达5 Gbps的速率—这么快的速度足以在约一分钟之内传输完一部高清故事片。
除了能提供额外带宽和更高的数据速率外,60GHz还有其他优点。由于波长很短,天线尺寸仅比针头大得有限,小得足以安装在收发器的芯片上。由于把许多天线和收发器集成到一块芯片是切实可行的,再经过合理的相位调整,这些装置就能共同形成波束,对准某个方向传输信号(基本原理请参见图1《自适应天线工作示意》)。这种相控天线还可以用来增强信号的接收。这些操作可以自动进行,那样发送者和接收者就能寻找对方,不需要人的干预,从而组成自适应阵列(即“智能”)天线系统。
如果能够集成天线,就不需要线缆来传输进出芯片的信号,可以使封装成本降低一两个数量级。另外,由于不需要外露的输入和输出端口,收发器在制造及组装期间不大容易受到静电放电的影响。因而,厂商没有静电器件也行,而静电器件会加大电容、降低性能。

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