英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

WIGIG：60 GHz频段内的多重千兆无线通信

克里斯托弗.J.汉森 博通公司

简介

无线千兆联盟- 通常被称为WiGig - 是致力于开发的行业联盟并在60年代推广无线通信GHz频段。60 GHz技术和需求的最新进展是基于对于更高速度的无线连接的需求，这队友WiGig联盟来说是主要的驱动因素。可用于无线的未经许可的频段中网络，60 GHz非常适合携带极端短距离内的高数据速率（每秒多吉比特）。WiGig开了一个媒体访问控制（MAC）层，物理（PHY）层和几个协议适配层（PAL）以实现利用这些设备的互操作设备极高的数据速率。WiGig也正在密切合作标准组织（包括IEEE 802.11）和其他行业组织，如Wi-Fi联盟，以帮助实现标准认证，兼容设备。

超高速应用

开发60 GHz通信的动机来自需要极高速度的无线数据的新一类应用程序。 WiGig应用程序的摘要显示在图.1。

图1：WIGI应用

高速视频和计算机显示流，数据传输和网络以及无线总线是关键应用。 这些应用的数据速率要求都超过了当今无线技术的能力。因此，该行业有动力寻求使用60 GHz通信。

60 GHZ频带

未经许可的60GHz频带具有比所有其他未经许可的频带加起来更多的带宽。 全球频谱可用性如图2所示。即使是最小的分配，也有超过3 GHz的可用带宽，并且大多数地区允许使用至少7 GHz。相比之下，5 GHz免许可频段的总可用带宽大约为500 MHz，而2.4 GHz频带z的带宽在大部分地区则小于85 MH。

图2:60GHZ世界可利用频谱

额外的带宽增加了信道容量，但不足以在实际应用中实现高速通信。低成本利用宽带宽的互操作性系统是必须的。60 GHz的具体挑战是克服发射机到接收机的（通常是严重的）路径损耗.Friis公式用于计算这种影响：。

其中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt是发射机天线增益，Gr是接收机天线增益，l是波长，R是从发射器到发射器的范围接收器。通常，WiGig系统的工作频率要高出10 dB因为总噪声比IEEE 802.11n系统接收功率来自更宽带宽的功率要高得多。此外，相对于2.4和5，损失约21至28分贝因为60GHz的波长较短，所以它们的频带较宽。其中一些损失可以通过降低最大值来弥补工作范围。剩余的损失必须得到补偿通过增加天线增益。

幸运的是，对于一个给定的天线孔径，天线尺寸较小时的高天线增益是可行的，因为对于给定的天线孔径，其增益与波长的平方成反比。对于完美无缺的天线系统，

Ae是有效孔径面积, 小波长约5mm）意味着具有半波长起搏的16元阵列将占据大约20mmtimes;20mm的空间。

然而，增加天线增益会带来其自身的挑战。随着天线增益的增加，天线波束宽度变得更小。非常窄的天线波束宽度 - 与10 dB天线增益或更多天线波束相关的天线指向或波束成形。对于采用全向天线的IEEE 802.11a/b/g/ns系统，这不是问题。60 Hz电台需要互相找到对方，进行协调，并以一种不可操作的方式优化天线设置。WiGig通过设计其网络架构，接入协议和PHY层来解决其MAC / PHY规范中的这些挑战。特定波束成形协议也是规范的组成部分。

WIGIG规格

WiGig MAC和PHY层为IEEE 802.11a/b/g/n MAC和PHY提供类似的功能，但结合了新功能来增强60 GHz频段的通信。如前所述，波束变形是规范的组成部分。有一种协议允许具有双向天线的设备发现并建立彼此的连接。一旦连接，他们可以改善天线座设置，以最大限度地发送和接收电子邮件。随着频道的变化，他们可以对其天线设置进行连续调整，以最大限度地提高性能。这允许最高的数据速率，即使是随时间变化的信道，例如移动设备看到的。

PHY层包括数据速率高达4.6Gb/s的单载波（SC）模式和数据速率高达7 Gb/s的正交频分复用（OFDM）模式。预计所有的服务都将采用SC模式，包括低功耗的移动处理设备。在这中间，OFDM模式是设计的或更高性能的系统，需要尽可能高的数据速率的模式。SC和OFDM模式共享一个共同序言以促进互操作性。

WiGig PHY中的信道编码采用速率为f 1/2，5/8，3/4和13/16的现代流密度奇偶校验（LDPC）编码。对于SC和OFDM模式都采用相同的代码集。更广泛的速率范围，使收发器能够针对他们遇到的特定衰落信道条件选择最佳码率。这些代码专门为落实和包含这些属性而设计，以支持编码层解码和完全并行的简洁的传播解码[2]。

WiGig MAC层为两个无线设备之间的点对点通信和无线网络访问组合的模式。 因此，可以支持电缆更换和互联网访问用。60 GHz与.4和5 GHz频段之间的连接也得到支持或快速传输切换。如果移动设备移动60 GHz连接的范围，这非常有用。它可以快速回退到其他未经许可的频段之一的低速连接，并保持无缝网络连接。

MAC和PHY还集成了特定功能来支持高速数据的高效传输。这些功能包括采用高级加密标准 - 伽罗瓦计数器模式（AES-GCM）的数据包聚合，数据块确认和高级安全性，与IEEE 802.11中的早期AES模式相比，每个模式所需的计算量更少。

WiGig正在开发PAL规范以解决常见的60 GHz应用。每个PAL层直接位于MAC层上，并作为60 GHz MAC/PHY和总线或显示器接口之间的接口。这种功能与典型的IP网络模型相反，IP网络模型具有位于MAC之上的附加IP栈。PAL接口型号具有更简单的设计，适用于电缆更换应用。IP模型更适合网络访问。 WiGig支持一种或两种操作模式。这两种模式甚至可以同时工作。例如，设备可以使用WiGig 60 GHz MAC/PHY在PAL上传输流式视频，在IP栈上传输高速互联网连接。

未来发展方向

60GHz通信技术的状态已经从当前无线局域网系统的经验和过去十年的重大研究发展中发展而来。持续的研究将有助于推动技术发展，降低成本并实现新产品和应用。工业特别感兴趣的是电路设计和封装的改进，补偿非视线信道的波束成形技术以及新的媒体接入技术。

用于封装和连接60 GHz电路的低成本方法[3]将有助于促进集成到不同类型的平台，如便携式设备。60 GHz的互补金属氧化物半导体（CMOS）电路设计的进一步改进，特别是功率放大器效率[4]，将有助于延长电池寿命并扩大通信范围。对于下一代系统，还需要开发专门为非视线性通道设计的波束形成技术[5]。 此外，多址技术的改进[6]将允许在更高的数据速率下进行更密集的部署。

总结

无线吉比特联盟一直致力于利用毫米波技术的先进技术来广泛使用未经许可的60 GHz频段。WiGig MAC，PHY和PAL规格经过专门设计，可支持各种需要极高数据速率的应用。通过与其他机构合作进行标准化和认证，预计采用WiGig技术的设备即将在市场上上市。

参考文献

[1] WiGig White Paper: Defining the Future of Multi-Gigabit Wireless Communication,retrieved from http://www.wigig.org/specifications/

[2] A. Blanksby, B. Shen, and J. Trachewsky, “LDPC Code Set for mmWaveCommunication,” Intrsquo;l. Wksp. mmWave Commun.: From Circuits to Networks(mmCom 2010), Chicago, IL, Sept. 2000.

[3] G. Liu et al., “Low-loss, Low-cost, IC-to-Board Bondwire Interconnects for Millimeter-Wave Applications,” 2011 IEEE MTT-S Microwave Symp. Dig.

[4] J. Chen and A. Niknejad, “A Compact 1V 18.6 dBm 60 GHz Power Amplifier in65nm CMOS,” 2011 IEEE Intrsquo;l. Solid-State Circuits Conf.

[5] S. Wyne et al., “Beamforming Effects on Measured mm-Wave ChannelCharacteristics,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, no. 10.

[6] S. Singh, R. Mudumbai, and U. Madhow, “Interference Analysis for HighlyDirectional 60-GHz Mesh Networks: The Case for Rethinking MediumAccess Control,” IEEE/ACM Trans. Net., vol. 19, no. 5, pp. 1513–27.

一

基于IEEE802.15.3c标准的种室内MIMO-OFDM系统的60GHZ实验评估

Maria-Teresa Martinez-Ingles, Concepcion Sanchis-Borras, Jose-Maria Molina-Garcia-Pardo,Joseacute;-Vacute;ıctor Rodracute;ıguez, and Leandro Juan-Llaacute;cer

摘要

这篇文章介绍了一个关于基于标准IEEE 802.15.3c的多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）毫米波系统性能的室内环境的实验研究。使用矢量网络分析仪测量通道矩阵，并在第一步中分析固有传播特性，如路径损耗，容量和相关性。在第二步中，使用了对性能的研究不同的时空编码策略。最后，所有这些分析都是针对MIMO天线元件的不同配置进行的。

索引条款-术语-60GHz，毫米波（mm-W），多输入多输出（MIMO），正交频分复用（OFDM），空时编码，空间复用。

1. 介绍

现在，MILIMITER-WAVE（mm-W）频段被认为是通过无线电传输数千兆比特的最可行的无线频段。对这个频段的兴趣依赖于它是商业应用的无执照频段，并且它能够提供极高的数据速率[1]。IEEE 802.15.3c任务组（TG3c）最近发布了IEEE802.15.3的基于mm-W的替代物理层扩展标准[2]，该标准使用60GHz频带用于无线个人区域网络 称为无线千兆以太网。同时，业界已经建立了联盟无线吉比特联盟，通常称为WiGig [3]，致力于开发和推广60-GHz频段的无线通信。

毫米波频段有一些实验研究。在[4]中，介绍了医院环境中60GHz高速无线电系统可行性研究的无线电信道测量和建模结果。在[5]中，对60-GHz室内的统计表征进行了广泛的回顾。

毫米波频段有一些实验研究。在[4]中，介绍了医院环境中60GHz高速无线电系统可行性研究的无线电信道测量和建模结果。在[5]中，对60-GHz室内的统计表征进行了广泛的回顾提供无线电频道。在[6]中，提出了一种基于实时宽带测量活动的实验表征，该活动使用冗余小区配置和不同天线方向图在空客340飞机机舱内执行。

另一方面，在过去的十年中，多输入多输出（MIMO）技术已经被深入研究，并且通常认为空时分组编码（STBC）降低了误比特率（BER）为一个给定的比特率，而空间复用，如在VBLAST中，如果信噪比（SNR）足够高，则增加吞吐量[7] [8]。

此外，与MIMO结合使用的正交频分复用（OFDM）是最有希望的物理层技术之一[9]。已经开展了一些工作来研究无线个人区域网络（WPAN）[10]和医院[11]中单输入单输出（SISO）系统吞吐量的性能。在文献[12]中，评估了使用由IEEE802.11ad开发的典型信道模型的WPAN的MIMO系统。

在这篇论文中，介绍了60 GHz的室内MIMO测量活动的方法。在第一步中，IEEE802.15.3c的系统规格显示了固有的物理层参数，例如宽带路径损耗，相关性和容量。第二步，我们根据IEEE802.15.3c标准评估不同时空MIMO策略的吞吐量。所有这些都针对不同的天线元件配置进行研究。

第二节简要介绍了实验的情况，第三节研究了信道矩阵的特性，就MIMO容量，路径损耗和相关性而言。在第四节中，评估吞吐量。最后，第五节陈述了可以从这项工作中得出的结论。

1. 实验装置的描述
   1. 情景

测量方案是位于西班牙卡塔赫纳大学研究楼一楼的实验室。实验室的大小约为4.5-7.3米，并配有几个壁橱，架子，桌面和椅子。此外，实验室还配备了多台电脑和电子设备。墙壁是石膏板制成的典型内墙，地板和天花板由混凝土制成。 在图1中，描绘了测量的情景以及测量的位置。我们使用了21个独立的发射机（Tx）位置和一个接收机位置（Rx）。关于发射机，每行相隔0.5米，而每隔1米分隔一列。在所有的实验中，一行视线（LoS）存在。

图1：室内测量仪器布置 图2：接收器信号强度和信道SNR

2.2 声道探测器

使用基于Rohde ZVA67矢量网络分析仪（VNA）的通道测深仪进

全文共11856字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[8767]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word