毫米波技术：有望达到光纤的数据传输速率！

导读

据西班牙IMDEA网络研究所官网近日报道，该研究所的研究人员基于毫米波技术开发出一种适用于未来超高速无线网络的新型通信架构，这种超高速无线网络有望达到之前只能通过光纤实现的数据速率。

背景

无线电频谱是无线通信的基础。这种有限的资源需要得到有效的管理，从而满足无线互联网接入迅速增长的需要。在目前频谱资源越来越紧缺的情况下，毫米波频谱资源对于发展5G网络来说非常重要。

毫米波（millimeter wave），是指波长在1毫米~10毫米之间、频率在30GHz~300GHz之间的电磁波。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围之内，所以兼具两种波谱的特点。

由于频率高、波长短，所以毫米波具备频谱宽、波束窄、可靠性高、方向性好、传输质量高等优势，可广泛应用于科研、通信、雷达、安检、医疗等一系列领域。

毫米波雷达技术示意图（图片来源: 广岛大学）

创新

近日，西班牙IMDEA网络研究所的研究人员基于毫米波技术开发出一种适用于未来超高速无线网络的新型通信架构。这种超高速无线网络有望达到之前只能通过光纤实现的数据速率。

开放空间测量设置（图片来源：IMDEA网络研究所）

技术

目前，最先进的无线通信系统已经接近其最大技术容量。为了满足传输数据量成倍增加的需要，唯一切实可行的选项就是增加使用中的通信带宽。

这正是IMDEA网络研究所计算机科学家和研究教授约尔格·威德默（Joerg Widmer）博士领导的无线联网小组（Wireless Networking Group）在近期完成的“SEARCHLIGHT”项目中所实现的。

威德默博士获得了欧洲研究委员会170万欧元的拨款以展开这项研究，他开发出一种似乎无所不在、健壮、可变动、可互操作、经济划算的无线网络技术。该技术运行在之前未被使用的高频段上，例如未经许可的60GHz频段。

L型房间区域中的多访问点测量设置。（图片来源：IMDEA网络研究所）

随着低频网络拥堵的加剧以及频谱变成电信运营商稀缺的资源，该项目将作出卓越贡献。目前毫米波消费电子器件被广泛部署，技术领导者们已经广泛展开毫米波技术的实验，实现之前只能通过光纤达到的数据速率。

毫米波（红色箭头）传输的数据直接被转化为光纤中的光脉冲（黄色）（图片来源：参考资料【1】）

脸书（Facebook）公司发起了Terragraph项目，该项目使用可重构的毫米波链路网络，在城市和郊区环境中提供可靠、高速的互联网接入。该项目之前是通过具有毫米波回程链路和互连链路的太阳能无人机网络来进行实验，从而在基础设施很少的区域提供无线连接。

（图片来源：terragraph项目网站）

Alphabet（谷歌重组后的公司）发起的Loon项目采用了具有毫米波链路的高空气球来实现同样的目的。

（图片来源：Loon）

毫米波技术还有一些对于大规模网络来说非常有趣的特性。举例来说，这些大规模网络包括SpaceX公司的“星链（Starlink）”网络和PointView Tech公司（脸书子公司）的卫星网络。

2019年5月24日发射的60颗Starlink卫星（图片来源：维基百科）

这些网络由小型卫星组成以提供全世界范围的连接性，而毫米波技术非常有望应用于这些网络。随着此类网络的密度与容量不断增长，欧洲研究委员会的这个项目的可扩展性成果将具有很高的实用性。

约尔格·威德默表示：“我们开发的这些突破性协议和算法，将为未来无线网络的可扩展性提供关键元素。如同有线以太网从共享介质发展到完全的交换网络，我们憧憬着未来的无线网络将由定向性非常强的LOS（视线）信道组成，这些信道是为了访问点（AP）和端设备之间的通信。”

盲波束转向（BBS）实验平台和测量设置。（图片来源：IMDEA网络研究所）

因此，未来毫米波网络将以超高密度和高度可扩展为特征。威德默博士解释道：“为了应对极度动态的无线电环境（在这种环境中，信道出现和消失所跨越的时间间隔非常短），SEARCHLIGHT采用角度信息迅速地对齐毫米波定向天线。这种架构集成定位系统并学习无线电环境地图，使研究人员可以迅速挑选最合适的访问点和天线波束图形，并采用预定位置作为背景信息来分配无线电资源。访问点被部署得无处不在，即使是在移动和拥堵的情况下，也能提供持续的连接性。该项目开发出非常低开销的网络管理机制，以应对非常高的设备密度。”

关键字

5G、毫米波、通信、天线、无线电

参考资料

【1】Salamin Y et al.: Microwave plasmonic mixer in a transparent fibre-wireless link, Nature Photonics, 29 October 2018, doi: 10.1038/s41566-018-0281-6

【2】https://www.networks.imdea.org/whats-new/news/2019/novel-communications-architecture-future-ultra-high-speed-peed-wireless-networks

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