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2020年12月28日 | 毫米波才是距离我们生活最近的技术
2020-12-28 来源：EEWORLD
毫米波段范围从30至300 GHz，介于超高频波段和远红外波段之间，远红外波段的下部是太赫兹波段。这个波段的无线电波的波长从10毫米到1毫米;这个波段被人们被称为毫米波mmWave。国际电信联盟(ITU)对这一波段无线电频率的命名为“特高频”(EHF)。
毫米波有几种用途，包括通信、短程雷达、传感器和机场安全扫描仪。毫米波波段的不同部分被用于各种应用：
ITU将57- 59.3 GHz的非独占无源频率分配用于气象和气候传感应用中的大气监测，由于地球大气中氧的吸收和发射特性，它对这些目的很重要。
57- 66-GHz范围内工作的无线个人区域网络(WPAN)。
IEEE 802.16无线城域网（WMAN)，也被称为WiMAX ，在10- 66 GHz频段工作。
60 GHz：IEEE 802.11ad多千兆无线系统(MGWS)。
24至39 GHz频段：5G蜂窝电信技术。
毫米波雷达用于坦克和飞机上的近程火控雷达以及海军舰艇上的自动火炮，用来击落来袭导弹。
交警使用ka波段(33.4- 360 GHz)用于测速雷达炮。
衣服和其他有机材料对某些频率的毫米波是透明的。最近的一项应用是扫描仪，它可以检测出藏在衣服里的武器和其他危险物品，如机场安检。
毫米波衰减有负有正
毫米波只通过视线路径传播。电离层不反射它们，它们也不像低频率无线电波那样沿地球传播。在典型的功率密度下，它们被建筑墙壁阻挡，并在通过树叶时受到显著的衰减。大气气体的吸收在整个频带内是一个重要因素，并随频率增加。然而，在一些特定的吸收谱线时，它是最大的，主要是氧在60 GHz和水蒸汽在24 GHz和184 GHz上。在这些吸收峰之间的“大气窗口”频率，毫米波有更小的大气衰减和更大的范围，所以许多应用都可以用。然而，毫米波仍然会受到视距传播和其他限制。
这里所谓“大气窗口”是指 35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、 220GHz 频段, 在这些特殊频段附近, 毫米波传播受到的衰减较小。一般说来，“大气窗口”频段比较适用于点对点通信，已经被低空空地导弹和地基雷达所采用。而在 60GHz、 120GHz、 180GHz 频段附近的衰减出现极大值,约高达 15dB / km 以上, 被称作“衰减峰”。通常这些“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用，用以满足网络安全系数的要求。
大气衰减(dB/km)作为频率在毫米波波段的函数。由于诸如水蒸气和氧等大气成分的影响，特定频率的吸收峰值是一个问题。垂直尺度呈现指数级变化。
此外，降雨时毫米波衰减严重。雨滴的大小和毫米波长差不多，因此降水由于散射(降雨衰减)和吸收而引起额外的衰减。与微波相比, 毫米波信号在恶劣的气候条件下，尤其是降雨时的衰减要大许多，严重影响传播效果。经过研究得出的结论是，毫米波信号降雨时衰减的大小与降雨的瞬时强度、距离长短和雨滴形状密切相关。进一步的验证表明: 通常情况下，降雨的瞬时强度越大、距离越远、雨滴越大，所引起的衰减也就越严重。因此，对付降雨衰减最有效的办法是在进行毫米波通信系统或通信线路设计时，留出足够的电平衰减余量。
高自由空间损耗和大气吸收极大地限制了它的有效传播。这对发展高密度通信网络(5G和WPAN是有可积极作用的，因为它通过在相对小的地理区域内重复使用频率来改善频谱利用率。
毫米波的高带宽和短传输距离也使得它在超高清视频的短距离无线传输和小型、低功耗物联网设备的通信等应用中非常有用。由于毫米波传播距离有限，数据速率高，它可以在自动驾驶车辆之间的通信中发挥作用。
毫米波传感器可以通过分析和对附近环境做出反应，使驾驶体验更安全、更简单
mmWaves和5G
鉴于mmwave在短距离内提供低延迟、高带宽通信的能力，ITU定义了5G的三种主要使用场景，这就是大家熟知的增强的移动宽带(eMBB)、物联网的大规模机器式通信(mMTC)、 超可靠和低延迟通信(URLLC)。
毫米波技术提供超宽带宽和高速能力，以支持eMBB传输。
5G框架结构通过利用URLLC和eMMB的不同传输时间间隔(TTI)来满足预期的频谱效率(SE)，在URLLC延迟需求方面显示出良好的结果。例如，URLLC流量可以安排在较小的TTI持续时间上以实现低延迟目标，eMBB流量可以安排在较长的TTI持续时间上以保持其极端的SE需求。
以URLLC为中心的应用程序需要具有mmWave技术支持的可靠性、安全性和最小延迟的端到端数据传递。ITU已经为URLLC设定了具体的服务质量(QoS)要求，如1毫秒的空中接口延迟和99.999%的系统可靠性。对于选定的应用程序，URLLC的QoS要求如下:
虽然本常见问题集中在mmWave上，但5G由两个独立的频段组成; FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又称sub 6GHz频段；FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz，通常被称为毫米波(mmWave)
因此，FR1频率的5G可以像目前在LTE手机、蓝牙和类似设备中使用的射频架构那样使用。5G的FR1部分将能够使用类似的射频调制/解调结构和类似的模拟前端。它们不会完全相同，因为5G将比LTE拥有更多带宽。但是增加的带宽可以通过相似的技术来适应。
毫米波对5G发展的重要性不可言喻。在5G网络领域，移动行业可以利用毫米波无线电频谱为5G网络提供所需要的带宽，以满足高速的移动网络需求。根据GSMA报告，在5G毫米波所带来的创新服务推动下，到2034年中国将占亚太地区2120亿美元经济增长额的53％
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史海拾趣
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