| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Миллиметровый диапазон - 60 ГГц, как промышленная реальность
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НИЯУ МИФИ)
Факультет Автоматики и Электроники
Кафедра "Микро- и наноэлектроники”
Курс "Локальные Сети ПК”
Домашнее задание №1 на тему
" Миллиметровый диапазон - 60 ГГц,
как промышленная реальность”
Выполнил студент
Группы А9-11
Биляев А.А.
Преподаватель:
Лапшинский В.А.
Москва 2013
Введение
Отмечая характерную для современного этапа развития радиотехники тенденцию к переходу на все более короткие волны, т.е. на все более высокие частоты. Диапазон 60 ГГц, как и вообще миллиметровый диапазон, привлекал к себе внимание разработчиков не одно десятилетие. Но подступиться к нему производителям массовых систем было сложно – отсутствовала соответствующая дешевая и миниатюрная элементная база. В начале третьего тысячелетия проблема стала решаться. Ситуация сразу изменилась кардинально – из сугубо "военных" и "аэрокосмических", 4–5-мм диапазоны уверенно осваивают производители потребительской электроники. И, разумеется, их коллегами, работающими в области специальных систем. По мнению некоторых специалистов, события в диапазоне 60 ГГц, равно как и в Е-диапазоне, могут стать новой инновационной волной, сопоставимой с появлением стандартов сотовой связи и систем Wi-Fi.
Достоинства и недостатки диапазона 60 ГГц
Диапазон 60 ГГц (длина волны – 5 мм) достаточно долго привлекал
внимание разработчиков телекоммуникационных систем. Тому есть ряд причин. Во-первых, в полосе примерно 57–64 ГГц очень сильно затухание радиоволн на атмосферном кислороде – до 16 дБ/км (рис.1). Еще сильнее затухание при дожде (рис.2).
Казалось бы, налицо яркий недостаток, диапазон 60 ГГц – типичное окно непрозрачности. Однако этот недостаток становится достоинством, если задуматься о таких параметрах, как скрытность, возможность повторного использования частот, взаимного влияния приемопередающих устройств и т.п. Разумеется, для передачи на дальние расстояния, в единицы километров, диапазон 60 ГГц далеко не оптимален (для этой задачи лучше подходит соседний миллиметровый Е-диапазон). Но если говорить о расстояниях в сотни и десятки метров (локальные и персональные сети, соответственно), картина радикально меняется.
В самом деле, в соответствии с законом Фрииза, в свободном пространстве мощность принятого сигнала Pr = PtGtGrλ2 / (4πR)2, где Pt – мощность передатчика, Gt и Gr – усиление передающей и приемной антенн, λ – длина волны излучения и R – расстояние между приемником и передатчиком. Соответственно, для длины волны 5 мм и дальности 100 м отношение Pr / Pt, без учета усиления антенн, составит примерно -108 дБ. При этом поглощение на атмосферном кислороде (примерно 1,5 дБ на 100 м) не окажет решающего влияния. Таким образом, на относительно малых дистанциях в 60-ГГц диапазоне при прямой видимости основной фактор – "естественное" ослабление сигнала. Конечно, оно велико, и это – недостаток. Но его могут с лихвой компенсировать другие достоинства. Прежде всего, из-за сильного ослабления, связанного с поглощением на атмосферном кислороде, устраняется проблема интерференции между различными источниками сигнала, принадлежащими разным сетям. Это позволяет автоматически решить проблему повторного использования частот – исчезает задача частотного распределения. Именно поэтому диапазон 60 ГГц во многих ведущих странах мира признан безлицензионным (табл.1, рис.3).
Одновременно достигаются такие показатели, как скрытность связи (необнаруживаемость), целостность (стойкость к прицельным помехам) и стойкость к несанкционированному подключению (невозможность фальсифицировать мобильную станцию или точку доступа).
Не менее важное достоинство – ширина доступной полосы, до 7 ГГц. Это делает 60-ГГц диапазон если не безальтернативным, то чрезвычайно привлекательным для высокоскоростной сверхширокополосной передачи (напомним, по определению FCC США, сверхширокая полоса – все, что превышает 500 МГц). Это позволяет передавать высокоскоростные потоки информации, включая трансляцию видеопотоков с нескольких видеокамер, передачу видеосигнала высокого разрешения (табл.2), организацию транспортных потоков в сотовых сетях и т.п.
Кроме того, широкая полоса допускает применение самых разнообразных схем скремблирования, помехоустойчивого кодирования, выбор оптимальных для передачи данных методов модуляции и множественного доступа, что обеспечивает возможность передачи данных с требуемой скоростью при очень низком соотношении сигнал/шум.
Другой важнейший фактор – длины волн в миллиметровом диапазоне (мм-диапазоне) существенно снижают габариты антенных систем. Для достижения узкой диаграммы направленности (т.е. для большего усиления антенны) требуются меньшие размеры самих антенн. Действительно, усиление антенны можно оценить как G = 4πS / λ2, где S – апертура антенны (т.е. ее эффективная площадь). Тогда формула Фрииза преобразуется к виду Pr = PtStSr / (λR)2, т.е. с учетом фактора антенны потери мощности в канале Pr / Pt оказываются обратно пропорциональными квадрату частоты. При эффективной площади в 10 см2 усиление антенны составит 35 дБ, при S = 1 см2 – 17 дБ (если не используются антенны с фазированными решетками или другими способами формирования узкой ДН).
Следовательно, для связи в диапазоне 60 ГГц можно создавать миниатюрные антенные системы, вплоть до интегрированных в чип фазированных антенных решеток или направленных антенн другой конструкции. Это открывает блестящие перспективы в плане производства монолитных или квазимонолитных интегрированных приемопередающих устройств, позволяющих применять их по принципу "включил – работает". Вся тонкость и сложность конструирования и настройки радиосистем мм-диапазона скрыта от того, кто применяет такие модули как уже готовые компоненты. Причем такие интегрированные антенно-трансиверные модули позволяют создавать системы с многолучевыми перестраиваемыми диаграммами направленности (smart-антенны). При этом возможны два подхода – антенная система с переключением лучей (массив направленных антенн) и антенная система с синтезом диаграммы направленности (адаптивные). Второй метод более эффективен, поскольку позволяет формировать "нули" в диаграмме направленности, исключающие ненужную интерференцию от "паразитных" передатчиков, однако более сложен в аппаратной реализации. Адаптивные антенны могут быть как с аналоговым (фазовращатели – системы временной задержки), так и с цифровым управлением. В каждом из этих направлений уже получены практические результаты.
Все это позволяет говорить о скором появлении нового класса элементной базы электроники, соответственно – о принципиально новых потребительских устройствах и системах.
Наконец, отметим, что электромагнитное излучение в диапазоне 60 ГГц относительно безвредно, поскольку не проникает глубже внешних кожных покровов (поглощается водой). Тем не менее, существующие нормы FCC (Rule 1.1310) ограничивают поверхностную плотность мощности излучения на уровне 1 мВт/см2 при средней экспозиции свыше 30 минут и 5 мВт/см2 – при средней экспозиции свыше 6 минут.
Перспективы развития систем ближайшей радиолокации миллиметрового диапазона.
Учитывая очевидное отставание уровня отечественных разработок в технологической области создания миниатюрных узлов и компонентов СБРЛ вообще и в диапазоне миллиметровых волн (ММДВ) в частности, целесообразно проводить анализ состояния элементной базы диапазона 53…60 ГГц для создания перспективной СБРЛ на примере доступных зарубежных разработок.
Традиционно, на протяжении боле 30 лет узлы и компоненты устройств миллиметрового диапазона реализовывались в виде волноводных конструкций. Переход к миллиметровым волнам от дециметровых и сантиметровых позволяет существенно уменьшить габариты систем в волноводном исполнении. Однако с появлением микрополосковых технологий преимущества миллиметрового диапазона в габаритах средств доставки стало достаточно условным. Более того, применение волноводных устройств в артиллерийских системах зачастую ограничено из-за значительных перегрузок при полете. Безусловно, существуют технические решения позволяющие обеспечить прочность крепления активных элементов, но размеры волноводных устройств по-прежнему остаются большими и не позволяют реализовать малогабаритные устройства со сложными сигналами и соответствующей обработкой. Можно сказать, что настоящей революцией в области техники и технологии ММДВ стало появление современных полупроводниковых и диэлектрических материалов, позволяющих строить микромодули, встраиваемые в микрополосковые конструкции.
Ведущие страны мира в последнее время все больше стремятся к миниатюризации электронных устройств, в том числе и миллиметрового диапазона. При этом наблюдается концентрация производства механической части и электронной в рамках одной фирмы.
Так, например, американская аэрокосмическая корпорация Nortrop Grumman в результате приобретения компании TRW стала ведущим производителем интегральных схем миллиметрового диапазона, в том числе диапазона 53…60 ГГц. В номенклатуре изделий подразделения Velocium фирмы Nortrop Grumman имеются: усилители мощности, смесители, умножители частоты, внешний вид которого приведен на рис. 2, малошумящие усилители (МШУ). В качестве примера, рассмотрим некоторые характеристики этих устройств и возможные схемы их использования в СБРЛ. В номенклатуре изделий имеются практически все ключевые модули для построения приемо-передающей части СБРЛ, пример которой приведен на рис. 3. На этом рисунке видно, что опорный сигнал ППМ формируется в области частот 14…16 ГГц, что на сегодняшний день не является технической проблемой и также реализуется в микрополосках. В этом диапазоне частот имеется возможность построения генераторов с фазокодовой манипуляцией (ФКМ), линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) с большой девиацией частоты, шумовых и комбинированных. Заметим, что формирование сложного сигнала на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных способов распознавания малозаметных целей на фоне подстилающих поверхностей.
В Европе лидирующие позиции в разработке и производстве интегральных схем миллиметрового диапазона занимает концерн United Monolithic Semiconductors (UMS).
Этот концерн занимает лидирующие позиции по производству микроэлектронных изделий миллиметрового диапазона вплоть до частот 110 ГГц. Основными потребителями продукции являются фирмы, работающие в области вооружений, космических исследований телекоммуникаций. Наибольший интерес сточки зрения проектирования и создания СБРЛ является тесное сотрудничество UMS c THALES и EADS, мировыми лидерами по разработке электроники для СБРЛ. В кооперации с компанией Ansoft разработан пакет моделирования устройств диапазона до 60 ГГц - Ansoft Designer/Nexxim.
Основное производство концерна UMS сосредоточено в Европе в городах Ульм Германия и Орсей Франция. На основе комплектующих UMS могут быть реализованы две функциональные схемы приемопередатчиков, которые могут быть использованы в СБРЛ. По своей номенклатуре и характеристикам изделия UMS близки к характеристикам Nortrop Grumman.
Помимо изготовления самих микромодулей, особое место занимает технологический аспект их сборки в законченные функциональные модули. В этой области наиболее впечатляющих результатов достигли две фирмы: THALES и EADS. Информация о технологиях, используемой первой из них в доступных источниках достаточна скудна. В то же время о технологиях, используемых European Aeronautic Defence and Space Company (EADS) хорошо известно в силу двойного их применения. В качестве основы для монтажа микромодулей и формирования необходимых пассивных структур используют, как обычные диэлектрические материалы Rogers RO 4003 и Taconic TLE95, так и специальные – Tacamplus.
Рассмотрим более подробно новый материал, поскольку он дает представление о тенденциях и перспективах разработки полосковых и микрополосковых устройств ММДВ.
По своей структуре это металлическая пластина толщиной от 1 до 3 мм, покрытая слоем (ламинированная) Tacamplus поверх которого нанесена медная фольга. Наибольший интерес представляет технология изготовления проводящих и волноведущих структур с помощью лазера, основные операции которой приведены на рис. 4. Металлическая пластина в основании позволяет обеспечить высокую механическую прочность и хороший теплоотвод при использовании мощных устройств.
В заключение приведем конструкцию приемного узла используемого в телекоммуникациях и фазированных антенных решетках. Это модуль выполнен на материале Tacamplus и вся схема: МШУ, фильтр, схема автоматической регулировки усиления (АРУ), смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) размещается на одной подложке. Схема питания и управления смонтирована на подложке из FR-4 и располагается в непосредственной близости от СВЧ модулей (рис. 5).
Таким образом, принципиальных трудностей при конструировании и изготовлении плат для микромодулей ММДВ нет. Есть технологические и конструктивные особенности, которые следует учитывать. И еще раз подчеркнем – необходимо соответствующее технологическое и измерительное оборудование. Наметившееся отставание в технологическом плане на сегодняшний день оценивается в 3…5 лет. В настоящее время есть кадровый потенциал, способный сократить это отставание, но нет оборудования и средств измерений. Силами НПП «Исток» в рамках различных проектов осуществляется попытка решения некоторых технических и технологических проблем при конструировании и изготовлении микромодулей. Однако эти попытки, зачастую, основаны на энтузиазме и никак не подкреплены со стороны государства.
Перспективы развития СБРЛ в России
В предыдущем разделах мы рассмотрели тенденции развития бортовых неконтактных датчиков (НД) за рубежом. В настоящем разделе сделаем попытку спрогнозировать тенденции отечественных НД. Использование спутниковых навигационных систем для отечественных систем на данном этапе и ближайшей перспективе представляется проблематичным из-за слабого развития отечественной спутниковой группировки и отсутствия приемных модулей.
Тенденция создания многофункциональных СБРЛ, аналогичных MOFA, MEDEA и других представляется разумной, поскольку позволяет унифицировать номенклатуру НД. При этом использование радиолокационных НД является предпочтительным, поскольку они позволяют обеспечить всепогодность, всесуточность, избирательное действие в окрестности цели (неконтактное определение высоты, дистанцию до маневрирующей цели, сторону пролета и др.). В то же время обеспечение многофункциональности неразрывно связано с взаимодействием со всеми компонентами комплекса. Целесообразно до или непосредственно после пуска передавать на борт средств доставки НД информацию об условиях встречи для обеспечения более полного использования возможностей бортовой аппаратуры. Следует отметить, что при наличии системы наведения эту информацию можно получать от нее, однако в ряде систем до настоящего времени и в ближайшей перспективе системы наведения не предусматриваются. Командное управление от системы управления (СУ) зарекомендовало себя, как надежный и эффективный способ управления средством доставки НД.
Возникает необходимость использования полученной от СУ информации на борту средства доставки. Информация о начальных условиях встречи с целью используются НД непосредственно. Решение задачи коррекции требует формирования на борту системы координат, выработки управляющих решений и исполнительных устройств. Для решения этой задачи представляется разумным, в отличие от подавляющего большинства зарубежных систем, использовать не носовую, а боковую или донную компоновку НД, что позволяет сориентировать антенны в направлении СУ, разместить средства управления и обеспечивает больший объем под аппаратуру и источник питания.
Очевидно, что размещение всей перечисленной аппаратуры возможно лишь при условии ее микроминиатюризации, в том числе СВЧ части СБРЛ. Средства обработки также целесообразно выполнять на основе интегральных схем высокой степени интеграции – заказных базовых матричных кристаллов. При этом отработку алгоритмов можно выполнять с помощью ПЛИС, что также является мировой тенденцией. Долгое время считалось, что использование интегральных схем (ИС) в СБРЛх неприемлемо из-за значительных перегрузок. Однако мировой опыт свидетельствует об обратном. Интегральные схемы успешно применяются фирмой «Bofors» вплоть до 100000 единиц перегрузки. То есть проблема, как и с микромодулями СВЧ, упирается в необходимость развития обеспечивающих технологий.
Резюмируя доступную информацию о современных и перспективных СБРЛ следует отметить следующее:
− современная СБРЛ должна быть многорежимной и как следствие – многофункциональной;
− СБРЛ должна быть построена по многомодульному принципу, что позволяет решать вопросы его рационального конструктивного построения, компоновки и как следствие позволяет значительно повысить его эффективность при снижении стоимости;
− широкое использование миниатюрных компонентов СВЧ-модулей, а также модулей обработки сигналов и устройств принятия решения позволяет значительно снизить габариты СБРЛ при одновременном качественном повышении его функциональных возможностей;
− необходимость комплексирования СБРЛ с системой управления и с другими бортовыми информационными системами;
− использование цифровой обработки сигналов, реализованной на специализированных ПЛИС, позволяет производить модернизацию алгоритмов обработки СБРЛ.
В нашей стране к числу многофункциональных СБРЛ при работе по низколетящим целям относятся автодинные СБРЛ, особенностями которых являются:
− использование сверхрегенеративного выходного каскада, работающего одновременно на приём и передачу;
− рабочий диапазон частот 0,1 – 1,0 ГГц (метровый и дециметровый);
− работа только на одну антенну, т.е. функционально и конструктивно невозможно обеспечить разнесённую схему приёма – передачи;
− тип антенны несимметричный вибратор с широкой диаграммой направленности и низким коэффициентом направленного действия (КНД) и как следствие – сложность согласования области принятия решений с областью эффективного действия носителя СБРЛ;
− невозможность поляризационной селекции целей;
− единственный информативный параметр - амплитуда доплеровского спектра входного сигнала СБРЛ;
− отсутствие возможности прямого измерения дальности до цели и как следствие - значительные технические трудности реализации селекции целей по дальности, а для малозаметных целей - вообще не реализуема;
− низкая помехоустойчивость и помехозащищённость как на "физическом" (за счёт условий распространения радиоволн), так и на функциональном (устройства обработки сигналов) уровнях.
С другой стороны его низкая стоимость, вследствие максимальной простоты конструкции и отработанной технологии проектирования и массового изготовления в сочетании с малыми габаритами, достижимыми для современного отечественного уровня развития технологий делают эти СБРЛ широко распространенными при работе по низколетящим целям.
Поэтому облик перспективной СБРЛ при работе по маловысотным маневрирующим аэродинамическим целям с низкой отражающей способностью и высокой живучестью должны определять следующие основные группы характеристик:
1. Многорежимность, что позволяет эффективно ее использовать по различным типам целей и в составе различных систем.
2. Наличие помехоустойчивого и помехозащищённого радиолокационного канала, позволяющего осуществлять помимо традиционной частотной селекции поражаемых целей пространственно-временную, а в перспективе и поляризационную селекцию малозаметных аэродинамических целей в условиях подстилающих поверхностей и фонов.
3. Иметь малые габариты, низкую стоимость, высокую технологичность и надёжность.
По результатам сравнения автодинных НДЦ и радиолокационных НДЦ предлагаются следующие технические решения, направленные на повышение характеристик перспективной СБРЛ:
1. Вместо автодинного использовать гетеродинное функциональное построение СБРЛ, позволяющее более чем на два порядка повысить чувствительность его приёмного устройства и использовать любой тип модуляции зондирующего сигнала.
2. Вместо метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов радиоволн, традиционно используемых во всех типах СБРЛ, использовать миллиметровый диапазон радиоволн (ММДВ) в окне их интенсивного затухания 54-58 ГГц.
3. Использование направленных антенн, диаграммы направленности которых согласованы с областью эффективного действия носителя СБРЛ.
4. Использование когерентной обработки входных сигналов СБРЛ, позволяющей эффективное подавление некоррелированных помех при накоплении сигнала и как следствие повышать помехоустойчивость СБРЛ вплоть до потенциальной.
5. Возможность многоканального разнесённого способа функционального построения входных трактов СБРЛ.
К числу основных факторов сдерживающих создание такой СБРЛ следует отнести два: первый технологический в области создания и производства СВЧ узлов и компонентов и второй методический в части недостаточного развития средств проектирования, разработки и испытаний СБРЛ ММДВ.
История стандартизация.
Несмотря на очевидные достоинства, развитию технологий связи в мм-диапазоне препятствовало отсутствие соответствующей элементной базы. Но сегодня эти проблемы в принципе решены, даже на уровне КМОП продемонстрированы образцы однокристальных 60- и 77-ГГц (диапазон для автомобильных радаров) трансиверов со встроенными антенными массивами, серийно производятся отдельные элементы трансиверов мм-диапазона – малошумящие усилители (МШУ) для приемников, усилители мощности (УМ) передатчиков, смесители, модуляторы и т.п. Уровень развития технологий цифровых ИС вполне достаточен для создания необходимых высокоскоростных ЦАП/АЦП, высокопроизводительных специализированных телекоммуникационных процессоров (baseband-процессоры), OFDM-процессоров и т.п. Развитие получили технологии широкополосных СВЧ-антенн, включая планарные антенны, чип-антенны (и антенные решетки), антенны на основе метаматериалов и т.п. Но это сегодня.
Реальные же работы по освоению диапазона 60 ГГц стартовали в конце 1990-х годов. В США Федеральная комиссия связи (FCC) и ведущие промышленные компании в начале 1996 года создали исследовательскую группу Millimeter Wave Working Group (MMWWG) для выработки единых правил использования диапазона 57–64 ГГц. В нее вошли представители компаний Hewlett-Packard (лидер группы), Apple, Hughes, Metricom, Motorola, Rockwell и Sun Microsystems. Уже в декабре 1996 года группа MMWWG опубликовала свой отчет, в котором были отражены такие требования, как ограничение пиковой мощности излучения, лимиты мощности, требования на идентификацию передатчиков. Также была показана необходимость наличия "канала координации передатчиков" и постулирован принцип "слушать прежде чем передавать" при совместной работе в едином диапазоне. Все эти рекомендации были одобрены FCC в 1998 году, диапазон 59–64 ГГц был объявлен безлицензионным и свободным для разработки новых продуктов и услуг. Несколько позднее диапазон был расширен до 57–64 ГГц, правила работы в нем сформулированы в документе FCC Rules Part 15.255.
Как только технологические перспективы и технологические возможности освоения диапазона 60 ГГц стали очевидными, а произошло это примерно в 2005–2006 годах, начался процесс стандартизации и формирования международных промышленных альянсов. Изначально речь шла о персональных сетях, причем, прежде всего – о беспроводном аналоге интерфейса HDMI. В марте 2005 года была сформирована целевая группа 3с (TG3c) комитета IEEE 802.15, работающего в области стандартизации персональных сетей (этому предшествовала двухлетняя работа по изучению проблемы). Через год образовался тесно сотрудничающий с этой группой промышленный альянс WirelessHD. В него вошли такие ведущие производители бытовой электроники, как LG Electronics, Matsushita Electric (Panasonic), NEC, Samsung, Sony и Toshiba, а также американская компания SiBeam – fabless-производитель элементной базы. Позднее к ним присоединился ряд других компаний, в том числе Intel, Broadcom и Philips.
Спецификация WirelessHD появилась в январе 2008 года, утверждена как промышленный стандарт – в сентябре 2009 года. Она основывалась на работах группы TG3c IEEE. Сама спецификация, дополнение IEEE 802.15.3c Millimeter-wave-based Alternative Physical Layer Extension [3] к стандарту персональных сетей IEEE 802.15.3 [4, 5], была одобрена в сентябре и опубликована 12 октября 2009 года.
Одновременно в Европе в декабре 2008 года был принят стандарт Европейской ассоциации по стандартизации информационных и коммуникационных систем (ЕСМА) – ECMA-387 High Rate 60 GHz PHY, MAC and HDMI PAL. 15 ноября 2009 года он был опубликован как стандарт ISO/IEC 13156 [6]. Стандарт этот также ориентирован на персональные сети.
В его создании участвовали такие фирмы, как Panasonic, Phillips,
IBM, Ericsson, Newlans и GEDC (Georgia Electronic Design Center). В 2009 году организовалась целевая группа, работающая над стандартом IEEE 802.11ad, посвященным уже локальным беспроводным сетям в диапазоне 60 ГГц. Одновременно, 7 мая 2009 года, сложился промышленный альянс Wireless Gigabit Alliance, куда изначально вошли такие компании, как Atheros, Broadcom, Dell, Intel, LG Electronics, Marvell, Microsoft, NEC, Nokia, Panasonic, Samsung Electronics и др. Позднее к ним присоединился ряд других компаний: NXP, Realtek, STMicroelectronics, Tensorcom, Cisco, Texas Instruments и др. Разработка спецификации Wireless Gigabit Alliance была завершена в декабре 2009 года, в мае 2010 она была опубликована и доступна для членов альянса.
Наконец, отметим так называемый Е-диапазон – 71–76, 81–86 и 92–95 ГГц. В отличие от 60-ГГц диапазона, он лежит в "окне прозрачности" (см. рис.1), что делает его приемлемым для высокоскоростной передачи данных на расстояния в единицы километров. Поскольку габариты антенных систем в этом диапазоне могут быть существенно снижены, достигается высокая направленность передачи. История массового освоения Е-диапазона началась в 2003–2005 годах, когда Федеральная комиссия связи США определила правила использования этих диапазонов для высокоскоростной фиксированной передачи данных. С тех пор он активно развивается. Ведущие производители телекоммуникационного оборудования – Nokia Siemens Networks, Proxim, E-Band Communications Corporation (EBCC), Siklu и ряд других активно включились в производство систем связи в этом диапазоне. В основном речь идет о связи "точка-точка", и основными потребителями выступают операторы широкополосной беспроводной связи (сотовой, WiMAX) для организации опорной сети. Такое оборудование уже производится серийно, его номенклатура и число производителей неизменно растут.
Обзор доступных спецификаций
Стандарт IEEE 802.15.3с – это дополнение к стандарту персональных высокоскоростных сетей 802.15.3.Основные нововведения и отличия дополнения 3с, описывающего работу в диапазоне 60 ГГц:
IEEE 802.15.3c-2009 специфицирует передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. В стандарт добавлена возможность работы в режиме формирования диаграммы направленности (ДН) передатчика (beamforming). На МАС-уровне появилась опция агрегации различных входящих данных в единые пакеты для повышения эффективности системы связи. Предусмотрено и подтверждение прохождения отдельных субпакетов в рамках общего пакета для снижения издержек при повторной передаче.
На физическом уровне описано три режима работы:
1. Режим передачи на одной несущей (SC), оптимизированный для минимизации энергопотребления и сложности систем;
2. Режим высокоскоростного интерфейса (HSI – high-speed interface), предназначенного для двунаправленной связи с минимальными задержками;
3. аудио/видео-режим (AV) для трансляции потоков несжатых данных видео- и аудио- высокого разрешения.
Кроме того, предусмотрена единая для всех этих режимов система сигнализации, позволяющая устройствам в рамках единой сети работать в различных режимах.
Спецификация WirelessHD (версия 1.0) на физическом уровне практически полностью совпадает со стандартом 802.15.3с в режиме AV. Точнее, она просто вошла в стандарт 802.15.3с. Спецификация WIrelessHD ориентирована на создание беспроводных видеосетей (wireless video area network (WVAN). На МАС-уровне эта спецификация обладает рядом особенностей, хоть принципиально и не отличается от 802.15.3с. Одно из значимых отличий – встроенная система защиты контента от несанкционированного копирования (DTCP). В мае 2009 года было объявлено о появлении новой версии спецификации 1.1. Она, в том числе, должна обеспечивать скорости передачи до 10–28 Гбит/с на расстояниях до 10 м. Важно отметить, что использование направленной передачи, с переключением ДН, в режиме низкоскоростной трансляции – неотъемлемая часть спецификации.
Отметим, что решения на основе спецификаций WirelessHD – это лишь "первые ласточки" нового 60-ГГц диапазона, но уже они показывают принципиальную новизну нового направления. Однако основные события лишь впереди. И европейский стандарт ECMA-387, и спецификация WiGig в большей степени ориентированы именно на сети передачи данных, а не только видео сети. Пока они, за редким исключением, не имеют промышленного воплощения – но громкие имена производителей элементной базы, стоящие за этими спецификациями, позволяют однозначно утверждать: это дело весьма близкого будущего. Очень многие ведущие производители элементной базы и систем связи (Intel, IBM, Alcatel и др.) уже направляют свои технологические изыскания и возможности, поисковые усилия на массовое, промышленное освоение 60-ГГц диапазона.
Wi-Fi в диапазоне 60 ГГц: будущее беспроводных сетей
DVDO Air3 — первый адаптер WirelessHD (60 ГГц), поддерживающий MHL и HDMI
Компания DVDO, являющаяся дочерним предприятием Silicon Image, представила адаптер WirelessHD под названием DVDO Air3. По словам производителя, Air3 — первое в отрасли устройство такого типа, позволяющее передавать поток 1080p60 с многоканальным звуком (7.1), используя в качестве источника не только выход HDMI или DVI, но и выход MHL смартфона или планшета. Как утверждается, новый адаптер «идеален для любителей игр и энтузиастов домашних развлечений, которые хотели бы играть в свои любимые игры или смотреть полные динамики видеоматериалы высокой четкости на большом экране, не протягивая через всю комнату кабели».
В комплект входит передатчик и приемник. Они соответствуют спецификации WirelessHD 1.1 и работают в полосе 60 ГГц. Основой устройства стал чипсет Silicon Image WirelessHD 60GHz Gen3. Радиус действия Air3 — 10 м. Производитель отмечает отсутствие взаимных помех с Wi-Fi. К достоинствам также отнесено применение технологии формирования луча, автоматическая регулировка уровня, автоматический переход в спящий режим, близкая к нулю задержка и автоматический выбор скорости передачи.
Цена Air3 — $200. Продажи уже начались
Функционируя в нелицензированном на текущий момент частотном спектре 60 ГГц, эти устройства обладают еще более высокой пропускной способностью, чем кабельные соединения USB 3.0.
Консорциум WirelessHD Consortium, возглавляемый производителем микросхем Silicon Image, вот уже больше года поставляет на рынок готовые продукты. Другой лагерь, Wireless Gigabit Alliance (WiGig), во главе которого стоят производители кристалов Marvell и Wilocity, не намерен проводить сертификацию до 2014 г., однако один из поставщиков уже сейчас предлагает клиентам несертифицированные устройства WiGig.
На начальных этапах технология, работающая в диапазоне 60 ГГц, будет внедряться только в сетях прямой связи (например, в оборудовании, которое передает информацию с ПК на телевизор или осуществляет беспроводное подключение портативного компьютера к настольному).
Кому достанутся лавры победителя?
Хотя на начальном этапе технология WirelessHD вырвалась вперед, думаю, что в итоге победу одержит WiGig. Во-первых, именно эта технология определена в стандарте IEEE 802.11ad, а большинство потребителей уже знакомы со стандартами беспроводных сетей 802.11a, b, g и n (спецификации 802.11ac будут утверждены в начале 2014 г.). Во-вторых, не так давно произошло объединение WiGig Alliance с торговой группой Wi-Fi Alliance.
Тем не менее наличие готовых продуктов уже сейчас является существенным преимуществом в борьбе с конкурентами. Выпускаемые в настоящее время устройства WirelessHD (например, DVDO Air) способны напрямую передавать видео высокой четкости от источника сигнала на экран.
Соедините выход HDMI проигрывателя Blu-ray с передатчиком WirelessHD и подключите приемник WirelessHD к входу HDMI видеопроектора, и вам больше не придется искать 10-метровый кабель HDMI, для того чтобы организовать передачу потокового видео высокой четкости на проектор, размещенный у противоположной стены зала. Но при этом как передатчик, так и приемник имеют достаточно большие размеры и требуют подключения к электрической сети. Еще сильнее огорчает, пожалуй, то, что и передатчик, и приемник должны находиться в одной комнате.
Литература
1. Журнал «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, технология, Бизнес» - «Миллиметровый диапазон как промышленная реальность. Стандарт 802.15.3с и спецификация WirelessHD». №3, 2010 г.
2. Журнал «РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» – «Системы ближней радиолокации». № 10, 2009г
3. http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?17/21/50 –
«первый адаптер WirelessHD (60 ГГц)», 24 сентябрь, 2013 г.
4. http://www.osp.ru/pcworld/2013/06/13035828/ –
« Wi-Fi в диапазоне 60 ГГц) », май, 2013 г. |
| Категория: Домашние задания (по сетям МИФИ) | Добавил: belljay (27.12.2013)
|
| Просмотров: 6650
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
