毫米波（mmWave）：频段之战
?无线设备和其处理的数据量每年都呈指数递增(53% 复合年增长率[1])。随着这些设备产生并处理的数据量越来越多，连接这些设备的无线通信基础设施也必须持续发展才能满足需求。如图 1 所示，4G 网络频谱效率的提高已经不足以提供3GPP[2] 定义的三大高级5G 用例所需数据速率的阶梯函数了，这些用例旨在提供无处不在的即时移动宽带数据。认识到这一点后，研究人员开始寻找更高的频率作为可能的解决方案。早期信道声探工作带来的积极成果使全球无线标准化组织把重点转移到下一代5G 无线系统该怎样整合，以及如何从新的频率和更广的带宽中受益。
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1. 定义5G的关键绩效指标
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?所有用例的设计都旨在使未来的无线标准能够处理现有无线标准不足以应对的新应用，每一个都需要一整套全新的关键绩效（KPI）。IMT 2020 用例定义的增强移动宽带（eMBB）预计最大数据速率可达10 Gb/s，是4G 的100 倍[3]。根据香农定理总结的信道容量与带宽（频谱）和信道噪声的关系[4]，数据速率与可用频谱息息相关。鉴于小于6 Ghz 的频谱已经全部分配，所以超过 6 Ghz 的频谱，特别是在毫米波范围中的频谱就成为应对eMBB 用例的绝佳选择。
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?Figure 1: Three high level 5G use cases as defined by 3GPP and IMT 2020
24G毫米波雷达在机车测距及避撞应用的探索 最近接到一个项目，需要在机车上设计一款雷达产品，主要用于轨道交通 方面的机车测距和避撞。在网上搜寻了一段时间，可以选择的有激光雷达、超 声波雷达、红外雷达和毫米波雷达。对比了各个雷达的特点，激光雷达具有探 测距离远，探测精确的特点，但是容易受到雨雾，特别是下雪和粉尘的干扰， 这个在轨道交通行业中适应性不是很好。超声和红外雷达，具有价格低，设计 简单的优点，但是同样容易受到温度变化的影响，在南方和北方会有很大的差别，另外探测的距离也有限。毫米波雷达探测的介质是电磁波，具有探测距离远、穿透能力强、环境适应性强以及实时性好等优点，尤其是波长较短者。 俗话说万事开头难！在搜寻了各大厂商的方案之后，最终选择了UMS 的 24G 雷达方案，选择这个方案有几点好处： 1）方案比较灵活，可以选择集成度高、设计相对简单的单发双收的雷达芯片。也可利用分立器件自由组合出多个收发结合的方案，这样可以探测更加精 准和扩展更广阔的探测范围。 2）拥有业界唯一的GaAs 工艺，工作温度范围为-40 度125 度，适用于机车工作环境。 3）开发工具和参考资料比较齐全。 在笔者的项目中，选择的是集成度较高的单芯片方案CHC2442-QPG。从图1 CHC2442-QPG 的内部架构，可以看出其内部集成了低噪声的VCO、Tx PA、混频器、接收LNA 和中频放大器等核心功能。只需加上DSP 处理单元就可以 完成雷达的功能设计。如图2 UMS 机车24G 雷达模块原理框图所示，雷达模块支持单发双收和一路视频，与车载控制单元之间通过CAN 总线以及以太网 进行通讯。
第一章通信系统概述 1.1 通信系统模型 一、通信的定义 1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容 ﹙包括语音、图象、文字等﹚ 人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。 2.信号：与消息一一对应的电量。它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。 3．通信就是由一地向另一地传递消息。 二、电通信 1．定义 利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。 2．特点 电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。 电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、
情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。 （1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。 模拟信号：信号的取值是连续的。 数字信号：信号的取值是离散的。 （2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。 基带信号：发信源发出的信号。 频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。 基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。 频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。（FM、AM、MODEM） 三、通信系统的模型 1.通信系统的一般模型 (1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。 (2)通信系统的基本模型
●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。变换：将 非电物理量转换为掂量。 信源可分为模拟信源和离散信源。模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。 ●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信 号。它要完成调制、放大、滤波、发射等。在数字通信系统中还要包括编码 和加密。 ●信道：是传输的媒介。信道的传输性能直接影响到通信质量。 ●噪声源：将各种噪声干扰集中在一起并归结为由信道引入，这样处理是为了 分析问题的方便。 ●接收设备：完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等，将接收到 的信号转换成信息信号。 ●收信者：把信息信号还原为相应的消息。 2．模拟通信系统模型。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910281349.X (22)申请日 2019.04.09 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南山区南海大 道3688号 (72)发明人 伍楷舜 龙金凤 王璐 华慧丰 (74)专利代理机构 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人 耿慧敏 (51)Int.Cl. H04B 7/06(2006.01) H04B 7/08(2006.01) H04W 52/24(2009.01) H04W 52/34(2009.01) H04W 72/04(2009.01) H04W 72/08(2009.01)H04W 4/35(2018.01) (54)发明名称 一种毫米波通信方法和通信系统 (57)摘要 本发明提供一种毫米波通信方法和通信系 统。该方法包括：对于毫米波传输，以吞吐量为优 化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束 宽度对应的用户；对于所述优化的波束宽度对应 的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进 行并发传输。本发明提供的毫米波通信方法和通 信系统通过对波束宽度进行自适应调节和改进 多址接入技术能够提高网络性能，改善用户体 验。权利要求书1页 说明书8页 附图3页CN 110048755 A 2019.07.23 C N 110048755 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110048755 A 1.一种毫米波通信方法，包括以下步骤： 步骤S1：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户； 步骤S2：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1包括以下子步骤： 设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量； 以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。 3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2包括以下子步骤： 基于哈希运算在消息比特和编码比特之间产生随机、非线性的映射； 将码比特映射到星座符号集以获得正交的编码。 4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于一个用户，所述哈希运算包括： 将该用户消息分成多个数据块，对每个数据块分别执行哈希运算，并且以前一个数据块执行哈希运算生成的结果作为后一个数据块执行哈希运算的输入。 5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S2中，对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，基于拍卖理论进行载波分配。 6.根据权利要求5所述的方法，步骤S2包括以下子步骤： 用户接收可分配载波并根据竞拍的历史观察值对所述可分配载波进行价格预测，获得可分配载波的预测价格； 用户根据所述可分配载波的预测价格和信道质量为所述可分配载波分配功率； 用户确定将进行竞拍的载波和投标价格； 用户接收竞标结果，其中，所述竞拍结果包括赢家价格。 7.根据权利要求6所述的方法，其中，对可分配载波进行价格预测包括： 每个用户记录下每个载波的拍卖历史最高价作为观察值，并根据观察值对下一时隙的子载波价格进行预测，决定投标价格。 8.一种毫米波通信系统，包括： 接入设备：对于毫米波传输，以吞吐量为优化目标确定优化的波束宽度和所述优化的波束宽度对应的用户； 用户终端：对于所述优化的波束宽度对应的多个用户，利用基于星座图冗余的多址接入进行并发传输。 9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述接入设备用于执行以下过程： 设置最小波束宽度、最大波束宽度以及波束宽度变化量； 以所述波束宽度变化量为步长，在所述最小波束宽度和所述最大波束宽度之间进行扫描，找出系统最大吞吐量时对应的波束宽度，作为所述优化的波束宽度。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。 2
ISSN１００４‐９０３７，CODEN SCYCE４ Journal of Data Acquisition and Processing Vol．３０，No．４，Jul．２０１５，pp．８１０－８１５DOI：１０．１６３３７／j．１００４‐９０３７．２０１５．０４．０１２ 眗２０１５by Journal of Data Acquisition and Processing http：／／sjcj．nuaa．edu．cn E‐mail：sjcj＠nuaa．edu．cn Tel／Fax：＋８６‐０２５‐８４８９２７４２ 频率步进雷达多目标ISAR成像方法 崔应留１，２ 罗文茂１ 王德纯１，３ （１．南京理工大学电子工程与光电技术学院，南京，２１００９４；２．南京审计学院工学院，南京，２１１８１５；３．南京电子技术研究所，南京，２１００３９） 摘 要：针对频率步进雷达同一波束内多个运动目标在径向上重叠而无法分辨时的ISAR成像问题，提出了一种基于调频傅里叶变换的ISAR多目标成像新方法。在构建频率步进雷达多目标回波信号模型的基础上，采用调频傅里叶变换精确估计各个目标的速度参数，结合Clean方法实现对多目标回波信号的分离，完成多目标ISAR成像。仿真实验结果进一步验证了文章所采用方法的有效性。 关键词：多目标成像；频率步进；调频傅里叶变换；速度估计 中图分类号：TN９５ 文献标志码：A Stepped Frequency ISAR Imaging of Multiple Targets Cui Yingliu１，２，Luo Wenmao１，Wang Dechun３ （１．School of Electionic and Optical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing，２１００９４，China；２．School of Technology，Nanjing Audit University，Nanjing，２１１８１５，China；３．Nanjing Research Institute of Electronics Technolo‐gy，Nanjing，２１００３９，China） Abstract：Aiming at the stepped frequency ISAR imaging problems of multiple moving targets in the same antenna beam overlapped over the range，a new method of stepped frequency ISAR imaging of mul‐tiple targets is proposed，based on the chirp‐Fourier transform（CFT）．On the basis of the multi‐target echoes model of stepped frequency radar，the velocities of each target can be estimated accurately by the CFT．Then the multiple target echo signals can be separated by combining CFT and clean idea，thus the ISAR imaging is finished．The simulation results also prove the validity of the proposed method．Key words：imaging of multiple targets；stepped‐frequency；chirp‐Fourier transform；speed estimation 引 言 多目标成像方法的研究，特别是对编队飞行目标识别或成像方法的研究具有十分重要意义［１‐４］。由于编队飞行的目标间距小，多个目标可能位于同一波束，对于低分辨雷达而言无法在距离或方位上进行分辨。频率步进雷达信号作为高距离分辨信号，在雷达目标识别和成像方面得到广泛应用［５，６］。另外，逆合成孔径雷达（ISAR）成像技术可以观察到目标的精细结构。基于频率步进信号ISAR成像技术为识别多目标提供可能。目前对于基于频率步进信号的ISAR研究的主要是对单一目标进行成像，而对 基金项目：国家自然科学基金（６１１７０１０５）资助项目。 收稿日期：２０１４‐０３‐１７；修订日期：２０１４‐１２‐０５
毫米波通信技术的研究现状和进展 李艳莉 (电子科技大学成都学院电子信息工程系，成都611731) 摘要：简单介绍了毫米波的基本概念及相关背景, 分析了毫米波的传播特性和优点,阐述了毫米波地面通信、毫米波卫星通信的研究现状, 以毫米波通信技术在电子对抗中的军事应用为例进行论述, 最后展望毫米波通信技术将会开创未来新型应用领域并拥有广阔的发展前景。 关键词毫米波; 毫米波传播; 毫米波通信; 电子对抗 0 引言 随着移动通信、卫星通信以及星载电子等方面的迅猛发展，对系统的容量要求越来越高。由于在高频微波频段有着极为丰富的频谱资源，现代通信系统正在向高频微波特别是毫米波频段发展。毫米波通信与传统的无线电短波、超短波和微波通信相比，具有不少独特之处。由于毫米波是以微波和光波作左右邻(它的波长介于微波和光波之间)，因此兼有微波和光波的某些优长。通信设备的体积很小，可利用小巧尺寸的天线获得很高的方向性，便于通信的隐蔽和保密。毫米波在传播过程中受杂波影响小，对尘埃等微粒穿透能力强，通信比较稳定[1]。 早在20世纪40年代，科学家们就开始对毫米波通信进行过研究，但由于种种原因毫米波通信并未得到实际应用。直至20世纪70年代，由于毫米波集成电路和毫米波固体器件的研制成功并获得批量生产，使生产成本日趋下降，毫米波通信才犹如枯木逢春，蓬勃发展开来。可以预计，随着科技的进步，毫米波通信必将呈现出广阔的应用前景。 1 毫米波的传播特性 通常毫米波频段是指30GHz～300GHz, 相应波长为1mm～10mm。毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。目前绝大多数的应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上[2][3]。 1)是一种典型的视距传输方式 毫米波属于甚高频段, 它以直射波的方式在空间进行传播，波束很窄，具有良好的方向性。一方面，由于毫米波受大气吸收和降雨衰落影响严重,所以单跳通信距离较短; 另一方面，由于频段高，干扰源很少，所以传播稳定可靠。因此，毫米波通信是一种典型的具有高质量、恒定参数的无线传输信道的通信技术。 2)具有“大气窗口”和“衰减峰” “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。 3)降雨时衰减严重 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
1.引言 毫米波的工作频率介于微波和光之间，因此兼有两者的优点。它具有以下主要特点： 1）极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，带 宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达 135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5 倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。 2）波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束 窄得多。例如一个 12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波速宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰 地观察目标的细节。 3）与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。 4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因 此毫米波系统更容易小型化。由于毫米波的这些特点，加上在电子对抗中扩展频段是取得成功的重要手段。毫米波技术和应用得到了迅速的发展。 2.毫米波技术的应用 表面上看来毫米波系统和微波系统的应用范围大致是一样的。但实际上两者的性能有很大的差异，优缺点正好相反。因此毫米波系统经常和微波系统一起组成性能 互补的系统。下面分述各种应用的进展情况。 2.1毫米波雷达 毫米波雷达的优点是角分辨率高、频带宽因而有利于采用脉冲压缩技术、多普勒颇移大和系统的体积小。缺点是由于大气吸收较大，当需要大作用距离时所需的发 射功率及天线增益都比微波系统高。下面是一些典型的应用实例。 2.1.1 空间目标识别雷达它们的特点是使用大型天线以得到成像所需的角分辨率和足够高的天线增益，使用大功率发射机以保证作用距离。例如一部工作 于35GHz的空间目标识别雷达其天线直径达36m。用行波管提供10kw的发射功率，可以拍摄远在16，000km处的卫星的照片。一部工作于 94GHz的空间目标识别雷达的天线直径为13.5m。当用回族管提供20kw的发射功率时，可以对14400km 远处的目标进行高分辨率摄像。 2.1.2汽车防撞雷达因其作用距离不需要很远，故发射机的输出功率不需要很高，但要求有很高的距离分辨率（达到米级），同时要能测速，且雷达的体积 要尽可能小。所以采用以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒雷达。采用脉冲压缩技术将脉宽压缩到纳秒级，大大提高了距离分辨率。利用毫米波多普勒颇 移大的特点得到精确的速度值。 2.1.3直升飞机防控雷达现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占了相当高的比率。因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细 的高压架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达，实际多用3mm雷达。 2.1.4精密跟踪雷达实际的精密跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作于微波频段（作用距离远而跟踪精度较差）和毫米波频段（跟踪精度高而作
实时三维频率步进式探地雷达技术介绍及应用案例分析 ◆最快的步进频率雷达：利用数字频率信号源, 可以产生0.5-10 毫秒的扫描周期，一个同相接收机，使得整个扫描周期(一般为几个毫秒)100%可被有效利用。 ◆天线阵技术，可容纳21个天线阵子：覆盖范围从100MHz 到3GHz。实际工作时，用户无需更换天线就可采集从100MHz 到3GHz频率的数据。 ◆CMP（共中点）采集模式：这套系统可以设置为CMP（共中点）采集模式，可实时显示各层的厚度和对应的介电常数，并基于路基材料的介电常数与其密实度，含水量的相关曲线，评定路基质量。 ◆空前的区域勘察速度(工作效率)：极其高的勘察效率和有效的采样方法使得 GeoScope TM采用2.4m天线阵可以以80km/h车速提供7.5×7.5cm网格完全三维图像。生产效率高达20亩/小时。 ◆数据采集过程中的三维实时显示技术：浏览器即可调用采集数据，实现实时三维显示（包括横向剖面、纵向剖面，水平切面）。 ◆软件处理能力超强：完整而快速的进行数据后处理，可加入注解及地理图像，且可以进行二次开发。 挪威3D-Radar公司成立于2001年，为国防、航空和安全高技术产品全球制造商——美国Chemring Sensors and Electronic Systems （Chemring SES）集团的子公司。3D-Radar公司拥有高质量三维雷达技术，从传统的脉冲信号雷达转为新的频率步进雷达，且具有丰富的GPR数据处理经验。 与市场上广泛使用的单通道脉冲式探地雷达系统相比，挪威3D-Radar公司的GeoScopeTM三维探地雷达系统具有如下特点： 频率步进雷达技术、实时三维显示、多通道天线阵技术、软件超强的处理能力 应用领域： ◆公路检测：面层厚度和质量、垫层和基层、桥梁检测 (脱空/剥离) ◆桥梁面板检测 ◆铁路路基检测：垫层厚度和质量、基层、电缆和管道 ◆机场跑道检测：沥青层厚度和质量、基层、脱空、电缆和管道 ◆地下公用设施 (管线/电缆)：地下公用设施 ◆考古 ◆地雷和未爆炸物探测
8 分钟就懂的毫米波雷达系统及毫米波技 术发展趋势 随着ADAS 普及率的提升，要能够全方位覆盖汽车周围环境的感测，一辆汽车会装载“长+ 中+ 短”多颗毫米波雷达，到了最终L5 级自动驾驶阶段甚至超过10 颗，预计2021 年全球毫米波雷达的出货量将达到8400 万个。 在上一篇《毫米波雷达在ADAS 中的应用》中，麦姆斯咨询提到随着ADAS 普及率的提升，要能够全方位覆盖汽车周围环境的感测，一辆汽车会装载“长+ 中+ 短”多颗毫米波雷达，到了最终L5 级自动驾驶阶段甚至超过10 颗，预计2021 年全球毫米波雷达的出货量将达到8400 万个。这是一个可预见的庞大市场，所以无论是传统的汽车Tier 1 厂商，还是新兴的初创企业，都纷纷加入到汽车雷达产业中来，希望能分一杯羹! 不过现实的竞争又是很残忍的。首先，汽车的空间容量有限，特别是现在汽车主流是向轻便、节能方向发展，别说增加零部件了;其次，精明的消费者只接受加量不加价，性能提高了，价格还得降低。所以，能不能抢到市场先机，摆在各家毫米波雷达厂商面前的主要问题是如何实现“更小巧、更便宜、更智能”的毫米波雷达!带着这些疑问，今天我们来了解一下车载毫米波雷达系统及其核心元器件，探一探毫米波雷达技术的发展趋势。 毫米波雷达系统基本结构在《认识毫米波雷达》文章中，我们
知道了毫米波雷达是基于多普勒原理，根据回波和发射波之间的时间差和频率差来实现对目标物体距离、速度以及方位的测量。根据辐射电磁波方式不同，毫米波雷达主要有脉冲和连续波两种工作方式（图1）。其中连续波又可以分为FSK（频移键控）、PSK（相移键控）、CW（恒频连续波）、FMCW（调频连续波）等方式。 图 1 、毫米波雷达工作方式 FMCW 雷达具有可同时测量多个目标、分辨率较高、信号处理复杂度低、成本低廉、技术成熟等优点，成为目前最常用的车载毫米波雷达，德尔福（Delphi）、电装（Denso）、博世（Bosch）等Tier 1 供应商均采用FMCW 调制方式。 以FMCW 为例（图2），毫米波雷达系统主要包括天线、前端收发组件、数字信号处理器（DSP）和控制电路，其中天线和前端收发组件是毫米波雷达的最核心的硬件部分。以下将分别详细介绍。
文章编号:1001-893X(2008)01-0006-07 毫米波相控阵雷达及其应用发展* 石星 (中国西南电子技术研究所,成都610036) 摘要:概述了毫米波相控阵雷达的特点,介绍了电扫原理和主要毫米波电扫技术,以及相位控制扫描和多种移相器技术。针对毫米波相控阵雷达的特点,叙述了其主要应用领域,结合雷达和半导体技术对毫米波相控阵雷达的发展进行了展望。 关键词:毫米波雷达;相控阵雷达;电扫天线;移相器;数字波束形成 中图分类号:TN958.92文献标识码:A M illi m eter-W ave Phased-Array Radar and its Application Progress S H I X i ng (Southw est China I nstitute o f E lectron ic Techno l o gy,Chengdu610036,Ch i n a) Abstract:The characteristics ofM illi m eter-W ave(MMW)Phased-A rray R adar(P AR)are descri b ed, t h e pr i n ciple of electron ica ll y scanned array(ESA)and pri m ary e l e ctronically scanned techn i q ues for MMW array are presented,as w ell as phase-con tro lled scan and phase shifter techn iques.M a i n app lication fields ofMMW P AR are ill u m i n ated and its progress is antici p ated on the basis o f radar and se m iconductor techniques. Key w ords:MMW radar;phased-array radar(PAR);electr onically scanned array(ESA);phase sh ifter; dig ita l bea m for m i n g(DBF) 1概述 随着雷达技术的发展以及不同应用领域日益提高的需要,远距离和高数据率、宽带和高分辨、多目标跟踪和识别、低截获和抗干扰、多功能和高可靠已经成为现代侦察、监视以及火控等雷达的基本要求。毫米波同相控阵雷达的发展和结合应用,在多个方面适应了现代雷达发展的这些需求。 毫米波段(1~10mm)相对应的频率为30~ 300GH z,其低端毗邻厘米波段,具有厘米波段全天候的特点,高端邻接红外波段,具有红外波的高分辨力特点。毫米波雷达波束窄,角分辨力高,频带宽,隐蔽性好,抗干扰能力强,体积小,重量轻。与红外、激光设备相比较,它具有很好的穿透烟、尘、雨、雾的传播特性,具备良好的抗干扰、反隐身、反低空突防和对抗反辐射导弹(/四抗0)的能力。由于受器件功率和大气条件的影响,毫米波雷达的作用距离受到了一定限制,但这并没有妨碍毫米波雷达的广泛应用。 相控阵雷达,特别是有源相控阵雷达,具有波束扫描快、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高等特点,容易实现天线共形设计并具备低截获概率和抗干扰的优良性能。自20世纪50年代末问世以来,相控阵雷达在地基、空基、海基和天基雷达中得到广泛的应用。特别是80年代后,砷化镓(Ga A s)等半导体器件的出现极大促进了有源相控阵雷达的迅速发展,有源相控阵雷达大量取代现役的机械扫描雷达,代表了现代雷达的 #6 # *收稿日期:2007-10-18;修回日期:2007-12-28
微波毫米波系统应用 ——微波毫米波测试仪器技术的新进展 摘要:电子测量仪器是一个国家的战略性装备,其发展水平已成为一个国家科技水平、综合国力和国际竞争力的标志。 在通信、雷达、导航、电子对抗、空间技术、测控和航空航天等领域中,微波毫米波测试仪器是必不可少的测量手段。它复杂程 度高,技术难度大,工艺要求严格,一直备受关注并取得了突飞猛进的发展。本文介绍了微波毫米波网络分析仪、信号发生器 和信号分析仪设计技术的新进展和发展趋势,涉及到双端口和多端口网络分析仪及误差修正、非线性网络分析、频率合成、正交数字调制与解调等关键技术。 关键词:微波毫米波测试仪器;网络分析仪;信号发生器;信号分析仪 1微波毫米波网络分析仪技术 1.1双端口网络分析仪及误差修正技术 在突破扫频测量与误差修正等关键技术后,矢量网络分析仪(VNA)在高效、快速和多参数测量方面取得了显著进步。分体式矢网20世纪90年代趋于成熟并一直作为工业标准使用,虽然分体式VNA构成比较繁杂,但频段覆盖很宽,达到0.045～110GHz,测量精度也很高。一体化结构的VNA集成了激励信号源、S参数测试装置和多通道高灵敏度幅相接收机,实现了高性能和超宽带分析。全新的硬件设计方案使测量速度和性能有了极大的提高,具有奔腾芯片的嵌入式计算机和Windows操作系统的引入,使互连性和自动化程度有了质的飞跃。在测量速度、测试精度、动态范围、人机界面、智能化程度、稳定性、可靠性和重复性等方面具有明显的优势。二端口VNA的指标达到:频率范围10MHz～20/40/67/110GHz(可扩到325GHz)、频率分辨率1Hz、动态范围61～122dB、迹线噪声0.006dB/0.1°,具有频域和时域测试能力。67～110GHz还是分体式,但已大大简化了系统结构。 从VNA的设计原理来看,幅相接收机部分仍采用窄带锁相接收和同步检波技术。目前大都采用数字滤波和数字同步检波技术,接收机等效带宽最小达1Hz,测量精度和动态范围都有很大的提高。VNA的频率变换采用传统的取样变频法,虽然有成本低和易于实现的优势,但变频损耗较大,限制了VNA的动态范围。新型VNA采用基波/谐波混频法实现频率变换,它减小了变频损耗,动态范围提高约20dB;没有假响应进入锁相环路,有效地避免了假锁;本振源和激励源具有同样的调谐灵敏度,开环频率跟踪误差降低,加快了锁相捕获速度、扫描速度和跟踪速度。 误差修正技术是VNA的核心技术,通过测量校准和误差修正将校准件的精度转移到VNA 上。误差修正技术包括误差模型的建立、校准件的定标和误差参数的提取。模型是基于将一个非理想的VNA等效为一个理想的VNA与测量参考面之间插入一个两端口的误差适配器,误差适配器的参数将表征所有的系统误差。图1是VNA的12项误差模型[1],模型中下标带A 的S参数为被测(DUT)的实际S参数,下标带M的S参数为VNA测出的S参数。12项误差为:有效方向性误差EDF和EDR,传输跟踪误差ETF和ETR,反向测量跟踪误差ERF和ERR,通道隔离度误差EXF和EXR,等效源失配误差ESF和ESR,等效负载失配误差ELF和ELR。利用模型可以获得DUT网络包括12个误差项在内的测量值的解析表达式,VNA通过对一系列已知S参数的校准件的测量,求解系统的误差系数,从而获得DUT网络的实际S参数。
第三页： 回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。 1978年，美国首先在芝加哥开始了关于全球第一个蜂窝移动通信系统AMPS:Advanced Mobile Phone Service 高级移动电话服务系统，开启了1G时代，该时段的系统采用频分多址，只能提供模拟语音业务，数据率仅为2.8kbps~56kbps；2G时代中全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的空中接口采用时分多址技术。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，可提供数字语音和低速数据业务，这时候都可发短消息了,但仍然是窄带的；2000年开始部署了3G，3G以码分多址为技术特征，同时采用多输入输出技术增加系统的吞吐率，此时的用户峰值速率提升到2Mbps 至数十Mbps，可以支持多媒体宽带数据业务。为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。 2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。 第四页 1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！
毫米波通信将成为主流 60GHz毫米波通信的研发工作正日益活跃起来(见图1)。该技术面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数Gbps的超高速无线传输。在业内多家厂商的积极推动下，毫米波通信今后的应用将会不断扩展。英特尔公司首席工程师Alexander Maltsev就表示：“几年后，毫米波通信无疑将会变得不可或缺。”这一技术目前面临的问题是元器件成本较高。毫米波通信现在主要用于实现家庭内的非压缩高清视频传输，如果其应用能扩展至手机及办公设备，那么，随着出货量的增加，其成本将能够大幅降低(见图2和图3)。 英特尔与Broadcom等公司大力推进
2009年5月，英特尔、微软、诺基亚、戴尔、松下等15家公司联手成立了WiGig(Wireless Gigabit)联盟，欲定义面向数字家电的毫米波通信标准。WiGig联盟计划于2009年第4季度完成标准制定，最早2010年即可开始进行互操作性测试。 此外，英特尔还和Broadcom、Atheros等领先的WLAN芯片厂商于2009年初在IEEE 802委员会里成立了毫米波WLAN标准化工作小组TG ad(Task Group ad)。11ad工作小组组长、英特尔首席工程师Eldad Perahia表示：“毫米波通信可以作为现有WLAN标准802.11n的互补技术，适用于家庭、办公室等多种场合。” 进入主流 业界此前就已在尝试将毫米波用作数字家电的短距离无线接口。松下、索尼、三星等大型音/视频设备厂商所支持的WirelessHD标准早在2008年初就已公开了1.0版的正式标准，2009年，相应芯片及家电设备也相继亮相。另外，IEEE 802.15.3c也是针对毫米波通信而制定的标准。 与过去在全行业范围内开展的活动不同，毫米波通信领域内的最新发展动向是由英特尔、Broadcom及Atheros等业界领先的厂商所推动的。与常用的2.4GHz无线通信相比，毫米波通信的频段相对较高且具有高度直进性，因此被认为是难于加以利用的无线技术，在无线通信的标准化进程中也一直被定位为非主流技术。然而，随着所有主要的WLAN芯片厂商对该技术表现出极大的兴趣，毫米波通信的地位正在发生变化，将有可能成为802.11n的后续规格。 其中表现最为积极的是英特尔公司。该公司此前曾经热衷于采用UWB(超宽带)技术来实现WUSB(无线USB)标准，但由于UWB在日本、欧洲等关键市场受到严格管制难以推广，因此被迫改变策略。英特尔解散了公司内部的UWB芯片商用化开发团队，转而进行毫米波技术的开发，并投入了大量的人力物力来推进毫米波通信的标准化和商用化。 与便携设备行业相关的厂商也在关注毫米波技术。诺基亚、意法半导体等开发手机平台的厂商已经加入了WiGig，领先的手机芯片组供应商高通公司位于以色列的研发中心也正在加紧开发毫米波通信IC。 最大优势是宽带宽 PC、WLAN以及便携设备等行业的众多厂商都对毫米波通信寄予厚望的最大原因是该技术能够提供较宽的带宽。在60GHz频段内，全球无需许可即可免费使用的带宽可达7GHz~9GHz(见图4a)。WirelessHD等标准可以在这一带宽内设定4路带宽为2160MHz的信道，这相当于现有WLAN标准下20MHz信道带宽的100倍(见图4b)。
工信部拟为5G启动毫米波频谱：24.75-27.5GHz、37- 42.5GHz频段入围 今日，工信部公开征集在毫米波频段规划第五代国际移动通信系统 (5G)使用频率的意见。下面就随网络通信小编一起来了解一下相关内容吧。 工信部拟为5G启动毫米波频谱：24.75-27.5GHz、37-42.5GHz频段入围工信部称，5G系统是实施《中国制造2025》、“宽带中国”战略和“互联网+”行动计划的重要信息基础设施。频率规划对5G系统技术研发和应用起着重 要的导向作用，毫米波频段将为5G系统重要工作频段。为科学、合理进行5G 系统频率规划，现公开征集24.75-27.5GHz、37-42.5GHz或其他毫米波频段5G 系统频率规划的意见。 近两年我国在5G上取得了较大的进步，工信部也加快了5G频率的规划。前不久，工信部刚刚明确5G部署的初始频段——3300-3600MHz和4800- 5000MHz。 今年我国正式开展5G网络第二阶段测试工作，根据中国的5G推进主 导机构——IMT-2020(5G)推进组的规划，我国将于2018年进行大规模试验组网，并在此基础上于2019年启动5G网络建设，最快2020年正式商用5G网络。我国IMT-2020(5G)推进组确定的时间节点，基本和其他国家的时间节点同步。 目前，全球5G呈现加快发展态势。在关键的频谱上，5G研发试验首先将部署的是低频段。据了解，5G的频谱分为6GHz以下频段和6GHz以上频段(高频段)，其中6GHz以下频段包括了目前移动通信的频段及3GHz至6GHz频段，高频段主要集中在30GHz、40GHz、70GHz以及80GHz附近。 在频谱规划上，各个国家重点有所不同。美国、日本、韩国等国家着力
毫米波雷达的详细资料介绍和其应用说明 所谓的毫米波是无线电波中的一段，我们把波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。 所谓的毫米波雷达，就是指工作频段在毫米波频段的雷达，测距原理跟一般雷达一样，也就是把无线电波(雷达波)发出去，然后接收回波，根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。 由于毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。 毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器，早期被应用于军事领域，随着雷达技术的发展与进步，毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。 毫米波雷达的特性 1、频带极宽，在目前所利用的35G、94G这两个大气窗口中可利用带宽分别为16G和23G，适用与各种宽带信号处理; 2、可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，有极高的空间分辨力，跟踪精度高; 3、有较高的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高; 4、地面杂波和多径效应影响小，跟踪性能好; 5、毫米波散射特性对目标形状的细节敏感，因而，可提高多目标分辨和对目标识别的能力与成像质量; 6、由于毫米波雷达以窄波束发射，具有低被截获性能，抗电子干扰性能好;
第一章通信系统与通信网络系统概述 1、1 通信系统得发展简史 人类建立与使用通信早在古代就开始了,古代得烽火台、邮路驿站、狼烟设施、旌旗等。唐代大诗人杜甫诗中得“烽火连三月,家书抵万金”,就就是古人收到远方家信时,欣喜若狂得真实写照;又如唐代诗人王维诗句中得“大漠孤烟直,长河落日圆”得诗句更就是直接反映了古代得“数字化”通信系统——烽火台得通信效果。近代得灯光信号、旗语等,特别就是到了19世纪,英国人莫尔斯于1837年发明了无线电电报装置;美国人贝尔于1876年发明了电话系统,这标志着“电讯时代”得开始——将信息转换成某种电磁波信号并进行远距离传送。现代得电报、电话、传真、电视、计算机等用户终端连接起现代通信网,在20世纪初期,德国西门子公司得电磁式自动交换机得诞生,则标志着“通信自动化”时代得开始;20世纪末期,光纤数字通信技术、计算机通信技术与卫星移动数字通信系统得使用,将通信技术推向了一个高速发展得水平;而在21世纪初,随着宽带互联网业务与IP技术得快速前进,新一代移动通信(即第三代移动通信系统3G)与网络电视(IPTV)技术得崛起,以及全球电信行业向“综合信息业务服务商”方向得全面转型,3G技术得使用与发展,使移动通信从窄带、低速、单一得业务推向了宽带、高速、多业务得发展,目前,全球3G市场已进入了快速得发展阶段。由于3G 移动通信网络在网络带宽、安全性与可靠性等方面得突破,3G业务应用将摆脱2G时代简单得纯文本内容,能提供低成本、大容量、更丰富、个性化与更多样化得移动多媒体业务,真正实现“随时、随地、无拘无束通信与信息交互”。故3G市场开始由发达国家与地区逐步向发展中国家与地区发展,当前以亚洲、东欧表现最为活跃,具有广阔得市场。根据信息产业部得统计与预测数据,我国3G终端得市场就是非常巨大得。未来得3G终端市场,将会有更多得厂商加入,有更多得款式可供用户挑选,目前,3G正处于蓬勃发展得时期。 1、2 通信系统得定义与特点 在人类得活动过程中需要相互之间传递各种信息,也就就是说将带有传递得各种信息得信号通过某种方式由发送者传递给接收者,这种信息得传递过程就就是我们所说得通信。因此,所谓通信,就就是由一个地方向另一个地方传递与交换信息得过程。在如今得自然科学中,“通信”几乎就是“电通信”得同义词,故教学内容中所讲得通信就就是指电通信。 所谓通信系统,就就是用电信号(或光信号)传递与交换信息过程得系统,也叫电信系统。人类社会活动所有不同得消息都可以把它们归结成两类:一类称为连续消息,另一类称为离散消息。连续消息就是指消息得状态就是连续得,如强弱连续变化得语音,亮度连续变化得图像等,连续消息又称作模拟消息,信息中随时间变化而连续取值得信号叫连续信号或模拟信号,如普通电话机输出得信号就就是模拟信号,传输模拟信号得通信系统称为模拟通信系统;离散消息就是指消息得状态就是离散可数得,它们不就是时间得连续函数,她得取值仅为有限可数得离散值,我们把这样得消息叫做离散消息,或叫数字消息,信息中随时间与状态都就是离散得信号称作离散信号或数字信号,如电报、数字、数据、监控指令等,传递数字信号得通信系统称为数字通信系统。数字通信与模拟通信相比,她更能适应人类对通信得更高要求,它具有如下特点(优缺点):(1)数字信号便于处理、存储,如VCD、DVD光盘等;(2)数字通信得抗干扰
第1章通信系统概述 本章不是一般“概述”，拟概括介绍一些与本书相关而又不为各章节能全部包括的一般通信知识，这对学习通信系统原理将打下一个有力的基础。 知识点 (1) 信息、信息技术信号及其分类； (2) 通信、通信系统构成及各部分功能； (3) 信道分类及几种常用信道特征； (4) 无线传播特点与信道特征； (5) 通信系统质量指标与改进质量的关键技术； (6) 通信频段划分及各频段的基本特点。 要求 (1) 本章作为初学者的通读材料，以了解本书基本要点及通信系统实质性概念； (2) 对已学习过或正在学习通信系统原理课程的读者，再学习本章内容，也可温故而知新。1.1 通信与通信系统 1.1.1 通信 通信的含义无论从中文“通信”（或通讯）或英文“Communication”讲，是信息从一个地方通过传输信道传送到另一个地方的对话过程。拟为现代通信给出一个完善而简捷的定义：通信是信息或其表示方式（表示媒体）的时/空转移。 这一定义远远超出了对话的业务范围，同时通信过程中，除了有很小的传输延时外，尚需要进行处理、转发，也会发生一定的时延，以及可能缓存、显示或存储再现，因此，这一定义不但包括了空间，也包括时间在内的信息转移。 1.1.2 通信系统 通信系统具有很广泛的内涵，并有多个层次，一般地，利用传输信道或通信网，将具有收、发信息功能的终端设备由信道或链路有机连接（永久或暂时的）起来，这些实施信息传输的设备集合，称为通信系统。通信系统按工作方式分，可分为单工（Simplex）、半双工（Half-duplex）和全双工（Duplex）。这三种方式的例子如单向广播、步话机和固定电话与移动电话等。 一个基本通信系统包括的设备环节是发送设备、接收设备与传输信道和传输设备，可实现单向/双向或单/双工通信功能。图1-2示出了一个较为完善的数字通信系统。它的发送与接收端各包括9个功能单元，还有传输信道以及收发同步系统等组成。 现分别介绍各部分的功能与作用。 1.源信息格式（Format）