原创 微波/RF关键技术的发展状况

与许多其它行业一样，在高频行业中，技术要求和客户要求是相互交织的。尽管通常难以确定是哪个因素在推动另一个因素，但总的来说，技术进步是本行业经济健康的决定性因素。本文将对几个关键的RF/微波技术进行简要回顾，并进一步强调，正是由于在器件、元件和材料等众多科学领域的进步，我们才能够制造出今天的产品，并有可能制造出明天的产品。

商业、军事、工业、医疗和汽车等领域的应用是推动高频技术进步的重要市场力量。例如，无线设备和网络的增长不断推动商业通讯技术的发展。由于服务供应商调高了用户的胃口，现在，这些网络不能仅仅提供语音服务，用户希望从蜂窝电话获得包含语音、高速数据甚至视频在内的一揽子多媒体服务。随着越来越多的服务供应商和网络安装商把目光投向遍布移动宽带无线接入(BWA)通讯设备的未来，宽带这个词的意义已经超出了定点高速互联网接入的范围。

当然，在过去十年中，扑朔迷离的距家庭“最后一英里”已成为宽带市场的圣杯。随着铜线、光学和无线网络在可达范围和宽带能力方面的扩展，网络的“末程建设”已经转变成尽可能向每个客户提供最宽的通讯管道进而最大限度地支持潜在服务的问题。为向其用户提供拓展服务，目前，AT&T、Verizon和其它一些公司已安装了昂贵的光纤到家庭(FTTH)末程方案，但许多服务供应商试图采用宽带无线来实现末程连接，甚至在探索使用LMDS微波技术的可行性。

然而，无线方案最终可能是某种WiMAX(www.wimax.com)形式。WiMAX(可全球互操作的微波接入)是一种空中接口，其最初设想是使用10到66GHz的频率提供到固定打印设备的无线通讯。尽管其标准化仍然面临着很多困难，IEEE的802.16文件和之后的a到e工作组已经为标准的建立奠定了基础。最近成立的工作组(IEEE 802.16e)正在就WiMAX空中接口在正交(OFDM)调制移动无线应用中的使用方法确立指导方针。

尽管无线局域网(WLAN)或Wi-Fi市场由于未实现标准化而起步缓慢，尽管存在众多的802.11变体(如IEEE 802.11a/b/g/n)并存在不同的工作频率，但它现在已经发展起来。通过开发可以在多个标准下工作的多模式收发器方案，就像蜂窝供应商已经适应了多标准一样，WLAN设备供应商已经适应了这些标准。

主要竞争者

鉴于英特尔公司(www.intel.com)和摩托罗拉公司(www.motorola.com)等通讯设备领域的主要力量把WiMAX市场看成是其未来增长的关键，该市场似乎即将出现爆炸式增长。(在英特尔的网站上有一份讨论WLAN(Wi-Fi)和WiMAX的差异的白皮书写得不错，名为《Understanding Wi-Fi and WiMAX as Metro-Access Solutions》，可免费下载，有感兴趣的读者不妨一阅。) 尽管对于WiMAX在宽带服务中的应用潜力还有很多不同的看法-这些公司和WiMAX论坛(www.wimaxforum.org)的成员都发表了很多文章，但WiMAX技术似乎已做好了进行真实条件测试的准备。符合定点WiMAX(IEEE 802.16-2004标准)原始版本的设备正在接受测试，该规范的移动版本(IEEE 802.16e)已接近最后定案。(WiMAX论坛是一个致力于推动WiMAX产品和技术发展的行业组织。)

预计WiMAX设备将首先用于蜂窝电话基站的回程连接、在WLAN基站中替代企业T1线或在农村和欠发达地区实现DSL (数字订户线)高速互联网服务。对许多服务供应商来说，基于WiMAX的服务当然是有诱惑力的，因为无需在蜂窝或PCS许可方面进行投资就可以迅速增加无线服务。

基于即将面世的IEEE 802.16e WiMAX标准，KT公司(韩国电信)上个月推出了Wi-Bro移动宽带无线网络-这是预示未来发展的一个前兆。在上个月举行的亚太经合组织(APEC)年会上(韩国釜山)，KT公司(WiMAX论坛成员之一)得到了WiMAX论坛主席Ron Resnick的称赞：“KT公司的Wi-Bro服务让我们提早窥见了未来的可能景象-移动WiMAX将成为向全球消费者提供个人宽带的技术。”在三星公司制造的多款新型Wi-Bro手机的支持下，KT公司在APEC期间实时演示了这种新网络及其服务，其中包括Wonder媒体(视频)、Wonder消息(SMS、MMS)、Wonder电话(移动VoIP)和Wonder巡游(向PDA、tablet PC和膝上型计算机提供基于位置的服务)。

蜂窝技术

当然，蜂窝运营商将不会无所作为地坐等WiMAX服务来取代它们。为了增强第三代蜂窝电话MBMS(多媒体宽带/多点传送服务)运作的可靠性，3GPP(第三代伙伴计划)组织已经对Digital Fountain公司(www.digitalfountain.com)名为DF Raptor forwarder的前向纠错(FEC)专利技术的使用方法进行了标准化。DF Raptor技术可以使3GPP 3G移动电话实现流(streaming)服务和文件下载服务。

MBMS使用多点传送和广播传输方式提供多媒体服务，从而使多个移动设备可以分享相同的射频和网络资源。这种DF Raptor技术可以减少MBMS信号的包遗失，进而避免文件和传输降级。NEC 公司3G 标准项目负责人Frederic Gabin指出：“Digital Fountain公司的FEC对客户设备和3G无线通道都提供了最佳的性能：对客户设备而言，带宽开销和处理要求都很低；对3G无线通道而言，可以对MBMS文件传送和流(streaming)服务提供有效的保护，避免包遗失。”

蜂窝3G设计者也因为Peregrine半导体公司(www.peregrine-semi.com)对其UltraCMOS工艺的HaRP技术增强而提高了产品开发能力。这个工艺升级提高了几个开关产品的互调失真(IMD)性能，进而使蜂窝网络具有更大的动态范围。由于采用了这种新技术，该公司生产的用于4波段GSM和GSM/WCDMA手机系统的PE42672单刀7掷(SP7T)和PE42660单刀6掷开关在各个蜂窝频率下在各个三阶截取点的功率大于+70dBm。这种UltraCMOS技术在具有处理大功率能力的蓝宝石绝缘衬底上制造硅CMOS器件。这种HaRP增强技术改进了这些器件大功率运行时的线性度。

为支持WiMAX设计，Agilent技术公司(www.agilent.com)的EEsof EDA分部最近为其ADS 2005A和RFDE(RF设计环境)软件环境增加了一个WiMAX设计库。这个库包含构建WiMAX系统所需要的许多模拟、RF和数字信号处理块，另外，还包括一些测试接收器灵敏度、位错误率(BER)和帧错误率(FER)所需要的测试样板。

在器件方面，Nitronex公司(www.nitronex.com)开发了用于满足WiMAX等技术需求的新器件，其中，NPT35050型高电子移动晶体管(HEMT)采用了镓氮化物(GaN)工艺技术，这种专门面向频率范围为3.3到3.6 GHz的WiMAX功率放大器应用的+28VDC器件在3.5 GHz时的功率输出达50W。在采用OFDM调制时(更接近于WiMAX的运行条件)，该器件在3.5GHz的平均功率输出为5W(峰值对平均功率之比为12.3dB)，增益为10dB，漏极效率为18%。在输出功率为5W时，错误向量幅度(EVM)为2%。

Cree公司(www.cree.com)是另一家采用非传统材料开发WiMAX功率器件的供应商。该公司为WiMAX功率放大器应用开发了一系列硅碳化物(SiC)MESFET器件，其中，CRF35030F型在3.4到3.8GHz的频率范围内平均输出功率为4W，增益为10dB。这种+48VDC器件可以运行在+28V直流电压下，其漏极效率为毗邻通道功率40dBc(按照ETSI标准)的17%。

智能天线

对增强型移动WiMAX，WiMAX论坛的IEEE 802.16e移动任务组最近批准了由智能天线专业公司ArrayComm (www.arraycomm.com)提供的网络多入多出(MIMO)软件方案。为了在移动WiMAX系统中最有效地使用数据速率、蜂窝可达范围(cell range)和网络容量，该方案对客户设备和基站提供独特的MIMO支持、适应性天线系统(AAS)和MIM/AAS组合模式。ArrayComm公司创建者和执行主席Martin Cooper声称：“我们对这个智能天线技术寄予了很大希望。该技术的获准表明智能天线将推动无线行业的宽带革命。在无线通讯的历史上，智能天线将与在30年以前创立蜂窝电话一样重要。”目前，在无线局域环(WLL)、PHS、WCDMA和GSM系统中实现的ArrayComm软件正运行在全球26万多个商业配置中。

任何新技术都可能会干扰现有技术或和其它新兴技术。并非所有提供宽带服务的尝试都可以同现有的射频系统无缝结合，对此，美国的ham (爱好者射频)运营商们已经尝到了教训。在ham案例中，干扰来自试运行的电力线通讯(PLC)系统-最近，在弗吉尼亚州马纳萨斯市运行的一个PLC系统在携带高速数据信号的电力线周围的很大范围里破坏了ham通讯。

我们需要对WiMAX设备进行广泛测试才能确认它们是否能够与日益增多的无线器件(如蓝牙、WLAN和新兴的超宽带器件)共存。UWB(超宽带)技术在家庭或小型办公室环境中的短程高数据速率通讯方面潜力极大。同WiMAX一样，该技术获得了一个强大的工业集团-UWB论坛(www.uwbforum.org)和即将面世的标准(IEEE 802.15)的支持，其中包括Freescale半导体公司等许多具有强大的市场开拓能力的公司。Freescale公司的XS110 UWB硅锗(SiGe)和CMOS芯片组以非常低的功率水平对流视频、音频和高速率数据传输提供110Mb/s以上的数据速率。这种DSUWB (直接序列超宽带)芯片组实现了IEEE 802.15.3 媒体访问控制(MAC)协议。XS110方案包括收发器芯片、基带处理器芯片、MAC芯片以及在FR4印刷电路板材料上制造的1英寸平面天线。

为了便于产品开发者采纳UWB技术，为计算机、移动通讯和消费电子公司设计下一代无线音频/射频产品提供帮助，FOCUS Enhancements公司(www.FOCUSinfo.com)最近推出了Talaria UWB评价系统。这个评价系统包含Talaria mini-PC UWB射频模块，用户可以以此为基础设计自己的应用系统，另外，它还包含FOCUS公司的Gemini MPEG解码卡-使测试者可以以标准分辨率或高分辨率视频格式实现经过压缩的媒体流。视频输出包括Firewire(IEEE 1394)、元件视频、合成视频、VGA和DVI；音频输出包括S/PDIF和双通道RCA插座。

虽然这种UWB射频模块超过了WiMedia标准的最低要求，但仍与WiMedia标准相兼容。该公司的各种UWB射频模块，在8m距离内的数据速率可达880Mb/s，在40m距离内可达37Mb/s。这个工具包的互联网接口包含射频设置、监视和各种控制工具，用户可以对其射频性能及其UWB技术进行全面评估。

为实现UWB设备与WiMAX产品共存，Wisair公司(www.wisair.com)开发了一种可以使UWB器件不干扰WiMAX和3G/4G蜂窝技术的UWB“检测和避免”技术。这种方法要求UWB设备在UWB系统开始工作前和工作中依靠窄带信号检测来发现在3.1到4.2GHz范围内的其它网络。如果检测到另一个网络，该UWB系统将降低辐射水平。该公司在其网站上提供了一份免费的白皮书。