220 至 330 GHz 亚太赫兹频段前期洞察

目录

• 引言  - 3
• 220 至 330 GHz 之间的可用频谱 - 5
• IEEE 802.15.3d 概述  - 7
• 通过仿真获得洞察 - 10
• 通过传导 EVM 测量获得洞察  - 14
• 通过空中接口测量获得洞察 - 22
• 总结 - 29
• 资源 - 30

引言

6G 的愿景是第一次实现物理世界、数字世界与机械世界的统一，显著改善人类的生活质量。实现这一切需要大力建设人工智能网络，以便提高效率并构建高保真度的数字孪生模型。另外还需要搭建新的网络体系结构，例如非地面网络和高度虚拟化的分解式网络（在 5G 时代问世），以及使用更宽的频谱。

6G 要想实现这些目标，除了需要更高效地使用分配给无线通信的频谱，还需要研究新的频谱。如果不扩展到新的频段，那么就很难满足沉浸式远程呈现、虚拟现实和扩展现实等应用对高数据吞吐量的需求。《6G：超越 100 Gbps，实现 1 Tbps 数据吞吐量》介绍了提高数据吞吐量的三个基本方法：

• 在频谱带宽固定且有限的情况下，采用更高阶的调制方案，增加每个符号发送的比特数。
• 使用更宽的频谱带宽，利用更高的符码率提高数据吞吐量
• 使用多天线技术发送多个独立的数据流，充分利用信道实现更高的数据吞吐量

220 至 330 GHz 亚太赫兹频段可能会提供极宽的连续频谱。虽然这样的频谱有助于提高数据吞吐量（第 2 种方法），但是使用这些超宽带宽也会对射频和基带带来显著的挑战。

从射频角度来看，在如此高的频率和超宽带宽上无法保证实现确定的系统性能。在高频范围内，带宽越大，信噪比（SNR）就越低。信道减损以及线性硬件幅度和相位减损也比窄带宽系统严重得多。在信道减损十分严重的低SNR 环境中，想要进行稳健的信道估计和均衡无疑极具挑战性。波形质量会下降，限制或妨碍了我们使用更高阶的调制方式。想要克服自由空间路径损耗，保持良好的 SNR 以便达到足够的链路预算性能，我们需要采用高增益、高方向性天线（例如相控阵天线）或其他方法。

从基站角度来看，要想在低 SNR 场景中实现可靠性能，需要进行更复杂的信道估计和均衡。由于支持超宽射频调制带宽需要更高的采样率，实现接收机基带算法会变得更具挑战性。为了支持高采样率，我们需要并行处理基带数据，但这会快速消耗基带资源。同时，在低 SNR 场景的超宽带宽上执行信道估计和均衡，还需要使用更稳健和复杂的算法。

有三种方法可以帮助您洞察系统性能

220 至 330 GHz 频段中的亚太赫兹性能是一个我们相对陌生的领域。目前还很少有现成的商用（COTS）硬件能够在这一频段内执行早期测量。也很少有出版物介绍在这个频段内的宽带或超宽带调制带宽上能够实现的系统级射频性能－－例如误差矢量幅度（EVM）。

本白皮书介绍了三种方法和案例分析，希望帮助您洞察 220 至 330 GHz 频段的系统性能：

• 系统级仿真
• 传导 EVM 测量
• 空中接口（OTA）EVM 测量

通过系统级仿真，您可以洞察系统性能并能灵活地执行“假设”场景分析。它可以帮助您在没有现成的商用（COTS）硬件的情况下尽早确定系统要求。系统仿真将混合使用仿真模型和通过硬件测得的数据。矢量信号分析（VSA）软件可以在仿真中执行测量。同一个 VSA 软件还可以执行测试平台硬件测量，确保从设计到测试保持测量连续性。

通过传导方式测量 EVM，您可以洞察在宽带宽和低 SNR 场景中能够实现何种水平的 EVM 性能。EVM 测量是在高达 30 GHz 的占用带宽上执行，相应带宽的单个数据流数据吞吐量大约为 100 Gbps。 6G 应用将包含 OTA 传输，但首先执行 EVM 传导测试可以让您了解到它们在最佳情况下能够达到什么样的性能水平。

通过 OTA 方式测量 EVM，您可以知道在各种传输距离上可以实现何种水平的 OTA EVM 性能。本文通过一个案例分析说明了这个问题，其中采用准光学方法在 30 GHz 占用带宽和 26.5 英尺（8 米）距离上进行了一次285 GHz OTA 点对点传输；并讨论了从中获得的重要结果。

每个案例分析都把 IEEE 802.15.3d 信号当成示例波形。这并不意味着在标准化过程开始时，802.15.3d 将成为6G 的一部分。 802.15.3d 是一个成熟的、覆盖 252 至 325 GHz 频段的无线交换点对点链路标准。仿真、信号生成与分析应用软件可以生成和分析 802.15.3d 波形，但它们还可以用于其他无线标准。这些应用软件非常灵活，能够支持许多建议的候选波形，因此适合用于早期的 6G 波形研究。

本白皮书首先会概括介绍一下频谱政策，然后介绍 IEEE 802.15.3d 标准。通过三个案例分析帮助您洞察 220 至 330 GHz 的性能。

220 至 330 GHz 之间的可用频谱

6G 无线技术推动业界将目光转向 100 GHz 以上频率，研究使用大片连续频谱支持 100 Gbps 超高数据速率短程网络。早期的市场开拓者开始探索无线频谱中尚未开发使用的部分，也就是美国联邦通信委员会（FCC）此前所称的“长期被视为可用无线频谱最外层”的频段。

四年前，是德科技与其他思想领袖联合组建了毫米波联盟，并倡导让 95 GHz 以上的频谱更便于使用，并且更好地支持创新的业务和技术。在毫米波联盟的大力倡导下，FCC 制定了 Spectrum Horizons 计划。这个计划提供了一个监管框架，支持在 95 GHz 至 3 THz 的高频范围内运行实验。它允许使用 116 至 123 GHz、174.8 至 182 GHz、185 至 190GHz 以及 244 至 246 GHz 一共 21.1 GHz 的免许可频段。是德科技最近获得了 FCC 颁发的首张 Spectrum Horizons 实验牌照，获准开发能够在 95 GHz 至 3 THz 亚太赫兹频段内使用的 6G 技术。

各个地区有各自的频谱政策，各个国家/地区的频谱分配也是不同的。美国在 100 到 330 GHz 之间分配了六个频段，其中的连续频谱可能超过 10 GHz，但需要与其他业务共享使用：151 至 164 GHz、209 至 226GHz、252 至 275 GHz、296 至 306 GHz 以及 318 至 333 GHz。2、3

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