“今天是欧冠决赛日,为了更舒服一些,我把客厅墙上的超轻薄OLED高清数字电视机摘下来,换上几节新电池后贴在卧室的天花板上。凌晨,我平躺在床上,看着头顶上的何塞.穆里尼奥在大雨后张狂地带队夺得又一个冠军,完全非压缩的高清数字电视信号以每秒2.1GB的速率在房间里无线传输着,足球上甩出的每滴水珠都清晰可见…”——摘自201x年某伪球迷日记
对于当前可怜巴巴的仅5Mbps的数字电视移动接收传输容量而言,这段描述显然还只是个遥不可及的构想。但是,随着移动宽带化与宽带移动化的大势所趋,无线通信能力在未来五到十年内实现这个构想应该是顺理成章的。更有甚者,201x年的光纤传输速率可能达到40Gbps,而光纤到户之后的信号将通过无线方式分配到室内各个固定和移动终端,这样一来,未来无线个域网的速率目标很可能从当前的12Mbps跃升到5~10Gbps。
由于上述这样的应用都分别对应着全球上亿用户的庞大市场,实现2Gbps以上乃至10Gbps的无线数据传输速率的必要性和重大意义不言而喻。面对如此高的速率,由于频段紧张和带宽先天不足,UWB等相对较成熟的技术基本上都无能为力,因此频率为30-
300GHz的毫米波通信技术进入人们的视野。2000年以来,欧、美、日等众多国家相继在60GHz附近划分出5~7GHz的免许可连续频谱(如表所示),丰富的带宽资源奠定了实现2Gbps超高速无线传输的基础,而免许可特性使得用户无需负担昂贵的频谱资源允许费用,这块免费的蛋糕引得人们趋之若鹜,60GHz无线通信炙手可热。
由于频率较高,目前已经面市的毫米波芯片一般都采用GaAs和InP等特殊工艺以获得高的电子迁移率,而且需要特殊的被动元件和封装,这使其制造成本居高不下,毫米波通信一时曲高和寡,难以飞入寻常百姓家。纵观无线技术发展史,CMOS工艺在降低蜂窝电话、无线LAN、GPS和蓝牙等众多技术的成本方面都曾立过大功。现在,“CMOS化”的浪潮终于推进到毫米波领域。随着CMOS技术的不断进步,130nm以下的工艺已经能够实现100GHz以上的单位增益频率,采用CMOS工艺实现毫米波射频集成电路已是大势所趋。“CMOS化”将使60GHz无线通信如虎添翼,不但可以大幅削减60GHz芯片的制造成本,而且还能够很方便地集成数字、模拟、存储器等其它类型的电路,比如象文中开头所构想的那样将60GHz收发器和OLED控制电路、显示单元集成起来,直接实现可折叠的移动OLED高清数字电视机。
60GHz无线通信技术的“CMOS化”,对于发展我国的IC和通信产业有着尤为重大的现实意义。首先,60GHz无线通信在国际上也还处于起步阶段,国际标准(802.15)尚在制定之中,目前正是我们进入这一领域的大好时机。TD-SCDMA自主知识产权标准对我国通信相关产业的拉动作用有目共睹。如果我们能够迎头赶上,在60GHz无线通信研究中占据一席之地,并在802.15的制定中掌握足够的话语权,那么我们就能够把握住通信产业发展的又一个关键制高点。其次,目前国内的半导体代工厂已经可以提供60GHz无线通信所必须的130nm以下的CMOS工艺制造能力。如果将60GHz无线通信的“CMOS化”确立为我国IC产业近期的战略重点,那么就可以围绕着60GHz来整合从器件建模、工具开发、电路设计、工艺制造、封装测试到系统集成的完整IC产业链,发展和壮大一大批国内的fabless和foundry公司,将IC产业紧紧地捆绑在高速无线通信这条快车道上,实现两个产业的双赢。最后,60GHz无线通信的“CMOS化”进程还可以为开发更高频的毫米波通信应用积累直接的经验,培养大量自己的人才,为进一步由点及面地发展自主知识产权的先进通信与IC技术打下坚实的基础。
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