Undă milimetrică(mmWave) este banda spectrului electromagnetic cu o lungime de undă cuprinsă între 10 mm (30 GHz) și 1 mm (300 GHz).Este denumită banda de frecvență extrem de înaltă (EHF) de către Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (ITU).Undele milimetrice sunt situate între undele cu microunde și infraroșu în spectru și pot fi utilizate pentru diverse aplicații de comunicații fără fir de mare viteză, cum ar fi legăturile de backhaul punct la punct.
Tendințele macro accelerează creșterea datelor
Odată cu creșterea cererii globale de date și conectivitate, benzile de frecvență utilizate în prezent pentru comunicațiile fără fir au devenit din ce în ce mai aglomerate, conducând la cererea de acces la lățime de bandă de frecvență mai mare în spectrul undelor milimetrice.Multe tendințe macro au accelerat cererea de capacitate și viteză de date mai mari.
1. Cantitatea și tipurile de date generate și procesate de big data cresc exponențial în fiecare zi.Lumea se bazează pe transmisia de mare viteză a cantităților mari de date pe nenumărate dispozitive în fiecare secundă.În 2020, fiecare persoană a generat 1,7 MB de date pe secundă.(Sursa: IBM).La începutul anului 2020, volumul global de date a fost estimat la 44ZB (Forumul Economic Mondial).Până în 2025, crearea globală de date este de așteptat să atingă peste 175 ZB.Cu alte cuvinte, stocarea unei cantități atât de mari de date necesită 12,5 miliarde dintre cele mai mari hard disk-uri de astăzi.(International Data Corporation)
Conform estimărilor Națiunilor Unite, 2007 a fost primul an în care populația urbană a depășit populația rurală.Această tendință este încă în curs și este de așteptat ca până în 2050, mai mult de două treimi din populația lumii să locuiască în zonele urbane.Acest lucru a adus o presiune tot mai mare asupra infrastructurii de telecomunicații și de date în aceste zone dens populate.
3. Criza globală multipolară și instabilitatea, de la pandemii la tulburări politice și conflicte, înseamnă că țările sunt din ce în ce mai dornice să-și dezvolte capacitățile suverane pentru a atenua riscurile instabilității globale.Guvernele din întreaga lume speră să-și reducă dependența de importurile din alte regiuni și să sprijine dezvoltarea produselor, tehnologiilor și infrastructurii interne.
4. Odată cu eforturile lumii de a reduce emisiile de carbon, tehnologia deschide noi oportunități pentru a minimiza călătoriile cu emisii mari de carbon.Astăzi, întâlnirile și conferințele au loc de obicei online.Chiar și procedurile medicale pot fi executate de la distanță fără a fi nevoie ca chirurgii să vină în sala de operație.Numai fluxurile de date ultra rapide, fiabile și neîntrerupte cu latență scăzută pot realiza această operațiune precisă.
Acești factori macro îi determină pe oameni să colecteze, să transmită și să proceseze din ce în ce mai multe date la nivel global și, de asemenea, necesită transmisie la viteze mai mari și cu o latență minimă.
Ce rol pot juca undele milimetrice?
Spectrul undelor milimetrice oferă un spectru larg continuu, permițând o transmisie mai mare a datelor.În prezent, frecvențele de microunde utilizate pentru majoritatea comunicațiilor fără fir devin aglomerate și dispersate, în special cu mai multe lățimi de bandă dedicate unor departamente specifice, cum ar fi apărare, aerospațială și comunicații de urgență.
Când mutați spectrul în sus, porțiunea de spectru disponibilă neîntreruptă va fi mult mai mare, iar porțiunea reținută va fi mai mică.Mărirea intervalului de frecvență crește efectiv dimensiunea „conductei” care poate fi utilizată pentru a transmite date, obținând astfel fluxuri de date mai mari.Datorită lățimii de bandă mult mai mare a undelor milimetrice, schemele de modulație mai puțin complexe pot fi folosite pentru a transmite date, ceea ce poate duce la sisteme cu latență mult mai mică.
Care sunt provocările?
Există provocări legate de îmbunătățirea spectrului.Componentele și semiconductorii necesare pentru a transmite și recepționa semnale pe unde milimetrice sunt mai dificil de fabricat - și există mai puține procese disponibile.Fabricarea componentelor cu unde milimetrice este, de asemenea, mai dificilă, deoarece acestea sunt mult mai mici, necesitând toleranțe mai mari de asamblare și proiectare atentă a interconexiunilor și cavităților pentru a reduce pierderile și a evita oscilațiile.
Propagarea este una dintre principalele provocări cu care se confruntă semnalele cu unde milimetrice.La frecvențe mai mari, este mai probabil ca semnalele să fie blocate sau reduse de obiecte fizice, cum ar fi pereții, copacii și clădirile.În zona clădirii, aceasta înseamnă că receptorul de unde milimetrice trebuie să fie amplasat în afara clădirii pentru a propaga semnalul în interior.Pentru comunicațiile de backhaul și satelit la sol, este necesară o mai mare amplificare a puterii pentru a transmite semnale pe distanțe lungi.La sol, distanța dintre legăturile punct la punct nu poate depăși 1 până la 5 kilometri, mai degrabă decât distanța mai mare pe care o pot atinge rețelele de joasă frecvență.
Aceasta înseamnă, de exemplu, în zonele rurale, sunt necesare mai multe stații de bază și antene pentru a transmite semnale de unde milimetrice pe distanțe lungi.Instalarea acestei infrastructuri suplimentare necesită mai mult timp și costuri.În ultimii ani, desfășurarea constelației de sateliți a încercat să rezolve această problemă, iar aceste constelații de satelit iau din nou undele milimetrice ca nucleu al arhitecturii lor.
Unde este cea mai bună desfășurare pentru unde milimetrice?
Distanța scurtă de propagare a undelor milimetrice le face foarte potrivite pentru desfășurare în zone urbane dens populate, cu trafic de date ridicat.Alternativa la rețelele wireless sunt rețelele de fibră optică.În zonele urbane, excavarea drumurilor pentru instalarea de noi fibre optice este extrem de costisitoare, distructivă și consumatoare de timp.Dimpotrivă, conexiunile cu unde milimetrice pot fi stabilite eficient cu costuri minime de întrerupere în câteva zile.
Rata de date atinsă de semnalele unde milimetrice este comparabilă cu cea a fibrelor optice, oferind în același timp o latență mai mică.Atunci când aveți nevoie de un flux de informații foarte rapid și de o latență minimă, legăturile wireless sunt prima alegere – de aceea sunt folosite în bursele unde latența în milisecunde poate fi critică.
În zonele rurale, costul instalării cablurilor de fibră optică este adesea prohibitiv din cauza distanței implicate.După cum sa menționat mai sus, rețelele de turnuri cu unde milimetrice necesită, de asemenea, investiții semnificative în infrastructură.Soluția prezentată aici este utilizarea sateliților cu orbită joasă a Pământului (LEO) sau pseudo-sateliți de mare altitudine (HAPS) pentru a conecta date la zone îndepărtate.Rețelele LEO și HAPS înseamnă că nu este nevoie să instalați fibră optică sau să construiți rețele fără fir punct la punct pe distanțe scurte, oferind în același timp rate excelente de date.Comunicarea prin satelit a folosit deja semnale de unde milimetrice, de obicei în partea de jos a spectrului – banda de frecvență Ka (27-31GHz).Există spațiu pentru a se extinde la frecvențe mai înalte, cum ar fi benzile de frecvență Q/V și E, în special stația de returnare a datelor la sol.
Piața de returnare a telecomunicațiilor se află într-o poziție de lider în tranziția de la frecvențele de microunde la frecvențele unde milimetrice.Acest lucru este determinat de creșterea numărului de dispozitive de consum (dispozitive portabile, laptopuri și Internetul obiectelor (IoT)) în ultimul deceniu, care a accelerat cererea pentru date mai multe și mai rapide.
Acum, operatorii de sateliți speră să urmeze exemplul companiilor de telecomunicații și să extindă utilizarea undelor milimetrice în sistemele LEO și HAPS.Anterior, sateliții tradiționali cu orbita ecuatorială geostaționară (GEO) și pe orbita medie a Pământului (MEO) erau prea departe de Pământ pentru a stabili legături de comunicare cu consumatorii la frecvențele undelor milimetrice.Cu toate acestea, extinderea sateliților LEO face acum posibilă stabilirea de legături cu unde milimetrice și crearea rețelelor de mare capacitate necesare la nivel global.
Alte industrii au, de asemenea, un mare potențial de a utiliza tehnologia undelor milimetrice.În industria auto, vehiculele autonome necesită conexiuni continue de mare viteză și rețele de date cu latență scăzută pentru a funcționa în siguranță.În domeniul medical, vor fi necesare fluxuri de date ultra rapide și fiabile pentru a permite chirurgilor aflați la distanță să execute proceduri medicale precise.
Zece ani de inovație cu unde milimetrice
Filtronic este un expert de top în tehnologia comunicațiilor cu unde milimetrice în Marea Britanie.Suntem una dintre puținele companii din Marea Britanie care poate proiecta și produce componente avansate de comunicație cu unde milimetrice la scară largă.Avem ingineri interni RF (inclusiv experți în unde milimetrice) necesari pentru a conceptualiza, proiecta și dezvolta noi tehnologii cu unde milimetrice.
În ultimul deceniu, am colaborat cu companii de telecomunicații mobile de top pentru a dezvolta o serie de transceiver cu microunde și unde milimetrice, amplificatoare de putere și subsisteme pentru rețelele backhaul.Cel mai recent produs al nostru operează în banda E, ceea ce oferă o soluție potențială pentru legăturile de alimentare cu capacitate ultra-înaltă în comunicațiile prin satelit.În ultimul deceniu, acesta a fost ajustat și îmbunătățit treptat, reducând greutatea și costurile, îmbunătățind performanța și îmbunătățind procesele de producție pentru a crește producția.Companiile de sateliți pot evita acum ani de testare și dezvoltare interne prin adoptarea acestei tehnologii dovedite de implementare a spațiului.
Ne angajăm să fim în fruntea inovației, creând tehnologie în interior și dezvoltării în comun a proceselor interne de producție în masă.Suntem întotdeauna în fruntea pieței în materie de inovare pentru a ne asigura că tehnologia noastră este pregătită pentru implementare, deoarece agențiile de reglementare deschid noi benzi de frecvență.
Dezvoltăm deja tehnologii în bandă W și în bandă D pentru a face față congestionării și traficului de date mai mare în banda E în următorii ani.Lucrăm cu clienții din industrie pentru a-i ajuta să-și construiască un avantaj competitiv prin venituri marginale atunci când sunt deschise noi benzi de frecvență.
Care este următorul pas pentru undele milimetrice?
Rata de utilizare a datelor se va dezvolta doar într-o singură direcție, iar tehnologia care se bazează pe date se îmbunătățește constant.Realitatea augmentată a sosit, iar dispozitivele IoT devin omniprezente.Pe lângă aplicațiile domestice, totul, de la procesele industriale majore la zăcămintele de petrol și gaze și centralele nucleare, se transformă către tehnologia IoT pentru monitorizarea de la distanță – reducând nevoia de intervenție manuală atunci când se operează aceste instalații complexe.Succesul acestora și al altor progrese tehnologice va depinde de fiabilitatea, viteza și calitatea rețelelor de date care le susțin – iar undele milimetrice asigură capacitatea necesară.
Undele milimetrice nu au redus importanța frecvențelor sub 6GHz în domeniul comunicațiilor fără fir.Dimpotrivă, este un supliment important pentru spectru, permițând livrarea cu succes a diferitelor aplicații, în special a celor care necesită pachete de date mari, latență scăzută și densitate mai mare a conexiunii.
Cazul utilizării undelor milimetrice pentru a atinge așteptările și oportunitățile noilor tehnologii legate de date este convingător.Dar există și provocări.
Reglementarea este o provocare.Este imposibil să intrați în banda de frecvență a undelor milimetrice mai înalte până când autoritățile de reglementare eliberează licențe pentru aplicații specifice.Cu toate acestea, creșterea exponențială prevăzută a cererii înseamnă că autoritățile de reglementare sunt supuse unei presiuni din ce în ce mai mari pentru a elibera mai mult spectru pentru a evita congestionarea și interferența.Partajarea spectrului între aplicațiile pasive și aplicațiile active, cum ar fi sateliții meteorologici, necesită, de asemenea, discuții importante privind aplicațiile comerciale, care vor permite benzi de frecvență mai largi și un spectru mai continuu, fără a trece la frecvența Asia Pacific Hz.
Atunci când profitați de oportunitățile oferite de noua lățime de bandă, este important să aveți tehnologii adecvate pentru a promova comunicarea cu frecvență mai mare.De aceea, Filtronic dezvoltă tehnologii în bandă W și în bandă D pentru viitor.Acesta este, de asemenea, motivul pentru care colaborăm cu universități, guverne și industrii pentru a promova dezvoltarea abilităților și cunoștințelor în domeniile necesare pentru a satisface nevoile viitoare de tehnologie fără fir.Dacă Regatul Unit dorește să preia conducerea în dezvoltarea viitoarelor rețele globale de comunicații de date, trebuie să canalizeze investițiile guvernamentale în domeniile potrivite ale tehnologiei RF.
Ca partener în mediul academic, guvern și industrie, Filtronic joacă un rol de lider în dezvoltarea tehnologiilor avansate de comunicare care trebuie să ofere noi funcționalități și posibilități într-o lume în care datele sunt din ce în ce mai necesare.
Ora postării: Apr-27-2023
