Milliméteres hullámú kommunikáció

Milliméteres hullám(mmWave) az elektromágneses spektrumsáv, amelynek hullámhossza 10 mm (30 GHz) és 1 mm (300 GHz) között van.A Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) rendkívül magas frekvenciájú (EHF) sávként emlegeti.A milliméteres hullámok a mikrohullámú és az infravörös hullámok között helyezkednek el a spektrumban, és különféle nagy sebességű vezeték nélküli kommunikációs alkalmazásokhoz használhatók, például pont-pont backhaul kapcsolatokhoz.
A makrotrendek felgyorsítják az adatok növekedését
Az adatok és a csatlakozások iránti növekvő globális kereslet következtében a vezeték nélküli kommunikációhoz jelenleg használt frekvenciasávok egyre zsúfoltabbakká váltak, ami növeli a milliméteres hullámspektrumon belüli nagyobb frekvenciasáv elérésének igényét.Számos makrotrend felgyorsította a nagyobb adatkapacitás és -sebesség iránti igényt.
1. A big data által generált és feldolgozott adatok mennyisége és típusa napról napra exponenciálisan növekszik.A világ másodpercenként számtalan eszközön nagy mennyiségű adat nagy sebességű átvitelére támaszkodik.2020-ban minden ember 1,7 MB adatot generált másodpercenként.(Forrás: IBM).2020 elején a globális adatmennyiséget 44ZB-re becsülték (World Economic Forum).2025-re a globális adattermelés várhatóan meghaladja a 175 ZB-t.Más szóval, ekkora adatmennyiség tárolásához napjaink legnagyobb merevlemezei közül 12,5 milliárdra van szükség.(International Data Corporation)
Az ENSZ becslései szerint 2007 volt az első olyan év, amikor a városi lakosság száma meghaladta a vidéki lakosságot.Ez a tendencia még mindig tart, és várhatóan 2050-re a világ népességének több mint kétharmada városi területeken fog élni.Ez egyre nagyobb nyomást gyakorolt ​​a telekommunikációs és adatinfrastruktúrára ezeken a sűrűn lakott területeken.
3. A többpólusú globális válság és instabilitás – a világjárványoktól a politikai zűrzavarokig és konfliktusokig – azt jelenti, hogy az országok egyre lelkesebben fejlesztik szuverén képességeiket a globális instabilitás kockázatainak mérséklése érdekében.A kormányok szerte a világon azt remélik, hogy csökkentik a más régiókból származó importtól való függőségüket, és támogatják a hazai termékek, technológiák és infrastruktúra fejlesztését.
4. A világ szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésére irányuló erőfeszítéseivel a technológia új lehetőségeket nyit meg a magas szén-dioxid-kibocsátás minimalizálására.Ma a találkozókat és konferenciákat általában online tartják.Még az orvosi beavatkozások is végrehajthatók távolról anélkül, hogy sebészeknek kellene a műtőbe jönniük.Csak ultragyors, megbízható és megszakítás nélküli, alacsony késleltetésű adatfolyamokkal lehet elérni ezt a precíz műveletet.
Ezek a makrotényezők arra késztetik az embereket, hogy egyre több adatot gyűjtsenek, továbbítsanak és dolgozzanak fel globálisan, és nagyobb sebességgel és minimális késleltetéssel is megkövetelik az átvitelt.

Milyen szerepet játszhatnak a milliméteres hullámok?
A milliméteres hullámspektrum széles folyamatos spektrumot biztosít, ami nagyobb adatátvitelt tesz lehetővé.Jelenleg a legtöbb vezeték nélküli kommunikációhoz használt mikrohullámú frekvenciák egyre zsúfoltak és szétszórtak, különösen az olyan sávszélességek miatt, amelyeket bizonyos részlegeknek, például a védelemnek, a repülésnek és a vészhelyzeti kommunikációnak szentelnek.
Ha felfelé mozgatja a spektrumot, a rendelkezésre álló megszakítás nélküli spektrumrész sokkal nagyobb, a megtartott rész pedig kisebb lesz.A frekvenciatartomány növelése hatékonyan növeli az adatátvitelre használható „csővezeték” méretét, ezáltal nagyobb adatfolyamokat érhet el.A milliméteres hullámok jóval nagyobb csatornasávszélessége miatt kevésbé bonyolult modulációs sémák használhatók az adatok továbbítására, ami sokkal kisebb késleltetésű rendszerekhez vezethet.
Mik a kihívások?
A spektrum javításával kapcsolatban vannak kihívások.A jelek milliméteres hullámokon történő továbbításához és fogadásához szükséges alkatrészeket és félvezetőket nehezebb gyártani – és kevesebb a rendelkezésre álló folyamat.A milliméterhullámú alkatrészek gyártása is nehezebb, mert sokkal kisebbek, nagyobb összeszerelési tűréseket, valamint az összeköttetések és üregek gondos tervezését igénylik a veszteségek csökkentése és az oszcillációk elkerülése érdekében.
A terjedés az egyik fő kihívás, amellyel a milliméteres hullámjelek szembesülnek.Magasabb frekvenciákon a jeleket nagyobb valószínűséggel blokkolják vagy csökkentik fizikai tárgyak, például falak, fák és épületek.Az épület területén ez azt jelenti, hogy a milliméterhullám-vevőt az épületen kívül kell elhelyezni, hogy a jelet belülről továbbítsa.A backhaul és a műhold-föld közötti kommunikációhoz nagyobb teljesítményerősítésre van szükség a jelek nagy távolságra történő továbbításához.A földön a pont-pont kapcsolatok közötti távolság nem haladhatja meg az 1–5 kilométert, nem pedig az alacsony frekvenciájú hálózatok által elérhető nagyobb távolságot.
Ez azt jelenti, hogy például a vidéki területeken több bázisállomásra és antennára van szükség a milliméteres hullámok nagy távolságra történő továbbításához.Ennek a kiegészítő infrastruktúrának a telepítése több időt és költséget igényel.Az elmúlt években a műholdkonstelláció telepítése megpróbálta megoldani ezt a problémát, és ezek a műholdkonstellációk ismét a milliméteres hullámot veszik fel architektúrájuk magjaként.
Hol a legjobb a milliméteres hullámok telepítése?
A milliméteres hullámok rövid terjedési távolsága nagyon alkalmassá teszi őket sűrűn lakott, nagy adatforgalmú városi területeken történő telepítésre.A vezeték nélküli hálózatok alternatívája az optikai szálas hálózatok.Városi területeken az utak feltárása az új optikai szálak telepítéséhez rendkívül költséges, pusztító és időigényes.Éppen ellenkezőleg, a milliméteres hullámkapcsolatok néhány napon belül hatékonyan létesíthetők minimális megszakítási költségekkel.
A milliméteres hullámjelek által elért adatátviteli sebesség az optikai szálakéhoz hasonlítható, miközben alacsonyabb késleltetést biztosít.Ha nagyon gyors információáramlásra és minimális késleltetésre van szüksége, a vezeték nélküli kapcsolatok az első választás – ezért használják azokat a tőzsdéken, ahol az ezredmásodperces késleltetés kritikus lehet.
Vidéki területeken az optikai kábelek telepítésének költsége gyakran túl magas a távolság miatt.Mint fentebb említettük, a milliméteres hullámtornyok hálózatai is jelentős infrastrukturális beruházást igényelnek.Az itt bemutatott megoldás az alacsony Föld körüli pálya (LEO) műholdak vagy a nagy magasságú pszeudo műholdak (HAPS) használata az adatok távoli területekhez történő csatlakoztatására.A LEO és a HAPS hálózatok azt jelentik, hogy nincs szükség optikai szálak telepítésére vagy rövid távolságú pont-pont vezeték nélküli hálózatok kiépítésére, miközben továbbra is kiváló adatátviteli sebességet biztosítanak.A műholdas kommunikáció már használt milliméteres hullámjeleket, általában a spektrum alsó végén – Ka frekvenciasávban (27-31 GHz).Van hely a magasabb frekvenciákra való terjeszkedésre, például a Q/V és E frekvenciasávokra, különösen az adatok földre történő visszaküldésére szolgáló állomásra.
A távközlési visszatérő piac vezető pozícióban van a mikrohullámú sütőről a milliméteres hullámfrekvenciára való átállásban.Ennek oka a fogyasztói eszközök (kézi eszközök, laptopok és a tárgyak internete (IoT)) elmúlt évtizedben bekövetkezett megugrása, ami felgyorsította a több és gyorsabb adatforgalom iránti keresletet.
A műholdszolgáltatók most azt remélik, hogy követik a távközlési cégek példáját, és kiterjesztik a milliméteres hullámok alkalmazását a LEO és HAPS rendszerekben.Korábban a hagyományos geostacionárius egyenlítői pályán (GEO) és a közepes földi pályán (MEO) működő műholdak túl messze voltak a Földtől ahhoz, hogy fogyasztói kommunikációs kapcsolatokat hozzanak létre milliméteres hullámfrekvencián.A LEO műholdak terjeszkedése azonban most már lehetővé teszi milliméteres hullámkapcsolatok létrehozását és a globálisan szükséges nagy kapacitású hálózatok létrehozását.
Más iparágakban is nagy lehetőségek rejlenek a milliméterhullám-technológia alkalmazásában.Az autóiparban az autonóm járművek folyamatos nagy sebességű kapcsolatokat és alacsony késleltetésű adathálózatokat igényelnek a biztonságos működéshez.Az orvostudomány területén ultragyors és megbízható adatfolyamokra lesz szükség ahhoz, hogy a távoli sebészek precíz orvosi eljárásokat hajthassanak végre.
Tíz év milliméteres hullámú innováció
A Filtronic vezető milliméterhullámú kommunikációs technológiai szakértő az Egyesült Királyságban.Azon kevés cégek egyike vagyunk az Egyesült Királyságban, amelyek nagy léptékben terveznek és gyártanak fejlett milliméteres hullámú kommunikációs alkatrészeket.Belső rádiófrekvenciás mérnökeink vannak (beleértve a milliméterhullám-szakértőket is), akikre szükség van az új milliméterhullám-technológiák kialakításához, tervezéséhez és fejlesztéséhez.
Az elmúlt évtizedben vezető mobil távközlési vállalatokkal együttműködve egy sor mikrohullámú és milliméterhullámú adó-vevőt, teljesítményerősítőt és alrendszert fejlesztettünk ki a backhaul hálózatokhoz.Legújabb termékünk az E-sávban működik, amely potenciális megoldást jelent a műholdas kommunikáció ultranagy kapacitású feeder kapcsolataira.Az elmúlt évtized során fokozatosan kiigazították és továbbfejlesztették, csökkentve a súlyt és a költségeket, javítva a teljesítményt és javítva a gyártási folyamatokat a termelés növelése érdekében.A műholdvállalatok most elkerülhetik az évekig tartó belső tesztelést és fejlesztést, ha elfogadják ezt a bevált űrbeépítési technológiát.
Elkötelezettek vagyunk az innováció élvonalában, belső technológiát hozunk létre, és közösen fejlesztjük a belső tömeggyártási folyamatokat.Mindig vezető szerepet töltünk be az innováció terén, hogy technológiánk készen álljon a bevezetésre, amikor a szabályozó ügynökségek új frekvenciasávokat nyitnak meg.
Már fejlesztjük a W- és D-sávú technológiákat, hogy megbirkózzon a torlódásokkal és a megnövekedett adatforgalommal az E-sávban az elkövetkező években.Együttműködünk az ipari ügyfelekkel, hogy új frekvenciasávok megnyitásakor marginális bevétel révén versenyelőnyt építsünk ki.
Mi a következő lépés a milliméteres hullámok esetében?
Az adatok kihasználtsága csak egy irányba fog fejlődni, és az adatokra építő technológia is folyamatosan fejlődik.Megérkezett a kiterjesztett valóság, és az IoT-eszközök mindenütt jelen vannak.A hazai alkalmazások mellett a nagy ipari folyamatoktól kezdve az olaj- és gázmezőkön át az atomerőművekig minden a távfelügyeleti IoT-technológia irányába tolódik el – csökkentve a kézi beavatkozás szükségességét e komplex létesítmények üzemeltetése során.Ezen és más technológiai fejlesztések sikere az őket támogató adathálózatok megbízhatóságán, sebességén és minőségén múlik – a milliméteres hullámok pedig biztosítják a szükséges kapacitást.
A milliméteres hullámok nem csökkentették a 6 GHz alatti frekvenciák jelentőségét a vezeték nélküli kommunikáció területén.Éppen ellenkezőleg, a spektrum fontos kiegészítése, amely lehetővé teszi a különböző alkalmazások sikeres szállítását, különösen azokat, amelyek nagy adatcsomagokat, alacsony késleltetést és nagyobb kapcsolatsűrűséget igényelnek.

Meggyőző a milliméteres hullámok alkalmazása az új, adatkapcsolati technológiák elvárásainak és lehetőségeinek megvalósítására.De vannak kihívások is.
A szabályozás kihívás.Lehetetlen belépni a magasabb milliméteres hullámfrekvencia sávba mindaddig, amíg a szabályozó hatóságok nem adnak ki engedélyt bizonyos alkalmazásokhoz.Mindazonáltal a kereslet előre jelzett exponenciális növekedése azt jelenti, hogy a szabályozókra egyre nagyobb nyomás nehezedik, hogy több spektrumot szabadítsanak fel a torlódások és az interferenciák elkerülése érdekében.A passzív alkalmazások és az aktív alkalmazások, például a meteorológiai műholdak közötti spektrum megosztása szintén fontos megbeszéléseket igényel a kereskedelmi alkalmazásokról, amelyek szélesebb frekvenciasávokat és folytonosabb spektrumot tesznek lehetővé anélkül, hogy az ázsiai csendes-óceáni Hz-es frekvenciára költöznének.
Az új sávszélesség adta lehetőségek kihasználásakor fontos, hogy megfelelő technológiák legyenek a magasabb frekvenciájú kommunikáció elősegítésére.Ezért fejleszti a Filtronic W- és D-sávos technológiákat a jövő számára.Ezért is működünk együtt egyetemekkel, kormányokkal és iparágakkal, hogy elősegítsük a készségek és ismeretek fejlesztését azokon a területeken, amelyekre szükség van a jövőbeni vezeték nélküli technológiai igények kielégítéséhez.Ha az Egyesült Királyság vezető szerepet kíván vállalni a jövőbeni globális adatkommunikációs hálózatok fejlesztésében, akkor az állami beruházásokat az RF technológia megfelelő területeire kell irányítania.
Az akadémiai, kormányzati és ipari partnerként a Filtronic vezető szerepet játszik a fejlett kommunikációs technológiák fejlesztésében, amelyeknek új funkciókat és lehetőségeket kell biztosítaniuk egy olyan világban, ahol egyre nagyobb szükség van az adatokra.