Зв'язок міліметрових хвиль

Міліметрова хвиля(mmWave) – це смуга електромагнітного спектру з довжиною хвилі від 10 мм (30 ГГц) до 1 мм (300 ГГц).Міжнародний союз електрозв’язку (ITU) називає його діапазоном надзвичайно високих частот (КВЧ).Міліметрові хвилі розташовані між мікрохвильовими та інфрачервоними хвилями в спектрі та можуть використовуватися для різноманітних високошвидкісних програм бездротового зв’язку, таких як транзитні зв’язки «точка-точка».
Макротенденції прискорюють зростання даних
Зі зростанням глобального попиту на дані та зв’язок смуги частот, які зараз використовуються для бездротового зв’язку, стають дедалі переповненими, що сприяє попиту на доступ до вищої смуги частот у спектрі міліметрових хвиль.Багато макро тенденцій прискорили попит на більшу ємність даних і швидкість.
1. Обсяг і типи даних, які генеруються й обробляються великими даними, щодня зростають експоненціально.Світ покладається на високу швидкість передачі великих обсягів даних на незліченну кількість пристроїв щосекунди.У 2020 році кожна людина генерувала 1,7 Мбайт даних на секунду.(Джерело: IBM).На початку 2020 року глобальний обсяг даних оцінювався в 44ZB (Всесвітній економічний форум).Очікується, що до 2025 року глобальне створення даних досягне понад 175 ZB.Іншими словами, для зберігання такого великого обсягу даних потрібно 12,5 мільярдів найбільших сучасних жорстких дисків.(Міжнародна корпорація даних)
За оцінками ООН, 2007 рік став першим роком, коли міське населення перевищило сільське.Ця тенденція все ще триває, і очікується, що до 2050 року більше двох третин населення світу проживатиме в містах.Це спричинило зростаючий тиск на телекомунікаційну інфраструктуру та інфраструктуру даних у цих густонаселених районах.
3. Багатополярна глобальна криза та нестабільність, від пандемій до політичних потрясінь і конфліктів, означають, що країни дедалі більше прагнуть розвивати свої суверенні можливості для пом’якшення ризиків глобальної нестабільності.Уряди всього світу сподіваються зменшити свою залежність від імпорту з інших регіонів і підтримати розвиток вітчизняних продуктів, технологій та інфраструктури.
4. Завдяки зусиллям світу зменшити викиди вуглецю, технологія відкриває нові можливості для мінімізації подорожей з високим вмістом вуглецю.Сьогодні зустрічі та конференції зазвичай проводяться онлайн.Навіть медичні процедури можна виконувати дистанційно без необхідності приїзду хірургів до операційної.Лише надзвичайно швидкі, надійні та безперервні потоки даних із низькою затримкою можуть досягти такої точної роботи.
Ці макрофактори спонукають людей збирати, передавати та обробляти все більше даних у всьому світі, а також вимагають передачі на вищих швидкостях і з мінімальною затримкою.

Яку роль можуть відігравати міліметрові хвилі?
Спектр міліметрових хвиль забезпечує широкий безперервний спектр, що забезпечує більш високу швидкість передачі даних.В даний час мікрохвильові частоти, які використовуються для більшості бездротових комунікацій, стають переповненими та розпорошеними, особливо з кількома смугами пропускання, призначеними для конкретних відділів, таких як оборона, авіакосмічна промисловість і зв’язок у надзвичайних ситуаціях.
Коли ви пересуваєте спектр вгору, доступна безперервна частина спектру буде набагато більшою, а збережена частина – меншою.Збільшення частотного діапазону ефективно збільшує розмір «конвеєра», який можна використовувати для передачі даних, таким чином досягаючи більших потоків даних.Завдяки набагато більшій смузі пропускання каналу міліметрових хвиль, для передачі даних можна використовувати менш складні схеми модуляції, що може призвести до систем із набагато меншою затримкою.
Які проблеми?
Існують пов’язані з цим проблеми у вдосконаленні спектра.Компоненти та напівпровідники, необхідні для передачі та прийому сигналів на міліметрових хвилях, складніше виготовити – і доступних процесів менше.Виробництво компонентів міліметрового діапазону також складніше, оскільки вони набагато менші, вимагаючи вищих допусків на збірку та ретельного проектування з’єднань і порожнин, щоб зменшити втрати та уникнути коливань.
Поширення є однією з головних проблем, з якими стикаються сигнали міліметрового діапазону.На вищих частотах сигнали, швидше за все, будуть заблоковані або послаблені фізичними об’єктами, такими як стіни, дерева та будівлі.У зоні будівлі це означає, що приймач міліметрових хвиль має бути розташований поза будівлею, щоб поширювати сигнал усередині.Для зворотного зв’язку та супутникового зв’язку для передачі сигналів на великі відстані потрібне більше посилення потужності.На землі відстань між точками зв’язку не може перевищувати від 1 до 5 кілометрів, ніж більшу відстань, яку можуть досягти низькочастотні мережі.
Це означає, наприклад, що в сільській місцевості потрібно більше базових станцій і антен для передачі сигналів міліметрового діапазону на великі відстані.Встановлення цієї додаткової інфраструктури потребує більше часу та коштів.Останніми роками розгортання супутникового угруповання намагалося вирішити цю проблему, і ці супутникові угруповання знову взяли міліметрові хвилі як основу своєї архітектури.
Де найкраще розгортати міліметрові хвилі?
Коротка відстань поширення міліметрових хвиль робить їх дуже придатними для розгортання в густонаселених міських районах з високим трафіком даних.Альтернативою бездротовим мережам є волоконно-оптичні мережі.У міських районах розкопки доріг для встановлення нових оптичних волокон надзвичайно дорогі, руйнівні та трудомісткі.Навпаки, з’єднання міліметрового діапазону можна ефективно встановити з мінімальними витратами на переривання протягом кількох днів.
Швидкість передачі даних, яку досягають сигнали міліметрового діапазону, порівнянна з оптичними волокнами, забезпечуючи меншу затримку.Якщо вам потрібен дуже швидкий потік інформації та мінімальна затримка, першочерговим вибором є бездротові канали зв’язку, тому вони використовуються на фондових біржах, де затримка в мілісекунди може бути критичною.
У сільській місцевості вартість встановлення волоконно-оптичних кабелів часто є непомірно високою через відстань.Як згадувалося вище, мережі веж міліметрового діапазону також вимагають значних інвестицій в інфраструктуру.Представлене тут рішення полягає у використанні супутників на низькій навколоземній орбіті (LEO) або висотних псевдосупутників (HAPS) для передачі даних у віддалені райони.Мережі LEO та HAPS означають, що немає потреби встановлювати волоконно-оптичну мережу чи будувати бездротові мережі «точка-точка» на короткій відстані, забезпечуючи чудову швидкість передачі даних.Супутниковий зв’язок уже використовує сигнали міліметрового діапазону, як правило, у нижній частині спектру – діапазоні частот Ka (27-31 ГГц).Є простір для розширення на більш високі частоти, такі як діапазони частот Q/V та E, особливо станція повернення даних на землю.
Телекомунікаційний зворотній ринок займає лідируючу позицію в переході від мікрохвильових до міліметрових частот.Це викликано різким зростанням споживчих пристроїв (кишенькових пристроїв, ноутбуків та Інтернету речей (IoT)) за останнє десятиліття, що прискорило попит на більше та швидші дані.
Тепер супутникові оператори сподіваються наслідувати приклад телекомунікаційних компаній і розширити використання міліметрових хвиль в системах LEO і HAPS.Раніше традиційні супутники на геостаціонарній екваторіальній орбіті (GEO) і супутники на середній навколоземній орбіті (MEO) були надто далеко від Землі, щоб встановлювати споживчі канали зв’язку на частотах міліметрових хвиль.Однак розширення супутників LEO тепер дає змогу встановлювати зв’язки міліметрового діапазону та створювати мережі високої пропускної здатності, необхідні в усьому світі.
Інші галузі також мають великий потенціал для використання технології міліметрових хвиль.В автомобільній промисловості автономним транспортним засобам для безпечної роботи потрібні постійні високошвидкісні з’єднання та мережі передачі даних з низькою затримкою.У сфері медицини знадобляться надшвидкі та надійні потоки даних, щоб хірурги, розташовані віддалено, могли виконувати точні медичні процедури.
Десять років інновацій міліметрових хвиль
Filtronic є провідним британським експертом у сфері комунікаційних технологій міліметрового діапазону.Ми є однією з небагатьох компаній у Великій Британії, яка може проектувати та виготовляти передові комунікаційні компоненти міліметрового діапазону у великих масштабах.У нас є внутрішні радіочастотні інженери (включно з експертами з міліметрових хвиль), необхідні для концептуалізації, проектування та розробки нових технологій міліметрових хвиль.
Протягом останнього десятиліття ми співпрацювали з провідними компаніями мобільного зв’язку, щоб розробити серію мікрохвильових і міліметрових приймачів-передавачів, підсилювачів потужності та підсистем для транспортних мереж.Наш останній продукт працює в діапазоні E, що є потенційним рішенням для фідерних ліній надвисокої пропускної здатності в супутниковому зв’язку.Протягом останнього десятиліття його поступово коригували та вдосконалювали, зменшуючи вагу та вартість, покращуючи продуктивність та покращуючи виробничі процеси для збільшення виробництва.Супутникові компанії тепер можуть уникнути років внутрішнього тестування та розробки, застосувавши цю перевірену технологію розгортання в космосі.
Ми прагнемо бути в авангарді інновацій, створюючи технології всередині компанії та спільно розробляючи процеси внутрішнього масового виробництва.Ми завжди лідируємо на ринку інновацій, щоб гарантувати, що наша технологія готова до впровадження, оскільки регуляторні органи відкривають нові діапазони частот.
Ми вже розробляємо технології W-діапазону та D-діапазону, щоб у найближчі роки впоратися із заторами та збільшенням трафіку даних у E-діапазоні.Ми працюємо з галузевими клієнтами, щоб допомогти їм створити конкурентну перевагу за рахунок граничного доходу, коли відкриваються нові діапазони частот.
Який наступний крок для міліметрових хвиль?
Ступінь використання даних розвиватиметься лише в одному напрямку, і технологія, яка спирається на дані, також постійно вдосконалюється.З’явилася доповнена реальність, і пристрої IoT стають повсюдними.На додаток до побутових застосувань, все, від великих промислових процесів до нафтових і газових родовищ і атомних електростанцій, переходить на технологію IoT для дистанційного моніторингу, що зменшує потребу в ручному втручанні під час експлуатації цих складних об’єктів.Успіх цих та інших технологічних досягнень залежатиме від надійності, швидкості та якості мереж передачі даних, які їх підтримують, а міліметрові хвилі забезпечують необхідну пропускну здатність.
Міліметрові хвилі не зменшили значення частот нижче 6 ГГц у сфері бездротового зв'язку.Навпаки, це важливе доповнення до спектру, що дозволяє успішно доставляти різні програми, особливо ті, які вимагають великих пакетів даних, низької затримки та високої щільності з’єднання.

Випадок використання міліметрових хвиль для досягнення очікувань і можливостей нових технологій, пов’язаних з даними, є переконливим.Але є й виклики.
Регулювання – це виклик.Неможливо ввійти у вищий діапазон частот міліметрового діапазону, доки регуляторні органи не видадуть ліцензії на конкретні застосування.Тим не менш, прогнозоване експоненціальне зростання попиту означає, що регулятори перебувають під зростаючим тиском, щоб вивільнити більше спектра, щоб уникнути перевантажень і перешкод.Спільне використання спектра між пасивними та активними програмами, такими як метеорологічні супутники, також вимагає важливих дискусій щодо комерційних програм, які дозволять розширити частотні діапазони та більш безперервний спектр без переходу на частоту Гц Азіатсько-Тихоокеанського регіону.
Використовуючи можливості, які надає нова смуга пропускання, важливо мати відповідні технології для сприяння зв’язку на вищих частотах.Ось чому Filtronic розробляє технології W-діапазону та D-діапазону для майбутнього.Ось чому ми співпрацюємо з університетами, урядами та промисловістю, щоб сприяти розвитку навичок і знань у галузях, необхідних для задоволення майбутніх потреб у бездротових технологіях.Якщо Велика Британія хоче взяти на себе лідерство в розробці майбутніх глобальних мереж передачі даних, їй необхідно спрямувати державні інвестиції в правильні сфери радіочастотних технологій.
Як партнер в академічних, урядових та промислових колах, Filtronic відіграє провідну роль у розробці передових комунікаційних технологій, які повинні надати нові функції та можливості у світі, де дані зростають.