Милиметрова вълна(mmWave) е лентата на електромагнитния спектър с дължина на вълната между 10 mm (30 GHz) и 1 mm (300 GHz).Международният съюз по телекомуникации (ITU) го нарича честота с изключително висока честота (EHF).Милиметровите вълни са разположени между микровълновите и инфрачервените вълни в спектъра и могат да се използват за различни високоскоростни безжични комуникационни приложения, като например бекхаул връзки от точка до точка.
Макро тенденциите ускоряват растежа на данните
С нарастващото глобално търсене на данни и свързаност честотните ленти, използвани в момента за безжична комуникация, стават все по-претъпкани, стимулирайки търсенето на достъп до по-висока честотна лента в рамките на милиметровия вълнов спектър.Много макро тенденции ускориха търсенето на по-голям капацитет и скорост на данни.
1. Количеството и видовете данни, генерирани и обработвани от големи данни, се увеличават експоненциално всеки ден.Светът разчита на високоскоростно предаване на големи количества данни на безброй устройства всяка секунда.През 2020 г. всеки човек е генерирал 1,7 MB данни в секунда.(Източник: IBM).В началото на 2020 г. глобалният обем данни се оценява на 44ZB (Световен икономически форум).До 2025 г. се очаква глобалното създаване на данни да достигне над 175 ZB.С други думи, съхраняването на такова голямо количество данни изисква 12,5 милиарда от най-големите днешни твърди дискове.(Международна корпорация за данни)
Според оценките на ООН 2007 г. е първата година, в която градското население надвишава селското.Тази тенденция все още продължава и се очаква до 2050 г. повече от две трети от населението на света да живее в градски райони.Това доведе до нарастващ натиск върху телекомуникациите и инфраструктурата за данни в тези гъсто населени райони.
3. Многополюсната глобална криза и нестабилност, от пандемии до политически сътресения и конфликти, означават, че държавите са все по-нетърпеливи да развият своите суверенни способности за смекчаване на рисковете от глобална нестабилност.Правителствата по света се надяват да намалят зависимостта си от вноса от други региони и да подкрепят развитието на местни продукти, технологии и инфраструктура.
4. С усилията на света за намаляване на въглеродните емисии технологията разкрива нови възможности за минимизиране на пътуването с високи въглеродни емисии.Днес срещите и конференциите обикновено се провеждат онлайн.Дори медицински процедури могат да се извършват дистанционно, без да е необходимо хирурзи да идват в операционната зала.Само изключително бързи, надеждни и непрекъснати потоци от данни с ниска латентност могат да постигнат тази прецизна операция.
Тези макро фактори подтикват хората да събират, предават и обработват все повече и повече данни в световен мащаб и също така изискват предаване при по-високи скорости и с минимално забавяне.
Каква роля могат да играят милиметровите вълни?
Спектърът на милиметровите вълни осигурява широк непрекъснат спектър, което позволява по-високо предаване на данни.Понастоящем микровълновите честоти, използвани за повечето безжични комуникации, стават претъпкани и разпръснати, особено с няколко честотни ленти, предназначени за специфични отдели като отбраната, аерокосмическата и спешната комуникация.
Когато преместите спектъра нагоре, наличната непрекъсната част от спектъра ще бъде много по-голяма, а задържаната част ще бъде по-малка.Увеличаването на честотния диапазон ефективно увеличава размера на „тръбопровода“, който може да се използва за предаване на данни, като по този начин се постигат по-големи потоци от данни.Поради много по-голямата честотна лента на канала на милиметровите вълни, могат да се използват по-малко сложни модулационни схеми за предаване на данни, което може да доведе до системи с много по-ниска латентност.
Какви са предизвикателствата?
Има свързани предизвикателства при подобряването на спектъра.Компонентите и полупроводниците, необходими за предаване и приемане на сигнали на милиметрови вълни, са по-трудни за производство – и има по-малко налични процеси.Производството на компоненти с милиметрови вълни също е по-трудно, тъй като те са много по-малки, което изисква по-високи допуски при сглобяване и внимателно проектиране на връзките и кухините, за да се намалят загубите и да се избегнат трептения.
Разпространението е едно от основните предизвикателства, пред които са изправени сигналите с милиметрови вълни.При по-високи честоти е по-вероятно сигналите да бъдат блокирани или намалени от физически обекти като стени, дървета и сгради.В района на сградата това означава, че приемникът на милиметрови вълни трябва да бъде разположен извън сградата, за да разпространява сигнала вътре.За обратна връзка и комуникация сателит-земя е необходимо по-голямо усилване на мощността за предаване на сигнали на дълги разстояния.На земята разстоянието между връзките от точка до точка не може да надвишава 1 до 5 километра, а не по-голямото разстояние, което могат да постигнат нискочестотните мрежи.
Това означава, например, че в селските райони са необходими повече базови станции и антени за предаване на сигнали с милиметрови вълни на големи разстояния.Инсталирането на тази допълнителна инфраструктура изисква повече време и разходи.През последните години разгръщането на сателитно съзвездие се опита да реши този проблем и това сателитно съзвездие отново приема милиметрова вълна като ядро на своята архитектура.
Къде е най-доброто разполагане за милиметрови вълни?
Късото разстояние на разпространение на милиметровите вълни ги прави много подходящи за разполагане в гъсто населени градски райони с голям трафик на данни.Алтернативата на безжичните мрежи са оптичните мрежи.В градските райони разкопаването на пътища за инсталиране на нови оптични влакна е изключително скъпо, разрушително и отнема много време.Напротив, връзките с милиметрови вълни могат да бъдат ефективно установени с минимални разходи за прекъсване в рамките на няколко дни.
Скоростта на предаване на данни, постигната от милиметрови вълнови сигнали, е сравнима с тази на оптичните влакна, като същевременно осигурява по-ниска латентност.Когато имате нужда от много бърз информационен поток и минимално забавяне, безжичните връзки са първият избор – затова те се използват на фондовите борси, където латентността от милисекунди може да бъде критична.
В селските райони разходите за инсталиране на оптични кабели често са непосилни поради необходимото разстояние.Както бе споменато по-горе, мрежите с кули с милиметрови вълни също изискват значителни инфраструктурни инвестиции.Представеното тук решение е да се използват сателити с ниска околоземна орбита (LEO) или псевдосателити с голяма надморска височина (HAPS) за свързване на данни с отдалечени райони.LEO и HAPS мрежите означават, че няма нужда от инсталиране на оптични влакна или изграждане на безжични мрежи от точка до точка на къси разстояния, като същевременно осигуряват отлични скорости на данни.Сателитната комуникация вече използва сигнали от милиметрови вълни, обикновено в долния край на спектъра – Ka честотна лента (27-31GHz).Има място за разширяване до по-високи честоти, като честотните ленти Q/V и E, особено станцията за връщане на данни към земята.
Телекомуникационният пазар за връщане е на водеща позиция при прехода от микровълнови към милиметрови честоти.Това се дължи на скока на потребителските устройства (преносими устройства, лаптопи и Интернет на нещата (IoT)) през последното десетилетие, което ускори търсенето на повече и по-бързи данни.
Сега сателитните оператори се надяват да последват примера на телекомуникационните компании и да разширят използването на милиметрови вълни в системите LEO и HAPS.Преди това сателитите в традиционна геостационарна екваториална орбита (GEO) и средна околоземна орбита (MEO) бяха твърде далеч от Земята, за да установят потребителски комуникационни връзки на честоти на милиметрови вълни.Въпреки това, разширяването на сателитите LEO сега прави възможно установяването на връзки с милиметрови вълни и създаването на мрежи с голям капацитет, необходими в световен мащаб.
Други индустрии също имат голям потенциал да използват технологията с милиметрови вълни.В автомобилната индустрия автономните превозни средства изискват непрекъснати високоскоростни връзки и мрежи за данни с ниска латентност, за да работят безопасно.В областта на медицината ще са необходими ултра бързи и надеждни потоци от данни, за да се даде възможност на хирурзите, разположени от разстояние, да изпълняват прецизни медицински процедури.
Десет години иновации в милиметрови вълни
Filtronic е водещ експерт по комуникационни технологии с милиметрови вълни в Обединеното кралство.Ние сме една от малкото компании в Обединеното кралство, които могат да проектират и произвеждат комуникационни компоненти с милиметрови вълни в голям мащаб.Имаме вътрешни RF инженери (включително експерти по милиметрови вълни), необходими за концептуализиране, проектиране и разработване на нови технологии за милиметрови вълни.
През последното десетилетие си сътрудничихме с водещи компании за мобилни телекомуникации, за да разработим серия от микровълнови и милиметрови приемо-предаватели, усилватели на мощност и подсистеми за бекхаул мрежи.Най-новият ни продукт работи в E-обхвата, което предоставя потенциално решение за фидерни връзки със свръхвисок капацитет в сателитната комуникация.През последното десетилетие той постепенно беше коригиран и подобрен, намалявайки теглото и разходите, подобрявайки производителността и подобрявайки производствените процеси за увеличаване на производството.Сателитните компании вече могат да избегнат години на вътрешно тестване и развитие, като възприемат тази доказана технология за внедряване в космоса.
Ние сме отдадени на челните редици на иновациите, създавайки технология вътрешно и съвместно разработвайки вътрешни процеси за масово производство.Винаги сме водещи на пазара в иновациите, за да гарантираме, че нашата технология е готова за внедряване, тъй като регулаторните агенции отварят нови честотни ленти.
Вече разработваме технологии за W-band и D-band, за да се справим със задръстванията и по-големия трафик на данни в E-band през следващите години.Ние работим с клиенти от индустрията, за да им помогнем да изградят конкурентно предимство чрез пределни приходи, когато се отворят нови честотни ленти.
Каква е следващата стъпка за милиметровите вълни?
Степента на използване на данните ще се развива само в една посока, а технологията, която разчита на данни, също непрекъснато се подобрява.Разширената реалност пристигна и IoT устройствата стават повсеместни.В допълнение към домашните приложения, всичко от големи промишлени процеси до петролни и газови полета и атомни електроцентрали се насочва към IoT технология за дистанционно наблюдение – намалявайки необходимостта от ръчна намеса при работа с тези сложни съоръжения.Успехът на тези и други технологични постижения ще зависи от надеждността, скоростта и качеството на мрежите за данни, които ги поддържат – а милиметровите вълни осигуряват необходимия капацитет.
Милиметровите вълни не са намалили значението на честотите под 6GHz в областта на безжичните комуникации.Напротив, това е важно допълнение към спектъра, което позволява успешното доставяне на различни приложения, особено тези, които изискват големи пакети данни, ниска латентност и по-висока плътност на връзката.
Случаят с използването на милиметрови вълни за постигане на очакванията и възможностите на новите технологии, свързани с данни, е убедителен.Но има и предизвикателства.
Регулацията е предизвикателство.Невъзможно е да се навлезе в честотната лента с по-високи милиметрови вълни, докато регулаторните органи не издадат лицензи за конкретни приложения.Независимо от това, прогнозираният експоненциален растеж на търсенето означава, че регулаторите са под нарастващ натиск да освободят повече спектър, за да избегнат задръствания и смущения.Споделянето на спектър между пасивни приложения и активни приложения като метеорологични сателити също изисква важни дискусии относно търговските приложения, които ще позволят по-широки честотни ленти и по-непрекъснат спектър, без да се преминава към Hz честотата на Азиатско-тихоокеанския регион.
Когато се възползвате от възможностите, предоставени от новата честотна лента, е важно да разполагате с подходящи технологии за насърчаване на комуникация с по-висока честота.Ето защо Filtronic разработва W-band и D-band технологии за бъдещето.Това е и причината, поради която си сътрудничим с университети, правителства и индустрии, за да насърчим развитието на умения и знания в областите, необходими за посрещане на бъдещи нужди от безжични технологии.Ако Обединеното кралство иска да поеме водеща роля в разработването на бъдещи глобални комуникационни мрежи за данни, то трябва да насочи правителствените инвестиции в правилните области на радиочестотната технология.
Като партньор в академичните среди, правителството и индустрията, Filtronic играе водеща роля в разработването на модерни комуникационни технологии, които трябва да предоставят нови функционалности и възможности в свят, в който данните са все по-необходими.
Време на публикуване: 27 април 2023 г
