Millimeeterlaine side

Millimeeterlaine(mmWave) on elektromagnetilise spektri riba lainepikkusega 10 mm (30 GHz) kuni 1 mm (300 GHz).Rahvusvaheline Telekommunikatsiooniliit (ITU) nimetab seda ülikõrgsagedusalaks (EHF).Millimeeterlained paiknevad spektris mikrolaine- ja infrapunalainete vahel ning neid saab kasutada mitmesuguste kiirete traadita side rakenduste jaoks, näiteks punkt-punkti tagasiühenduslingid.
Makrotrendid kiirendavad andmete kasvu
Seoses kasvava ülemaailmse nõudlusega andmeside ja ühenduvuse järele on praegu traadita side jaoks kasutatavad sagedusribad muutunud üha ülerahvastatud, suurendades nõudlust suurema sagedusriba laiuse järele millimeeterlaine spektris.Paljud makrosuundumused on suurendanud nõudlust suurema andmemahu ja -kiiruse järele.
1. Suurandmete poolt genereeritavate ja töödeldavate andmete hulk ja tüübid kasvavad iga päevaga plahvatuslikult.Maailm tugineb suure andmemahu kiirele edastamisele lugematutes seadmetes igas sekundis.Aastal 2020 genereeris iga inimene 1,7 MB andmemahtu sekundis.(Allikas: IBM).2020. aasta alguses hinnati globaalseks andmemahuks 44ZB (World Economic Forum).2025. aastaks peaks globaalne andmeloome ulatuma üle 175 ZB.Teisisõnu, nii suure andmehulga salvestamiseks on vaja 12,5 miljardit tänapäeva suurimat kõvaketast.(Rahvusvaheline andmekorporatsioon)
ÜRO hinnangul oli 2007. aasta esimene aasta, mil linnaelanikkond ületas maarahvastiku.See suundumus jätkub ja eeldatakse, et 2050. aastaks elab enam kui kaks kolmandikku maailma elanikkonnast linnapiirkondades.See on suurendanud survet telekommunikatsiooni- ja andmeside infrastruktuurile nendes tihedalt asustatud piirkondades.
3. Mitmepooluseline ülemaailmne kriis ja ebastabiilsus pandeemiatest poliitiliste segaduste ja konfliktideni tähendavad, et riigid soovivad üha enam arendada oma suveräänset suutlikkust, et leevendada ülemaailmse ebastabiilsuse riske.Valitsused üle maailma loodavad vähendada oma sõltuvust impordist teistest piirkondadest ning toetada kodumaiste toodete, tehnoloogiate ja infrastruktuuri arendamist.
4. Maailma püüdlustega vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid avab tehnoloogia uusi võimalusi suure süsinikuheitega reisimise minimeerimiseks.Tänapäeval peetakse koosolekuid ja konverentse tavaliselt veebis.Isegi meditsiinilisi protseduure saab teha kaugjuhtimisega, ilma et kirurgid peaksid operatsioonituppa tulema.Ainult ülikiired, usaldusväärsed ja katkematute madala latentsusajaga andmevood suudavad seda täpset toimimist saavutada.
Need makrotegurid sunnivad inimesi koguma, edastama ja töötlema üha rohkem andmeid globaalselt ning nõuavad ka suuremat kiirust ja minimaalse latentsusega edastamist.

Millist rolli võivad mängida millimeeterlained?
Millimeeterlaine spekter tagab laia pideva spektri, võimaldades suuremat andmeedastust.Praegu on enamiku traadita side jaoks kasutatavad mikrolainesagedused muutumas ülerahvastatud ja hajutatud, eriti mitme ribalaiusega, mis on pühendatud konkreetsetele osakondadele, nagu kaitse-, kosmose- ja hädaabiside.
Kui liigutate spektrit üles, on saadaolev katkematu spektriosa palju suurem ja säilitatav osa väiksem.Sagedusvahemiku suurendamine suurendab tõhusalt andmete edastamiseks kasutatava "torujuhtme" suurust, saavutades seeläbi suuremad andmevood.Kuna millimeeterlainete kanali ribalaius on palju suurem, saab andmete edastamiseks kasutada vähem keerukaid modulatsiooniskeeme, mis võib viia süsteemideni, mille latentsusaeg on palju väiksem.
Millised on väljakutsed?
Spektri täiustamisega kaasnevad sellega seotud väljakutsed.Millimeeterlainetel signaalide edastamiseks ja vastuvõtmiseks vajalikke komponente ja pooljuhte on keerulisem toota – ja saadaolevaid protsesse on vähem.Millimeeterlainekomponentide valmistamine on ka keerulisem, kuna need on palju väiksemad, mistõttu on vaja suuremat koostetolerantsi ning ühenduste ja õõnsuste hoolikat kavandamist, et vähendada kadusid ja vältida võnkumisi.
Levitamine on üks peamisi väljakutseid, millega millimeeterlainete signaalid silmitsi seisavad.Kõrgematel sagedustel blokeerivad või vähendavad signaalid tõenäolisemalt füüsilised objektid, nagu seinad, puud ja hooned.Hoonepiirkonnas tähendab see, et signaali sisemiseks levitamiseks peab millimeeterlaine vastuvõtja asuma väljaspool hoonet.Tagasiside ja satelliit-maa side jaoks on signaalide pikkade vahemaade edastamiseks vaja suuremat võimsusvõimendust.Maapinnal ei tohi punkt-punkti ühenduste vaheline kaugus ületada 1–5 kilomeetrit, mitte suurem vahemaa, mida madala sagedusega võrgud suudavad saavutada.
See tähendab, et näiteks maapiirkondades on vaja rohkem tugijaamu ja antenne, et edastada millimeeterlainete signaale pikkade vahemaade taha.Selle täiendava infrastruktuuri installimine nõuab rohkem aega ja kulusid.Viimastel aastatel on satelliidi tähtkuju kasutuselevõtt püüdnud seda probleemi lahendada ja need satelliidikonstellatsioonid võtavad taas kord oma arhitektuuri tuumaks millimeeterlaineid.
Kus on millimeeterlainete jaoks parim paigutus?
Millimeeterlainete lühike levimiskaugus muudab need väga sobivaks kasutamiseks tihedalt asustatud ja suure andmeliiklusega linnapiirkondades.Traadita võrkude alternatiiviks on fiiberoptilised võrgud.Linnapiirkondades on teede kaevamine uute optiliste kiudude paigaldamiseks äärmiselt kulukas, hävitav ja aeganõudev.Vastupidi, millimeeterlaineühendusi saab tõhusalt luua minimaalsete katkestuskuludega mõne päeva jooksul.
Millimeeterlaine signaalidega saavutatav andmeedastuskiirus on võrreldav optiliste kiudude omaga, pakkudes samas väiksemat latentsust.Kui vajate väga kiiret infovoogu ja minimaalset latentsust, on juhtmevabad lingid esimene valik – seepärast kasutatakse neid börsidel, kus millisekundite latentsus võib olla kriitiline.
Maapiirkondades on fiiberoptiliste kaablite paigaldamise kulud sageli liiga suured, kuna see on vahemaa.Nagu eespool mainitud, nõuavad millimeeterlainetornide võrgud ka olulisi infrastruktuuriinvesteeringuid.Siin esitatud lahendus seisneb madala maa orbiidi (LEO) satelliitide või suure kõrgusega pseudosatelliitide (HAPS) kasutamises andmete ühendamiseks kaugemate piirkondadega.LEO- ja HAPS-võrgud tähendavad, et pole vaja paigaldada fiiberoptikat ega ehitada lühikese vahemaa punkt-punkti traadita võrke, tagades samas suurepärase andmeedastuskiiruse.Satelliitside on juba kasutanud millimeeterlaine signaale, tavaliselt spektri madalas otsas – Ka sagedusribas (27-31GHz).Ruumi on laienemiseks kõrgematele sagedustele, näiteks Q/V ja E sagedusaladele, eriti andmete maapinnale tagastamise jaam.
Telekommunikatsiooni tagastusturg on mikrolaineahjudelt millimeeterlaine sagedustele üleminekul juhtpositsioonil.Selle põhjuseks on tarbijaseadmete (pihuseadmed, sülearvutid ja asjade internet (IoT)) suurenemine viimase kümnendi jooksul, mis on suurendanud nõudlust rohkemate ja kiiremate andmete järele.
Nüüd loodavad satelliidioperaatorid võtta eeskuju telekommunikatsioonifirmadest ja laiendada millimeeterlainete kasutamist LEO- ja HAPS-süsteemides.Varem olid traditsioonilised geostatsionaarse ekvatoriaalse orbiidi (GEO) ja keskmise maa orbiidi (MEO) satelliidid Maast liiga kaugel, et luua tarbijate sideühendusi millimeeterlaine sagedustel.Kuid LEO satelliitide laienemine võimaldab nüüd luua millimeeterlaineühendusi ja luua ülemaailmselt vajalikke suure võimsusega võrke.
Ka teistel tööstusharudel on suur potentsiaal millimeeterlainetehnoloogia kasutamiseks.Autotööstuses vajavad autonoomsed sõidukid ohutuks tööks pidevaid kiireid ühendusi ja väikese latentsusega andmevõrke.Meditsiinivaldkonnas on vaja ülikiireid ja usaldusväärseid andmevooge, et võimaldada kaugjuhtimisega kirurgidel teostada täpseid meditsiinilisi protseduure.
Kümme aastat millimeetrilainete innovatsiooni
Filtronic on juhtiv millimeeterlainete sidetehnoloogia ekspert Ühendkuningriigis.Oleme üks vähestest Ühendkuningriigi ettevõtetest, kes suudab suures mahus kavandada ja toota täiustatud millimeeterlainete sidekomponente.Meil on sisemised raadiosagedusinsenerid (sealhulgas millimeeterlaine eksperdid), kes on vajalikud uute millimeeterlainetehnoloogiate ideede väljatöötamiseks, kavandamiseks ja arendamiseks.
Viimase kümnendi jooksul oleme teinud koostööd juhtivate mobiilsideettevõtetega, et arendada mikrolaine- ja millimeeterlainetransiivereid, võimsusvõimendeid ja alamsüsteeme tagasiühendusvõrkude jaoks.Meie uusim toode töötab E-ribal, mis pakub potentsiaalset lahendust ülisuure võimsusega feederlinkidele satelliitsides.Viimase kümnendi jooksul on seda järk-järgult kohandatud ja täiustatud, vähendades kaalu ja kulusid, parandades jõudlust ja täiustades tootmisprotsesse, et suurendada tootmist.Satelliidiettevõtted saavad nüüd vältida aastatepikkust sisetestimist ja arendust, võttes kasutusele selle tõestatud kosmose kasutuselevõtu tehnoloogia.
Oleme pühendunud innovatsiooni esirinnas, luues sisemiselt tehnoloogiat ja arendades ühiselt sisemisi masstootmisprotsesse.Oleme alati innovatsioonituru eesotsas tagamaks, et meie tehnoloogia on kasutuselevõtuks valmis, kuna reguleerivad asutused avavad uusi sagedusalasid.
Arendame juba W-riba ja D-riba tehnoloogiaid, et tulla toime ummikute ja suurema andmeliiklusega E-ribas lähiaastatel.Teeme koostööd tööstusklientidega, et aidata neil uute sagedusalade avamisel marginaalse tulu kaudu konkurentsieelist luua.
Mis on millimeeterlainete järgmine samm?
Andmete kasutusmäär areneb ainult ühes suunas, samuti paraneb pidevalt andmetele tuginev tehnoloogia.Liitreaalsus on saabunud ja asjade Interneti-seadmed on muutumas üldlevinud.Lisaks kodumaistele rakendustele on kõik alates suurtest tööstusprotsessidest kuni nafta- ja gaasiväljade ning tuumaelektrijaamadeni nihkumas kaugseireks asjade Interneti-tehnoloogia poole – see vähendab vajadust käsitsi sekkumise järele nende keeruliste rajatiste käitamisel.Nende ja teiste tehnoloogiliste edusammude edu sõltub neid toetavate andmevõrkude töökindlusest, kiirusest ja kvaliteedist – millimeeterlained tagavad vajaliku võimsuse.
Millimeeterlained ei ole traadita side valdkonnas vähendanud alla 6 GHz sageduste tähtsust.Vastupidi, see on spektri oluline täiendus, mis võimaldab edukalt tarnida erinevaid rakendusi, eriti neid, mis nõuavad suuri andmepakette, madalat latentsust ja suuremat ühenduse tihedust.

Juhtum millimeeterlainete kasutamine uute andmetega seotud tehnoloogiate ootuste ja võimaluste saavutamiseks on veenev.Kuid on ka väljakutseid.
Reguleerimine on väljakutse.Kõrgema millimeetri laine sagedusriba on võimatu siseneda enne, kui reguleerivad asutused väljastavad konkreetsete rakenduste jaoks litsentse.Sellegipoolest tähendab nõudluse prognoositav eksponentsiaalne kasv, et regulaatorid avaldavad üha suuremat survet vabastada rohkem spektrit, et vältida ummikuid ja häireid.Spektri jagamine passiivsete rakenduste ja aktiivsete rakenduste, nagu meteoroloogilised satelliidid, vahel nõuab ka olulisi arutelusid kaubanduslike rakenduste üle, mis võimaldab laiemaid sagedusribasid ja pidevamat spektrit ilma Aasia Vaikse ookeani Hz sagedusele liikumata.
Uue ribalaiuse pakutavate võimaluste ärakasutamisel on oluline omada sobivaid tehnoloogiaid kõrgema sagedusega side edendamiseks.Seetõttu arendab Filtronic tuleviku jaoks W- ja D-riba tehnoloogiaid.See on ka põhjus, miks teeme koostööd ülikoolide, valitsuste ja tööstusharudega, et edendada oskuste ja teadmiste arendamist valdkondades, mis on vajalikud tulevaste traadita tehnoloogia vajaduste rahuldamiseks.Kui Ühendkuningriik soovib võtta juhtrolli tulevaste ülemaailmsete andmesidevõrkude arendamisel, peab ta suunama valitsuse investeeringud raadiosagedustehnoloogia õigetesse valdkondadesse.
Akadeemiliste ringkondade, valitsuse ja tööstuse partnerina mängib Filtronic juhtivat rolli arenenud sidetehnoloogiate arendamisel, mis peavad pakkuma uusi funktsioone ja võimalusi maailmas, kus andmeid on üha enam vaja.