Milimetarski talas(mmWave) je opseg elektromagnetnog spektra sa talasnom dužinom između 10 mm (30 GHz) i 1 mm (300 GHz).Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU) naziva ga ekstremno visokim frekvencijskim (EHF) opsegom.Milimetarski talasi se nalaze između mikrotalasnih i infracrvenih talasa u spektru i mogu se koristiti za različite aplikacije velike brzine bežične komunikacije, kao što su veze od tačke do tačke.
Makro trendovi ubrzavaju rast podataka
Sa sve većom globalnom potražnjom za podacima i vezom, frekventni opsezi koji se trenutno koriste za bežičnu komunikaciju postali su sve prenatrpaniji, što je dovelo do potražnje za pristupom širini frekvencijskog opsega unutar milimetarskog talasnog spektra.Mnogi makro trendovi su ubrzali potražnju za većim kapacitetom i brzinom podataka.
1. Količina i vrste podataka koje generiraju i obrađuju veliki podaci svakim danom eksponencijalno rastu.Svijet se oslanja na brzi prijenos velikih količina podataka na bezbroj uređaja svake sekunde.U 2020. svaka osoba je generirala 1,7 MB podataka u sekundi.(Izvor: IBM).Početkom 2020. godine globalni obim podataka procijenjen je na 44ZB (Svjetski ekonomski forum).Očekuje se da će do 2025. globalno kreiranje podataka dostići preko 175 ZB.Drugim riječima, za skladištenje tako velike količine podataka potrebno je 12,5 milijardi današnjih najvećih tvrdih diskova.(International Data Corporation)
Prema procjenama Ujedinjenih nacija, 2007. je bila prva godina u kojoj je gradsko stanovništvo premašilo ruralno.Ovaj trend i dalje traje, a očekuje se da će do 2050. godine više od dvije trećine svjetske populacije živjeti u urbanim područjima.To je dovelo do povećanog pritiska na telekomunikacije i infrastrukturu podataka u ovim gusto naseljenim područjima.
3. Multipolarna globalna kriza i nestabilnost, od pandemija do političkih previranja i sukoba, znače da su zemlje sve više željne da razviju svoje suverene sposobnosti kako bi ublažile rizike globalne nestabilnosti.Vlade širom svijeta nadaju se da će smanjiti svoju ovisnost o uvozu iz drugih regija i podržati razvoj domaćih proizvoda, tehnologija i infrastrukture.
4. Sa svjetskim naporima da se smanji emisija ugljika, tehnologija otvara nove mogućnosti za minimiziranje putovanja s visokim sadržajem ugljika.Danas se sastanci i konferencije obično održavaju online.Čak se i medicinski zahvati mogu izvoditi na daljinu bez potrebe da hirurzi dolaze u operacijsku salu.Samo ultra brzi, pouzdani i neprekinuti tokovi podataka niske latencije mogu postići ovu preciznu operaciju.
Ovi makro faktori podstiču ljude da prikupljaju, prenose i obrađuju sve više podataka na globalnom nivou, a takođe zahtevaju prenos većim brzinama i sa minimalnim kašnjenjem.
Kakvu ulogu mogu imati milimetarski talasi?
Millimetarski talasni spektar pruža širok kontinuirani spektar, omogućavajući veći prenos podataka.Trenutno, mikrotalasne frekvencije koje se koriste za većinu bežičnih komunikacija postaju prenatrpane i raspršene, posebno sa nekoliko propusnih opsega namenjenih određenim odeljenjima kao što su odbrana, vazduhoplovstvo i komunikacija u hitnim slučajevima.
Kada pomjerite spektar prema gore, raspoloživi neprekinuti dio spektra će biti mnogo veći, a zadržani dio će biti manji.Povećanje frekventnog opsega efektivno povećava veličinu "cevovoda" koji se može koristiti za prenos podataka, čime se postižu veći tokovi podataka.Zbog mnogo veće širine kanala milimetarskih talasa, manje složene modulacione šeme se mogu koristiti za prenos podataka, što može dovesti do sistema sa mnogo manjom latencijom.
Koji su izazovi?
Postoje povezani izazovi u poboljšanju spektra.Komponente i poluvodiče potrebne za prijenos i primanje signala na milimetarskim valovima teže je proizvesti – i manje je dostupnih procesa.Proizvodnja komponenti milimetarskog talasa je takođe teža jer su mnogo manje, zahtevaju veće tolerancije montaže i pažljiv dizajn međuspojeva i šupljina kako bi se smanjili gubici i izbegle oscilacije.
Propagacija je jedan od glavnih izazova sa kojima se suočavaju signali milimetarskih talasa.Na višim frekvencijama, vjerojatnije je da će signali biti blokirani ili smanjeni fizičkim objektima kao što su zidovi, drveće i zgrade.U zoni zgrade, to znači da prijemnik milimetarskog talasa mora biti lociran izvan zgrade kako bi se signal širio unutra.Za backhaul i satelitsku komunikaciju sa zemljom, potrebno je veće pojačanje snage za prijenos signala na velike udaljenosti.Na tlu, udaljenost između linkova od tačke do tačke ne može biti veća od 1 do 5 kilometara, umjesto veće udaljenosti koju niskofrekventne mreže mogu postići.
To znači, na primjer, u ruralnim područjima, potrebno je više baznih stanica i antena za prijenos signala milimetarskih valova na velike udaljenosti.Instalacija ove dodatne infrastrukture zahtijeva više vremena i troškova.Posljednjih godina uvođenjem satelitske konstelacije pokušava se riješiti ovaj problem, a ove satelitske konstelacije ponovo uzimaju milimetarski talas kao jezgro svoje arhitekture.
Gdje je najbolja primjena milimetarskih valova?
Mala udaljenost prostiranja milimetarskih talasa čini ih veoma pogodnim za primenu u gusto naseljenim urbanim područjima sa velikim prometom podataka.Alternativa bežičnim mrežama su optičke mreže.U urbanim sredinama, iskopavanje puteva za postavljanje novih optičkih vlakana je izuzetno skupo, destruktivno i dugotrajno.Naprotiv, veze milimetarskog talasa mogu se efikasno uspostaviti uz minimalne troškove prekida u roku od nekoliko dana.
Brzina podataka postignuta signalima milimetarskog talasa je uporediva sa brzinom optičkih vlakana, uz manju latenciju.Kada vam je potreban veoma brz protok informacija i minimalno kašnjenje, bežične veze su prvi izbor – zato se koriste na berzama gde kašnjenje u milisekundi može biti kritično.
U ruralnim područjima, troškovi instaliranja optičkih kablova su često previsoki zbog udaljenosti.Kao što je već spomenuto, mreže tornjeva milimetarskog talasa također zahtijevaju značajna ulaganja u infrastrukturu.Ovdje predstavljeno rješenje je korištenje satelita niske Zemljine orbite (LEO) ili pseudo satelita na velikim visinama (HAPS) za povezivanje podataka sa udaljenim područjima.LEO i HAPS mreže znače da nema potrebe za instalacijom optičkih vlakana ili izgradnjom bežičnih mreža na kratkim udaljenostima od tačke do tačke, dok i dalje pružaju odlične brzine prenosa podataka.Satelitska komunikacija je već koristila signale milimetarskih talasa, obično u donjem kraju spektra – Ka frekvencijski pojas (27-31GHz).Postoji prostor za proširenje na više frekvencije, kao što su Q/V i E frekvencijski opsezi, posebno povratna stanica za podatke na zemlju.
Tržište povrata telekomunikacija je na vodećoj poziciji u prelasku sa mikrovalnih na frekvencije milimetarskih valova.Ovo je potaknuto porastom potrošačkih uređaja (ručnih uređaja, laptopa i Interneta stvari (IoT)) u protekloj deceniji, što je ubrzalo potražnju za više i bržih podataka.
Sada se satelitski operateri nadaju da će slijediti primjer telekomunikacionih kompanija i proširiti upotrebu milimetarskih talasa u LEO i HAPS sistemima.Ranije su tradicionalna geostacionarna ekvatorijalna orbita (GEO) i srednja Zemljina orbita (MEO) sateliti bili previše udaljeni od Zemlje da bi uspostavili potrošačke komunikacijske veze na frekvencijama milimetarskih valova.Međutim, proširenje LEO satelita sada omogućava uspostavljanje veza milimetarskog talasa i stvaranje mreža visokog kapaciteta koje su potrebne globalno.
Druge industrije također imaju veliki potencijal za korištenje tehnologije milimetarskih valova.U automobilskoj industriji, autonomna vozila zahtijevaju kontinuirane veze velike brzine i mreže podataka s malim kašnjenjem kako bi bezbedno radile.U medicinskom polju biće potrebni ultra brzi i pouzdani tokovi podataka kako bi se hirurzima koji se nalaze na daljinu omogućili da izvrše precizne medicinske procedure.
Deset godina inovacija milimetarskih talasa
Filtronic je vodeći stručnjak za komunikacijsku tehnologiju milimetarskih valova u Velikoj Britaniji.Mi smo jedna od rijetkih kompanija u Velikoj Britaniji koja može dizajnirati i proizvoditi napredne komunikacijske komponente milimetarskog talasa u velikom obimu.Imamo interne RF inženjere (uključujući stručnjake za milimetarske talase) potrebne za konceptualizaciju, dizajn i razvoj novih tehnologija milimetarskih talasa.
U protekloj deceniji, sarađivali smo sa vodećim kompanijama za mobilne telekomunikacije na razvoju serije mikrotalasnih i milimetarskih primopredajnika, pojačala snage i podsistema za backhaul mreže.Naš najnoviji proizvod radi u E-pojasu, što predstavlja potencijalno rješenje za fider veze ultra visokog kapaciteta u satelitskoj komunikaciji.Tokom protekle decenije, postepeno se prilagođavao i poboljšavao, smanjujući težinu i troškove, poboljšavajući performanse i poboljšavajući proizvodne procese kako bi se povećala proizvodnja.Satelitske kompanije sada mogu izbjeći godine internog testiranja i razvoja usvajanjem ove dokazane tehnologije raspoređivanja svemira.
Predani smo na čelu inovacija, interno kreirajući tehnologiju i zajednički razvijajući interne procese masovne proizvodnje.Uvijek vodimo tržište u inovacijama kako bismo osigurali da je naša tehnologija spremna za primjenu dok regulatorne agencije otvaraju nove frekvencijske opsege.
Već razvijamo W-band i D-band tehnologije kako bismo se izborili sa zagušenošću i većim prometom podataka u E-opsegu u narednim godinama.Radimo s kupcima iz industrije kako bismo im pomogli da izgrade konkurentsku prednost kroz marginalni prihod kada se otvore novi frekvencijski pojasevi.
Koji je sljedeći korak za milimetarske valove?
Stopa iskorištenosti podataka će se razvijati samo u jednom smjeru, a tehnologija koja se oslanja na podatke također se stalno poboljšava.Proširena stvarnost je stigla, a IoT uređaji postaju sveprisutni.Pored domaćih aplikacija, sve od velikih industrijskih procesa do naftnih i plinskih polja i nuklearnih elektrana prebacuje se na IoT tehnologiju za daljinski nadzor – smanjujući potrebu za ručnom intervencijom prilikom upravljanja ovim složenim objektima.Uspjeh ovih i drugih tehnoloških napretka ovisit će o pouzdanosti, brzini i kvaliteti mreža podataka koje ih podržavaju – a milimetarski valovi obezbjeđuju potreban kapacitet.
Milimetarski talasi nisu umanjili važnost frekvencija ispod 6GHz u oblasti bežične komunikacije.Naprotiv, to je važan dodatak spektru, omogućavajući uspješno isporuku različitih aplikacija, posebno onih koje zahtijevaju velike pakete podataka, nisko kašnjenje i veću gustinu veze.
Slučaj korištenja milimetarskih valova za postizanje očekivanja i mogućnosti novih tehnologija vezanih za podatke je uvjerljiv.Ali postoje i izazovi.
Regulacija je izazov.Nemoguće je ući u frekvencijski opseg većeg milimetarskog talasa dok regulatorna tijela ne izdaju dozvole za određene primjene.Ipak, predviđeni eksponencijalni rast potražnje znači da su regulatori pod sve većim pritiskom da oslobode više spektra kako bi izbjegli zagušenje i smetnje.Dijeljenje spektra između pasivnih aplikacija i aktivnih aplikacija kao što su meteorološki sateliti također zahtijeva važne rasprave o komercijalnim primjenama, koje će omogućiti šire frekventne opsege i kontinuiraniji spektar bez prelaska na azijsko-pacifičku Hz frekvenciju.
Kada se iskorištavaju mogućnosti koje pruža nova širina pojasa, važno je imati odgovarajuće tehnologije za promoviranje komunikacije viših frekvencija.Zato Filtronic razvija W-band i D-band tehnologije za budućnost.To je i razlog zašto sarađujemo sa univerzitetima, vladama i industrijama kako bismo promovirali razvoj vještina i znanja u oblastima potrebnim za ispunjavanje budućih potreba bežične tehnologije.Ako Ujedinjeno Kraljevstvo želi preuzeti vodstvo u razvoju budućih globalnih mreža za komunikaciju podataka, potrebno je usmjeriti vladina ulaganja u prava područja RF tehnologije.
Kao partner u akademskoj zajednici, vladi i industriji, Filtronic igra vodeću ulogu u razvoju naprednih komunikacijskih tehnologija koje trebaju pružiti nove funkcionalnosti i mogućnosti u svijetu u kojem su podaci sve potrebniji.
Vrijeme objave: Apr-27-2023
