Millimetriaaltoviestintä

Millimetrin aalto(mmWave) on sähkömagneettinen spektrikaista, jonka aallonpituus on 10 mm (30 GHz) ja 1 mm (300 GHz).Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU) kutsuu sitä erittäin korkean taajuuden (EHF) kaistaksi.Millimetriaallot sijaitsevat spektrin mikroaalto- ja infrapuna-aaltojen välissä, ja niitä voidaan käyttää erilaisiin nopeisiin langattomiin tietoliikennesovelluksiin, kuten pisteestä pisteeseen backhaul-linkeissä.
Makrotrendit kiihdyttävät datan kasvua
Datan ja yhteyksien maailmanlaajuisen kasvavan kysynnän myötä langattomassa viestinnässä tällä hetkellä käytetyt taajuuskaistat ovat tulleet yhä ruuhkaisemmiksi, mikä lisää kysyntää saada käyttöön suurempi taajuuskaistanleveys millimetriaaltospektrin sisällä.Monet makrotrendit ovat kiihdyttäneet suuremman datakapasiteetin ja -nopeuden kysyntää.
1. Big datan tuottaman ja käsittelemän tiedon määrä ja tyypit kasvavat eksponentiaalisesti joka päivä.Maailma luottaa suurien tietomäärien nopeaan siirtoon lukemattomilla laitteilla joka sekunti.Vuonna 2020 jokainen henkilö tuotti 1,7 Mt dataa sekunnissa.(Lähde: IBM).Vuoden 2020 alussa globaalin datavolyymin arvioitiin olevan 44ZB (World Economic Forum).Vuoteen 2025 mennessä maailmanlaajuisen datan luomisen odotetaan ylittävän 175 ZB.Toisin sanoen näin suuren tietomäärän tallentaminen vaatii 12,5 miljardia nykypäivän suurimpia kiintolevyjä.(International Data Corporation)
YK:n arvioiden mukaan vuosi 2007 oli ensimmäinen vuosi, jolloin kaupunkiväestö ylitti maaseutuväestön.Tämä suuntaus jatkuu edelleen, ja vuoteen 2050 mennessä yli kaksi kolmasosaa maailman väestöstä asuu kaupunkialueilla.Tämä on lisännyt painetta tietoliikenne- ja datainfrastruktuuriin näillä tiheästi asutuilla alueilla.
3. Moninapainen maailmanlaajuinen kriisi ja epävakaus pandemioista poliittisiin myllerryksiin ja konflikteihin merkitsevät sitä, että maat ovat yhä innokkaampia kehittämään suvereenia kykyään lieventää maailmanlaajuisen epävakauden riskejä.Hallitukset ympäri maailmaa toivovat vähentävänsä riippuvuuttaan muiden alueiden tuonnista ja tukevansa kotimaisten tuotteiden, teknologioiden ja infrastruktuurin kehittämistä.
4. Maailman ponnistelujen myötä hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi teknologia avaa uusia mahdollisuuksia hiilidioksidipäästöjen minimoimiseksi.Nykyään kokoukset ja konferenssit pidetään yleensä verkossa.Myös lääketieteelliset toimenpiteet voidaan suorittaa etänä ilman, että kirurgit tarvitsevat tulla leikkaussaliin.Vain erittäin nopeat, luotettavat ja keskeytyksettä alhaisen latenssin datavirrat voivat saavuttaa tämän tarkan toiminnan.
Nämä makrotekijät saavat ihmiset keräämään, lähettämään ja käsittelemään yhä enemmän dataa maailmanlaajuisesti ja vaativat myös suuremman nopeuden ja minimaalisen viiveen.

Mikä rooli millimetriaaloilla voi olla?
Millimetriaaltospektri tarjoaa laajan jatkuvan spektrin, mikä mahdollistaa suuremman tiedonsiirron.Tällä hetkellä useimmissa langattomassa viestinnässä käytetyt mikroaaltouunien taajuudet ovat ruuhkautumassa ja hajallaan, erityisesti useilla kaistanleveyksillä, jotka on omistettu tietyille osastoille, kuten puolustus-, ilmailu- ja hätäviestintään.
Kun siirrät spektriä ylöspäin, käytettävissä oleva keskeytymätön spektriosa on paljon suurempi ja säilytetty osuus on pienempi.Taajuusalueen kasvattaminen suurentaa tehokkaasti datan siirtämiseen käytettävän "putken" kokoa, jolloin saadaan aikaan suurempia tietovirtoja.Millimetriaaltojen paljon suuremman kanavan kaistanleveyden vuoksi datan lähettämiseen voidaan käyttää vähemmän monimutkaisia ​​modulaatiomenetelmiä, mikä voi johtaa järjestelmiin, joiden latenssi on paljon pienempi.
Mitkä ovat haasteet?
Taajuuksien parantamiseen liittyy haasteita.Signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen millimetriaaltoina tarvittavat komponentit ja puolijohteet ovat vaikeampia valmistaa – ja käytettävissä on vähemmän prosesseja.Millimetriaaltokomponenttien valmistaminen on myös vaikeampaa, koska ne ovat paljon pienempiä ja vaativat suurempia kokoonpanotoleransseja sekä liitäntöjen ja onteloiden huolellista suunnittelua häviöiden vähentämiseksi ja värähtelyjen välttämiseksi.
Levitys on yksi millimetriaaltosignaalien suurimmista haasteista.Korkeammilla taajuuksilla fyysiset esineet, kuten seinät, puut ja rakennukset, estävät tai heikentävät signaalit todennäköisemmin.Rakennusalueella tämä tarkoittaa, että millimetriaaltovastaanotin on sijoitettava rakennuksen ulkopuolelle signaalin levittämiseksi sisäisesti.Backhaul- ja satelliitti-maa-viestinnässä tarvitaan suurempaa tehonvahvistusta signaalien lähettämiseksi pitkiä matkoja.Maan päällä pisteen välisten linkkien välinen etäisyys ei saa ylittää 1–5 kilometriä sen suuremman etäisyyden sijaan, jonka matalataajuuksiset verkot voivat saavuttaa.
Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi maaseudulla tarvitaan lisää tukiasemia ja antenneja välittämään millimetriaaltosignaaleja pitkiä matkoja.Tämän lisäinfrastruktuurin asentaminen vaatii enemmän aikaa ja kustannuksia.Viime vuosina satelliittikonstellaatioiden käyttöönotto on yrittänyt ratkaista tätä ongelmaa, ja nämä satelliittikonstellaatiot ottavat jälleen millimetriaallon arkkitehtuurinsa ytimenä.
Missä on paras käyttöönotto millimetriaalloille?
Millimetriaaltojen lyhyt etenemisetäisyys tekee niistä erittäin sopivia käytettäväksi tiheästi asutuilla kaupunkialueilla, joilla on paljon dataliikennettä.Vaihtoehto langattomille verkoille on valokuituverkot.Kaupunkialueilla teiden kaivaminen uusien valokuitujen asentamiseksi on erittäin kallista, tuhoisaa ja aikaa vievää.Päinvastoin, millimetriaaltoyhteydet voidaan muodostaa tehokkaasti pienin keskeytyskustannuksin muutamassa päivässä.
Millimetriaaltosignaaleilla saavutettu tiedonsiirtonopeus on verrattavissa optisten kuitujen datanopeuteen, samalla kun se tarjoaa pienemmän latenssin.Kun tarvitset erittäin nopeaa tiedonkulkua ja minimaalista latenssia, langattomat linkit ovat ensimmäinen valinta – siksi niitä käytetään pörssissä, joissa millisekunnin latenssi voi olla kriittinen.
Maaseudulla valokuitukaapeleiden asennuskustannukset ovat usein kohtuuttomat etäisyyden vuoksi.Kuten edellä mainittiin, millimetriaaltotorniverkot vaativat myös merkittäviä infrastruktuuri-investointeja.Tässä esitetty ratkaisu on käyttää matalan maan kiertoradan (LEO) satelliitteja tai korkean korkeuden pseudosatelliitteja (HAPS) tiedon yhdistämiseen syrjäisille alueille.LEO- ja HAPS-verkot tarkoittavat, että ei tarvitse asentaa kuituoptiikkaa tai rakentaa lyhyen matkan point-to-point langattomia verkkoja, mutta tarjoaa silti erinomaiset tiedonsiirtonopeudet.Satelliittiviestinnässä on jo käytetty millimetriaaltosignaaleja, yleensä spektrin alimmalla päästä – Ka-taajuuskaistalla (27-31GHz).Laajentumiselle on tilaa korkeammille taajuuksille, kuten Q/V- ja E-taajuuskaistoille, erityisesti tiedon palautusasemalle maahan.
Tietoliikenteen palautusmarkkinat ovat johtavassa asemassa siirtymisessä mikroaaltotaajuuksista millimetriaaltotaajuuksiin.Tämä johtuu kuluttajien laitteiden (kämmentietokoneet, kannettavat tietokoneet ja esineiden internet (IoT)) lisääntymisestä viimeisen vuosikymmenen aikana, mikä on kiihdyttänyt entistä suuremman ja nopeamman tiedon kysyntää.
Nyt satelliittioperaattorit toivovat voivansa seurata teleyritysten esimerkkiä ja laajentaa millimetriaaltojen käyttöä LEO- ja HAPS-järjestelmissä.Aiemmin perinteiset geostationaariset ekvatoriaaliset satelliitit (GEO) ja keskipitkän maapallon kiertoradat (MEO) olivat liian kaukana Maasta muodostaakseen kuluttajaviestintäyhteyksiä millimetriaaltotaajuuksilla.LEO-satelliittien laajeneminen mahdollistaa nyt kuitenkin millimetriaaltoyhteyksien muodostamisen ja globaalisti tarvittavien suurten verkkojen luomisen.
Myös muilla teollisuudenaloilla on suuret mahdollisuudet hyödyntää millimetriaaltoteknologiaa.Autoteollisuudessa autonomiset ajoneuvot vaativat jatkuvia nopeita yhteyksiä ja matalan latenssin tietoverkkoja toimiakseen turvallisesti.Lääketieteen alalla tarvitaan erittäin nopeita ja luotettavia tietovirtoja, jotta etäpaikalla sijaitsevat kirurgit voivat suorittaa tarkkoja lääketieteellisiä toimenpiteitä.
Kymmenen vuotta millimetriaaltoinnovaatiota
Filtronic on johtava millimetriaaltoviestintätekniikan asiantuntija Isossa-Britanniassa.Olemme yksi harvoista yrityksistä Isossa-Britanniassa, joka pystyy suunnittelemaan ja valmistamaan edistyneitä millimetriaaltoviestintäkomponentteja suuressa mittakaavassa.Meillä on sisäisiä RF-insinöörejä (mukaan lukien millimetriaaltoasiantuntijat), joita tarvitaan uusien millimetriaaltotekniikoiden suunnitteluun, suunnitteluun ja kehittämiseen.
Viimeisen vuosikymmenen aikana olemme tehneet yhteistyötä johtavien matkaviestintäyritysten kanssa kehittääksemme sarjan mikroaalto- ja millimetriaaltolähetin-vastaanottimia, tehovahvistimia ja alijärjestelmiä backhaul-verkkoihin.Uusin tuotteemme toimii E-kaistalla, joka tarjoaa potentiaalisen ratkaisun erittäin suurikapasiteettisiin syöttölinkkeihin satelliittiviestinnässä.Viimeisen vuosikymmenen aikana sitä on vähitellen mukautettu ja parannettu vähentäen painoa ja kustannuksia, parantamalla suorituskykyä ja parantamalla valmistusprosesseja tuotannon lisäämiseksi.Satelliittiyritykset voivat nyt välttää vuosien sisäisen testauksen ja kehityksen ottamalla käyttöön tämän todistetun avaruusteknologian.
Olemme sitoutuneet innovaatioiden eturintamaan luomalla teknologiaa sisäisesti ja kehittämällä yhdessä sisäisiä massavalmistusprosesseja.Olemme aina innovaatiomarkkinoiden edelläkävijöitä varmistaaksemme, että teknologiamme on valmis käyttöön, kun sääntelyvirastot avaavat uusia taajuuskaistoja.
Kehitämme jo W- ja D-kaistateknologioita selviytyäksemme ruuhkasta ja lisääntyvästä dataliikenteestä E-kaistalla tulevina vuosina.Työskentelemme alan asiakkaiden kanssa auttaaksemme heitä rakentamaan kilpailuetua rajatuottojen kautta, kun uusia taajuuskaistoja avataan.
Mikä on seuraava askel millimetriaaltoille?
Datan käyttöaste kehittyy vain yhteen suuntaan, ja myös dataan perustuva tekniikka kehittyy jatkuvasti.Lisätty todellisuus on saapunut, ja IoT-laitteet yleistyvät kaikkialla.Kotimaisten sovellusten lisäksi kaikki suurista teollisista prosesseista öljy- ja kaasukentille ja ydinvoimaloihin on siirtymässä kohti IoT-teknologiaa etävalvontaan, mikä vähentää manuaalisten toimenpiteiden tarvetta näiden monimutkaisten laitosten käytössä.Näiden ja muiden teknologisten edistysaskelten menestys riippuu niitä tukevien tietoverkkojen luotettavuudesta, nopeudesta ja laadusta – ja millimetriaallot tarjoavat tarvittavan kapasiteetin.
Millimetriaallot eivät ole vähentäneet alle 6 GHz:n taajuuksien merkitystä langattoman viestinnän alalla.Päinvastoin, se on tärkeä täydennys taajuudelle, mikä mahdollistaa eri sovellusten onnistuneen toimituksen, erityisesti ne, jotka vaativat suuria datapaketteja, pientä latenssia ja suurempaa yhteystiheyttä.

Tapaus käyttää millimetriaaltoja uusien dataan liittyvien teknologioiden odotusten ja mahdollisuuksien saavuttamiseksi on vakuuttava.Mutta on myös haasteita.
Sääntely on haaste.On mahdotonta päästä korkeammalle millimetriaaltotaajuuskaistalle ennen kuin sääntelyviranomaiset myöntävät lupia tiettyihin sovelluksiin.Siitä huolimatta kysynnän ennustettu eksponentiaalinen kasvu tarkoittaa, että sääntelijöillä on yhä enemmän paineita vapauttaa enemmän taajuuksia ruuhkien ja häiriöiden välttämiseksi.Taajuuksien jakaminen passiivisten sovellusten ja aktiivisten sovellusten, kuten meteorologisten satelliittien, välillä edellyttää myös tärkeitä keskusteluja kaupallisista sovelluksista, jotka mahdollistavat laajemmat taajuuskaistat ja jatkuvamman spektrin siirtymättä Aasian ja Tyynenmeren Hz-taajuudelle.
Uuden kaistanleveyden tarjoamia mahdollisuuksia hyödynnettäessä on tärkeää, että käytössä on sopivat tekniikat korkeataajuisen viestinnän edistämiseksi.Siksi Filtronic kehittää W- ja D-kaistateknologioita tulevaisuutta varten.Tämän vuoksi teemme myös yhteistyötä yliopistojen, hallitusten ja teollisuuden kanssa edistääksemme taitojen ja tietämyksen kehittämistä aloilla, joita tarvitaan vastaamaan tulevaisuuden langattoman teknologian tarpeisiin.Jos Iso-Britannia aikoo ottaa johtavan aseman tulevien maailmanlaajuisten tietoliikenneverkkojen kehittämisessä, sen on kanavoitava valtion investoinnit oikeille RF-teknologian alueille.
Filtronicilla on korkeakoulujen, hallinnon ja teollisuuden kumppanina johtava rooli kehittyneiden viestintätekniikoiden kehittämisessä, joiden on tarjottava uusia toimintoja ja mahdollisuuksia maailmassa, jossa dataa tarvitaan yhä enemmän.