Κύμα χιλιοστού(mmWave) είναι η ζώνη ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με μήκος κύματος μεταξύ 10mm (30 GHz) και 1mm (300 GHz).Αναφέρεται ως η ζώνη εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (EHF) από τη Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU).Τα κύματα χιλιοστών βρίσκονται μεταξύ των κυμάτων μικροκυμάτων και των υπέρυθρων κυμάτων στο φάσμα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες εφαρμογές ασύρματης επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας, όπως συνδέσεις backhaul από σημείο σε σημείο.
Οι μακροοικονομικές τάσεις επιταχύνουν την ανάπτυξη δεδομένων
Με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για δεδομένα και συνδεσιμότητα, οι ζώνες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για ασύρματη επικοινωνία γίνονται όλο και πιο γεμάτες, οδηγώντας τη ζήτηση για πρόσβαση σε υψηλότερο εύρος ζώνης συχνοτήτων εντός του φάσματος κυμάτων χιλιοστών.Πολλές μακροοικονομικές τάσεις έχουν επιταχύνει τη ζήτηση για μεγαλύτερη χωρητικότητα και ταχύτητα δεδομένων.
1. Η ποσότητα και οι τύποι δεδομένων που παράγονται και επεξεργάζονται από μεγάλα δεδομένα αυξάνονται εκθετικά κάθε μέρα.Ο κόσμος βασίζεται στη μετάδοση υψηλής ταχύτητας μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων σε αμέτρητες συσκευές κάθε δευτερόλεπτο.Το 2020, κάθε άτομο παρήγαγε 1,7 MB δεδομένων ανά δευτερόλεπτο.(Πηγή: IBM).Στις αρχές του 2020, ο παγκόσμιος όγκος δεδομένων υπολογιζόταν σε 44 ZB (World Economic Forum).Μέχρι το 2025, η παγκόσμια δημιουργία δεδομένων αναμένεται να φτάσει πάνω από 175 ZB.Με άλλα λόγια, η αποθήκευση τόσο μεγάλου όγκου δεδομένων απαιτεί 12,5 δισεκατομμύρια από τους μεγαλύτερους σκληρούς δίσκους του σήμερα.(International Data Corporation)
Σύμφωνα με εκτιμήσεις των Ηνωμένων Εθνών, το 2007 ήταν η πρώτη χρονιά κατά την οποία ο αστικός πληθυσμός ξεπέρασε τον αγροτικό πληθυσμό.Αυτή η τάση είναι ακόμη σε εξέλιξη και αναμένεται ότι έως το 2050, περισσότερα από τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού θα κατοικούν σε αστικές περιοχές.Αυτό έχει ασκήσει αυξανόμενη πίεση στις υποδομές τηλεπικοινωνιών και δεδομένων σε αυτές τις πυκνοκατοικημένες περιοχές.
3. Η πολυπολική παγκόσμια κρίση και αστάθεια, από πανδημίες έως πολιτικές αναταραχές και συγκρούσεις, σημαίνουν ότι οι χώρες επιθυμούν όλο και περισσότερο να αναπτύξουν τις κυριαρχικές τους ικανότητες για να μετριάσουν τους κινδύνους παγκόσμιας αστάθειας.Οι κυβερνήσεις σε όλο τον κόσμο ελπίζουν να μειώσουν την εξάρτησή τους από εισαγωγές από άλλες περιοχές και να υποστηρίξουν την ανάπτυξη εγχώριων προϊόντων, τεχνολογιών και υποδομών.
4. Με τις προσπάθειες του κόσμου για μείωση των εκπομπών άνθρακα, η τεχνολογία ανοίγει νέες ευκαιρίες για την ελαχιστοποίηση των ταξιδιών με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα.Σήμερα, οι συναντήσεις και τα συνέδρια γίνονται συνήθως διαδικτυακά.Ακόμη και οι ιατρικές διαδικασίες μπορούν να εκτελεστούν εξ αποστάσεως χωρίς να χρειάζεται χειρουργός να έρχεται στο χειρουργείο.Μόνο εξαιρετικά γρήγορες, αξιόπιστες και αδιάλειπτες ροές δεδομένων χαμηλής καθυστέρησης μπορούν να επιτύχουν αυτήν την ακριβή λειτουργία.
Αυτοί οι μακρο-παράγοντες ωθούν τους ανθρώπους να συλλέγουν, να μεταδίδουν και να επεξεργάζονται όλο και περισσότερα δεδομένα παγκοσμίως και επίσης απαιτούν μετάδοση σε υψηλότερες ταχύτητες και με ελάχιστο λανθάνοντα χρόνο.
Τι ρόλο μπορούν να παίξουν τα κύματα χιλιοστού;
Το φάσμα κυμάτων χιλιοστών παρέχει ένα ευρύ συνεχές φάσμα, επιτρέποντας υψηλότερη μετάδοση δεδομένων.Επί του παρόντος, οι συχνότητες μικροκυμάτων που χρησιμοποιούνται για τις περισσότερες ασύρματες επικοινωνίες γίνονται συνωστισμένες και διασκορπισμένες, ειδικά με πολλά εύρη ζώνης που είναι αφιερωμένα σε συγκεκριμένα τμήματα όπως η άμυνα, η αεροδιαστημική και η επικοινωνία έκτακτης ανάγκης.
Όταν μετακινείτε το φάσμα προς τα πάνω, το διαθέσιμο αδιάλειπτο τμήμα φάσματος θα είναι πολύ μεγαλύτερο και το τμήμα που διατηρείται θα είναι μικρότερο.Η αύξηση του εύρους συχνοτήτων αυξάνει αποτελεσματικά το μέγεθος του «αγωγού» που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση δεδομένων, επιτυγχάνοντας έτσι μεγαλύτερες ροές δεδομένων.Λόγω του πολύ μεγαλύτερου εύρους ζώνης καναλιών κυμάτων χιλιοστών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν λιγότερο πολύπλοκα σχήματα διαμόρφωσης για τη μετάδοση δεδομένων, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε συστήματα με πολύ χαμηλότερο λανθάνοντα χρόνο.
Ποιες είναι οι προκλήσεις;
Υπάρχουν σχετικές προκλήσεις στη βελτίωση του φάσματος.Τα εξαρτήματα και οι ημιαγωγοί που απαιτούνται για τη μετάδοση και τη λήψη σημάτων σε κύματα χιλιοστών είναι πιο δύσκολο να κατασκευαστούν – και υπάρχουν λιγότερες διαθέσιμες διαδικασίες.Η κατασκευή εξαρτημάτων κυμάτων χιλιοστών είναι επίσης πιο δύσκολη επειδή είναι πολύ μικρότερα, απαιτώντας υψηλότερες ανοχές συναρμολόγησης και προσεκτικό σχεδιασμό διασυνδέσεων και κοιλοτήτων για τη μείωση των απωλειών και την αποφυγή ταλαντώσεων.
Η διάδοση είναι μία από τις κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα σήματα κυμάτων χιλιοστών.Σε υψηλότερες συχνότητες, τα σήματα είναι πιο πιθανό να μπλοκαριστούν ή να μειωθούν από φυσικά αντικείμενα όπως τοίχοι, δέντρα και κτίρια.Στην περιοχή του κτιρίου, αυτό σημαίνει ότι ο δέκτης κύματος χιλιοστών πρέπει να βρίσκεται έξω από το κτίριο για να διαδώσει το σήμα εσωτερικά.Για την επικοινωνία backhaul και δορυφόρο προς έδαφος, απαιτείται μεγαλύτερη ενίσχυση ισχύος για τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.Στο έδαφος, η απόσταση μεταξύ των συνδέσεων από σημείο σε σημείο δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 1 έως 5 χιλιόμετρα, αντί της μεγαλύτερης απόστασης που μπορούν να επιτύχουν τα δίκτυα χαμηλής συχνότητας.
Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, σε αγροτικές περιοχές, χρειάζονται περισσότεροι σταθμοί βάσης και κεραίες για τη μετάδοση σημάτων κυμάτων χιλιοστών σε μεγάλες αποστάσεις.Η εγκατάσταση αυτής της πρόσθετης υποδομής απαιτεί περισσότερο χρόνο και κόστος.Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη του δορυφορικού αστερισμού προσπάθησε να λύσει αυτό το πρόβλημα και αυτοί οι δορυφορικοί αστερισμοί παίρνουν για άλλη μια φορά το κύμα χιλιοστών ως τον πυρήνα της αρχιτεκτονικής τους.
Πού είναι η καλύτερη ανάπτυξη για κύματα χιλιοστού;
Η μικρή απόσταση διάδοσης των κυμάτων χιλιοστού τα καθιστά πολύ κατάλληλα για ανάπτυξη σε πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές με υψηλή κίνηση δεδομένων.Η εναλλακτική λύση στα ασύρματα δίκτυα είναι τα δίκτυα οπτικών ινών.Σε αστικές περιοχές, η εκσκαφή δρόμων για την εγκατάσταση νέων οπτικών ινών είναι εξαιρετικά δαπανηρή, καταστροφική και χρονοβόρα.Αντίθετα, οι συνδέσεις κυμάτων χιλιοστού μπορούν να πραγματοποιηθούν αποτελεσματικά με ελάχιστο κόστος διακοπής μέσα σε λίγες ημέρες.
Ο ρυθμός δεδομένων που επιτυγχάνεται με τα σήματα κυμάτων χιλιοστού είναι συγκρίσιμος με αυτόν των οπτικών ινών, ενώ παρέχει χαμηλότερη καθυστέρηση.Όταν χρειάζεστε πολύ γρήγορη ροή πληροφοριών και ελάχιστο λανθάνοντα χρόνο, οι ασύρματες συνδέσεις είναι η πρώτη επιλογή – γι' αυτό χρησιμοποιούνται σε χρηματιστήρια όπου η καθυστέρηση χιλιοστού του δευτερολέπτου μπορεί να είναι κρίσιμη.
Στις αγροτικές περιοχές, το κόστος εγκατάστασης καλωδίων οπτικών ινών είναι συχνά απαγορευτικό λόγω της απόστασης που απαιτείται.Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα δίκτυα πύργων κυμάτων χιλιοστού απαιτούν επίσης σημαντικές επενδύσεις σε υποδομές.Η λύση που παρουσιάζεται εδώ είναι η χρήση δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (LEO) ή ψευδοδορυφόρων μεγάλου υψομέτρου (HAPS) για τη σύνδεση δεδομένων σε απομακρυσμένες περιοχές.Τα δίκτυα LEO και HAPS σημαίνουν ότι δεν υπάρχει ανάγκη εγκατάστασης οπτικών ινών ή δημιουργίας ασύρματων δικτύων μικρής απόστασης από σημείο σε σημείο, ενώ εξακολουθούν να παρέχουν εξαιρετικούς ρυθμούς δεδομένων.Η δορυφορική επικοινωνία έχει ήδη χρησιμοποιήσει σήματα κυμάτων χιλιοστών, συνήθως στο χαμηλό άκρο του φάσματος – ζώνη συχνοτήτων Ka (27-31 GHz).Υπάρχει χώρος για επέκταση σε υψηλότερες συχνότητες, όπως οι ζώνες συχνοτήτων Q/V και E, ειδικά ο σταθμός επιστροφής δεδομένων στο έδαφος.
Η αγορά τηλεπικοινωνιών επιστροφής κατέχει ηγετική θέση στη μετάβαση από τις συχνότητες μικροκυμάτων σε χιλιοστομετρικές συχνότητες κυμάτων.Αυτό οφείλεται στην αύξηση των καταναλωτικών συσκευών (συσκευές χειρός, φορητοί υπολογιστές και Internet of Things (IoT)) την τελευταία δεκαετία, η οποία έχει επιταχύνει τη ζήτηση για περισσότερα και ταχύτερα δεδομένα.
Τώρα, οι φορείς εκμετάλλευσης δορυφόρων ελπίζουν να ακολουθήσουν το παράδειγμα των εταιρειών τηλεπικοινωνιών και να επεκτείνουν τη χρήση κυμάτων χιλιοστού στα συστήματα LEO και HAPS.Προηγουμένως, οι παραδοσιακοί δορυφόροι γεωστατικής ισημερινής τροχιάς (GEO) και δορυφόροι μεσαίας τροχιάς (MEO) ήταν πολύ μακριά από τη Γη για να δημιουργήσουν συνδέσεις επικοινωνίας καταναλωτών σε συχνότητες κυμάτων χιλιοστών.Ωστόσο, η επέκταση των δορυφόρων LEO καθιστά πλέον δυνατή τη δημιουργία κυματικών συνδέσεων χιλιοστών και τη δημιουργία των δικτύων υψηλής χωρητικότητας που απαιτούνται παγκοσμίως.
Άλλες βιομηχανίες έχουν επίσης μεγάλες δυνατότητες να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία κυμάτων χιλιοστών.Στην αυτοκινητοβιομηχανία, τα αυτόνομα οχήματα απαιτούν συνεχείς συνδέσεις υψηλής ταχύτητας και δίκτυα δεδομένων χαμηλής καθυστέρησης για να λειτουργούν με ασφάλεια.Στον ιατρικό τομέα, θα χρειαστούν εξαιρετικά γρήγορες και αξιόπιστες ροές δεδομένων για να μπορέσουν οι χειρουργοί που βρίσκονται εξ αποστάσεως να εκτελούν ακριβείς ιατρικές διαδικασίες.
Δέκα χρόνια καινοτομίας κυμάτων χιλιοστών
Η Filtronic είναι κορυφαίος ειδικός στην τεχνολογία επικοινωνιών κυμάτων χιλιοστών στο Ηνωμένο Βασίλειο.Είμαστε μία από τις λίγες εταιρείες στο Ηνωμένο Βασίλειο που μπορούν να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν προηγμένα εξαρτήματα επικοινωνίας κυμάτων χιλιοστών σε μεγάλη κλίμακα.Διαθέτουμε εσωτερικούς μηχανικούς ραδιοσυχνοτήτων (συμπεριλαμβανομένων ειδικών κυμάτων χιλιοστών) που απαιτούνται για τη σύλληψη, το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών κυμάτων χιλιοστών.
Την τελευταία δεκαετία, έχουμε συνεργαστεί με κορυφαίες εταιρείες κινητών τηλεπικοινωνιών για την ανάπτυξη μιας σειράς πομποδεκτών μικροκυμάτων και χιλιοστών κυμάτων, ενισχυτών ισχύος και υποσυστημάτων για δίκτυα backhaul.Το τελευταίο μας προϊόν λειτουργεί στη ζώνη E, η οποία παρέχει μια πιθανή λύση για ζεύξεις τροφοδοσίας εξαιρετικά υψηλής χωρητικότητας σε δορυφορικές επικοινωνίες.Την τελευταία δεκαετία, σταδιακά προσαρμόστηκε και βελτιώθηκε, μειώνοντας το βάρος και το κόστος, βελτιώνοντας την απόδοση και βελτιώνοντας τις διαδικασίες παραγωγής για την αύξηση της παραγωγής.Οι δορυφορικές εταιρείες μπορούν τώρα να αποφύγουν τις εσωτερικές δοκιμές και την ανάπτυξη ετών, υιοθετώντας αυτήν την αποδεδειγμένη τεχνολογία ανάπτυξης στο διάστημα.
Δεσμευόμαστε στην πρωτοπορία της καινοτομίας, δημιουργώντας τεχνολογία εσωτερικά και αναπτύσσοντας από κοινού εσωτερικές διαδικασίες μαζικής παραγωγής.Πάντα ηγούμαστε στην αγορά στην καινοτομία για να διασφαλίσουμε ότι η τεχνολογία μας είναι έτοιμη για ανάπτυξη καθώς οι ρυθμιστικοί φορείς ανοίγουν νέες ζώνες συχνοτήτων.
Ήδη αναπτύσσουμε τεχνολογίες W-band και D-band για να αντιμετωπίσουμε τη συμφόρηση και τη μεγαλύτερη κίνηση δεδομένων στο E-band τα επόμενα χρόνια.Συνεργαζόμαστε με πελάτες του κλάδου για να τους βοηθήσουμε να δημιουργήσουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα μέσω οριακών εσόδων όταν ανοίγουν νέες ζώνες συχνοτήτων.
Ποιο είναι το επόμενο βήμα για κύματα χιλιοστού;
Ο ρυθμός χρήσης των δεδομένων θα αναπτυχθεί μόνο προς μία κατεύθυνση και η τεχνολογία που βασίζεται στα δεδομένα επίσης βελτιώνεται συνεχώς.Η επαυξημένη πραγματικότητα έφτασε και οι συσκευές IoT γίνονται πανταχού παρούσες.Εκτός από τις οικιακές εφαρμογές, τα πάντα, από μεγάλες βιομηχανικές διεργασίες μέχρι πεδία πετρελαίου και φυσικού αερίου και πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής στρέφονται προς την τεχνολογία IoT για απομακρυσμένη παρακολούθηση – μειώνοντας την ανάγκη για χειροκίνητη παρέμβαση κατά τη λειτουργία αυτών των πολύπλοκων εγκαταστάσεων.Η επιτυχία αυτών και άλλων τεχνολογικών προόδων θα εξαρτηθεί από την αξιοπιστία, την ταχύτητα και την ποιότητα των δικτύων δεδομένων που τα υποστηρίζουν – και τα κύματα χιλιοστών παρέχουν την απαιτούμενη χωρητικότητα.
Τα κύματα χιλιοστών δεν έχουν μειώσει τη σημασία των συχνοτήτων κάτω των 6 GHz στον τομέα της ασύρματης επικοινωνίας.Αντίθετα, είναι ένα σημαντικό συμπλήρωμα στο φάσμα, επιτρέποντας την επιτυχή παράδοση διαφορετικών εφαρμογών, ειδικά εκείνων που απαιτούν μεγάλα πακέτα δεδομένων, χαμηλή καθυστέρηση και μεγαλύτερη πυκνότητα σύνδεσης.
Η περίπτωση χρήσης κυμάτων χιλιοστών για την επίτευξη των προσδοκιών και των ευκαιριών των νέων τεχνολογιών που σχετίζονται με τα δεδομένα είναι πειστική.Υπάρχουν όμως και προκλήσεις.
Η ρύθμιση είναι μια πρόκληση.Είναι αδύνατη η είσοδος στη ζώνη συχνοτήτων κυμάτων υψηλότερου χιλιοστού έως ότου οι ρυθμιστικές αρχές εκδώσουν άδειες για συγκεκριμένες εφαρμογές.Ωστόσο, η προβλεπόμενη εκθετική αύξηση της ζήτησης σημαίνει ότι οι ρυθμιστικές αρχές βρίσκονται υπό αυξανόμενη πίεση να απελευθερώσουν περισσότερο φάσμα για να αποφύγουν τη συμφόρηση και τις παρεμβολές.Η κοινή χρήση του φάσματος μεταξύ παθητικών εφαρμογών και ενεργών εφαρμογών όπως οι μετεωρολογικοί δορυφόροι απαιτεί επίσης σημαντικές συζητήσεις για εμπορικές εφαρμογές, οι οποίες θα επιτρέψουν ευρύτερες ζώνες συχνοτήτων και πιο συνεχές φάσμα χωρίς μετακίνηση στη συχνότητα Hz Ασίας-Ειρηνικού.
Όταν εκμεταλλευόμαστε τις ευκαιρίες που παρέχει το νέο εύρος ζώνης, είναι σημαντικό να έχουμε κατάλληλες τεχνολογίες για την προώθηση της επικοινωνίας υψηλότερης συχνότητας.Γι' αυτό η Filtronic αναπτύσσει τεχνολογίες W-band και D-band για το μέλλον.Αυτός είναι επίσης ο λόγος που συνεργαζόμαστε με πανεπιστήμια, κυβερνήσεις και βιομηχανίες για να προωθήσουμε την ανάπτυξη δεξιοτήτων και γνώσεων στους τομείς που απαιτούνται για την κάλυψη μελλοντικών αναγκών ασύρματης τεχνολογίας.Εάν το Ηνωμένο Βασίλειο θέλει να αναλάβει ηγετικό ρόλο στην ανάπτυξη μελλοντικών παγκόσμιων δικτύων επικοινωνίας δεδομένων, πρέπει να διοχετεύσει τις κρατικές επενδύσεις στους κατάλληλους τομείς της τεχνολογίας ραδιοσυχνοτήτων.
Ως συνεργάτης στον ακαδημαϊκό χώρο, την κυβέρνηση και τη βιομηχανία, η Filtronic διαδραματίζει ηγετικό ρόλο στην ανάπτυξη προηγμένων τεχνολογιών επικοινωνίας που πρέπει να παρέχουν νέες λειτουργίες και δυνατότητες σε έναν κόσμο όπου τα δεδομένα χρειάζονται όλο και περισσότερο.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-27-2023
