Milimetru vilnis(mmWave) ir elektromagnētiskā spektra josla ar viļņa garumu no 10 mm (30 GHz) līdz 1 mm (300 GHz).Starptautiskā telekomunikāciju savienība (ITU) to dēvē par ārkārtīgi augstas frekvences (EHF) joslu.Milimetru viļņi spektrā atrodas starp mikroviļņu un infrasarkanajiem viļņiem, un tos var izmantot dažādām ātrgaitas bezvadu sakaru lietojumprogrammām, piemēram, atvilces maršrutēšanas saitēm no punkta uz punktu.
Makro tendences paātrina datu pieaugumu
Pieaugot globālajam pieprasījumam pēc datiem un savienojamības, frekvenču joslas, kuras pašlaik tiek izmantotas bezvadu sakariem, ir kļuvušas arvien pārpildītākas, palielinot pieprasījumu piekļūt lielākai frekvenču joslas platumam milimetru viļņu spektrā.Daudzas makro tendences ir paātrinājušas pieprasījumu pēc lielākas datu ietilpības un ātruma.
1. Lielo datu ģenerēto un apstrādāto datu apjoms un veidi katru dienu pieaug eksponenciāli.Pasaule paļaujas uz liela datu apjoma ātrgaitas pārraidi neskaitāmās ierīcēs katru sekundi.2020. gadā katrs cilvēks ģenerēja 1,7 MB datu sekundē.(Avots: IBM).2020. gada sākumā globālais datu apjoms tika lēsts 44ZB (Pasaules ekonomikas forums).Paredzams, ka līdz 2025. gadam globālā datu radīšana sasniegs vairāk nekā 175 ZB.Citiem vārdiem sakot, tik liela datu apjoma glabāšanai nepieciešami 12,5 miljardi mūsdienu lielāko cieto disku.(Starptautiskā datu korporācija)
Saskaņā ar Apvienoto Nāciju Organizācijas aplēsēm 2007. gads bija pirmais gads, kad pilsētu iedzīvotāju skaits pārsniedza lauku iedzīvotāju skaitu.Šī tendence joprojām turpinās, un sagaidāms, ka līdz 2050. gadam vairāk nekā divas trešdaļas pasaules iedzīvotāju dzīvos pilsētās.Tas ir radījis arvien lielāku spiedienu uz telekomunikāciju un datu infrastruktūru šajās blīvi apdzīvotajās vietās.
3. Daudzpolārā globālā krīze un nestabilitāte, sākot no pandēmijām līdz politiskiem satricinājumiem un konfliktiem, nozīmē, ka valstis arvien vairāk vēlas attīstīt savas suverēnās spējas, lai mazinātu globālās nestabilitātes riskus.Valdības visā pasaulē cer samazināt savu atkarību no importa no citiem reģioniem un atbalstīt vietējo produktu, tehnoloģiju un infrastruktūras attīstību.
4. Ar pasaules centieniem samazināt oglekļa emisijas, tehnoloģija paver jaunas iespējas, lai samazinātu ceļošanu ar augstu oglekļa emisiju.Mūsdienās sanāksmes un konferences parasti notiek tiešsaistē.Pat medicīniskās procedūras var veikt attālināti, bez nepieciešamības ierasties operāciju zālē.Tikai īpaši ātras, uzticamas un nepārtrauktas zema latentuma datu straumes var nodrošināt šo precīzu darbību.
Šie makro faktori mudina cilvēkus vākt, pārsūtīt un apstrādāt arvien vairāk datu globālā mērogā, kā arī prasa pārsūtīšanu ar lielāku ātrumu un ar minimālu latentumu.
Kādu lomu var spēlēt milimetru viļņi?
Milimetru viļņu spektrs nodrošina plašu nepārtrauktu spektru, nodrošinot lielāku datu pārraidi.Pašlaik lielākajai daļai bezvadu sakaru izmantotās mikroviļņu frekvences kļūst pārpildītas un izkliedētas, jo īpaši ar vairākiem joslas platumiem, kas paredzēti noteiktiem departamentiem, piemēram, aizsardzībai, aviācijai un ārkārtas saziņai.
Pārvietojot spektru uz augšu, pieejamā nepārtrauktā spektra daļa būs daudz lielāka un saglabātā daļa būs mazāka.Frekvenču diapazona palielināšana efektīvi palielina datu pārsūtīšanai izmantojamā “cauruļvada” izmēru, tādējādi panākot lielākas datu plūsmas.Tā kā milimetru viļņu kanāla joslas platums ir daudz lielāks, datu pārraidei var izmantot mazāk sarežģītas modulācijas shēmas, kas var novest pie sistēmām ar daudz mazāku latentumu.
Kādi ir izaicinājumi?
Ar spektra uzlabošanu ir saistītas problēmas.Komponentus un pusvadītājus, kas nepieciešami signālu pārraidīšanai un saņemšanai milimetru viļņos, ir grūtāk ražot, un ir mazāk pieejamo procesu.Milimetru viļņu detaļu izgatavošana ir arī grūtāka, jo tās ir daudz mazākas, tādēļ nepieciešama lielāka montāžas pielaide un rūpīga starpsavienojumu un dobumu projektēšana, lai samazinātu zudumus un izvairītos no svārstībām.
Izplatīšanās ir viena no galvenajām problēmām, ar ko saskaras milimetru viļņu signāli.Augstākās frekvencēs signālus, visticamāk, bloķēs vai samazina fiziski objekti, piemēram, sienas, koki un ēkas.Ēkas teritorijā tas nozīmē, ka milimetru viļņu uztvērējam ir jāatrodas ārpus ēkas, lai signāls izplatītos iekšā.Atvilces maršrutēšanas un satelīta–zemes sakariem ir nepieciešams lielāks jaudas pastiprinājums, lai pārraidītu signālus lielos attālumos.Uz zemes attālums starp punkta-punkta saitēm nedrīkst pārsniegt 1–5 kilometrus, nevis lielāku attālumu, ko var sasniegt zemas frekvences tīkli.
Tas nozīmē, ka, piemēram, lauku apvidos ir nepieciešams vairāk bāzes staciju un antenu, lai pārraidītu milimetru viļņu signālus lielos attālumos.Šīs papildu infrastruktūras uzstādīšana prasa vairāk laika un izmaksu.Pēdējos gados satelītu konstelācijas izvietošana ir mēģinājusi atrisināt šo problēmu, un šie satelītu zvaigznāji atkal izmanto milimetru viļņus kā savas arhitektūras kodolu.
Kur ir vislabākā izvietošana milimetru viļņiem?
Milimetru viļņu īsais izplatīšanās attālums padara tos ļoti piemērotus izvietošanai blīvi apdzīvotās pilsētu teritorijās ar lielu datu trafiku.Alternatīva bezvadu tīkliem ir optiskās šķiedras tīkli.Pilsētās ceļu rakšana, lai uzstādītu jaunas optiskās šķiedras, ir ārkārtīgi dārga, destruktīva un laikietilpīga.Gluži pretēji, milimetru viļņu savienojumus var efektīvi izveidot ar minimālām pārtraukuma izmaksām dažu dienu laikā.
Milimetru viļņu signālu datu pārraides ātrums ir salīdzināms ar optisko šķiedru ātrumu, vienlaikus nodrošinot mazāku latentumu.Kad nepieciešama ļoti ātra informācijas plūsma un minimāls latentums, bezvadu saites ir pirmā izvēle – tāpēc tās tiek izmantotas biržās, kur milisekundes latentums var būt kritisks.
Lauku apvidos optisko šķiedru kabeļu uzstādīšanas izmaksas bieži vien ir pārmērīgas, ņemot vērā attālumu.Kā minēts iepriekš, milimetru viļņu torņu tīkli prasa arī ievērojamas infrastruktūras investīcijas.Šeit piedāvātais risinājums ir izmantot zemas Zemes orbītas (LEO) satelītus vai liela augstuma pseido satelītus (HAPS), lai savienotu datus ar attāliem apgabaliem.LEO un HAPS tīkli nozīmē, ka nav jāinstalē optiskās šķiedras vai jāveido neliela attāluma no punkta uz punktu bezvadu tīkli, vienlaikus nodrošinot lielisku datu pārraides ātrumu.Satelīta sakari jau izmantoja milimetru viļņu signālus, parasti spektra zemākajā daļā – Ka frekvenču joslā (27-31GHz).Ir vieta, kur paplašināties līdz augstākām frekvencēm, piemēram, Q/V un E frekvenču joslām, jo īpaši datu atgriešanas stacijai uz zemi.
Telekomunikāciju atdeves tirgus ir vadošā pozīcijā pārejā no mikroviļņu uz milimetru viļņu frekvencēm.To veicina patērētāju ierīču (rokas ierīču, klēpjdatoru un lietiskā interneta (IoT)) pieaugums pēdējo desmit gadu laikā, kas ir palielinājis pieprasījumu pēc vairāk un ātrākiem datiem.
Tagad satelītu operatori cer sekot telekomunikāciju uzņēmumu piemēram un paplašināt milimetru viļņu izmantošanu LEO un HAPS sistēmās.Iepriekš tradicionālie ģeostacionārās ekvatoriālās orbītas (GEO) un vidējās Zemes orbītas (MEO) satelīti atradās pārāk tālu no Zemes, lai izveidotu patērētāju sakaru savienojumus milimetru viļņu frekvencēs.Tomēr LEO satelītu paplašināšana tagad ļauj izveidot milimetru viļņu saites un izveidot globāli nepieciešamos augstas kapacitātes tīklus.
Arī citām nozarēm ir liels potenciāls izmantot milimetru viļņu tehnoloģiju.Automobiļu rūpniecībā autonomiem transportlīdzekļiem ir nepieciešami nepārtraukti ātrgaitas savienojumi un zema latentuma datu tīkli, lai tie darbotos droši.Medicīnas jomā būs nepieciešamas īpaši ātras un uzticamas datu plūsmas, lai attālināti ķirurgi varētu veikt precīzas medicīniskās procedūras.
Desmit gadu milimetru viļņu inovācijas
Filtronic ir vadošais milimetru viļņu sakaru tehnoloģiju eksperts Apvienotajā Karalistē.Mēs esam viens no nedaudzajiem uzņēmumiem Apvienotajā Karalistē, kas var izstrādāt un ražot progresīvus milimetru viļņu sakaru komponentus plašā mērogā.Mums ir iekšējie RF inženieri (tostarp milimetru viļņu eksperti), kas nepieciešami, lai konceptualizētu, izstrādātu un izstrādātu jaunas milimetru viļņu tehnoloģijas.
Pēdējo desmit gadu laikā mēs esam sadarbojušies ar vadošajiem mobilo telekomunikāciju uzņēmumiem, lai izstrādātu virkni mikroviļņu un milimetru viļņu raiduztvērēju, jaudas pastiprinātāju un apakšsistēmu atvilces maršrutēšanas tīkliem.Mūsu jaunākais produkts darbojas E-joslā, kas nodrošina potenciālu risinājumu īpaši augstas kapacitātes padeves saitēm satelītu sakaros.Pēdējo desmit gadu laikā tas ir pakāpeniski pielāgots un uzlabots, samazinot svaru un izmaksas, uzlabojot veiktspēju un uzlabojot ražošanas procesus, lai palielinātu ražošanu.Satelītu uzņēmumi tagad var izvairīties no gadiem ilgas iekšējās testēšanas un izstrādes, pieņemot šo pārbaudīto kosmosa izvietošanas tehnoloģiju.
Mēs esam apņēmušies būt inovāciju priekšgalā, veidojot tehnoloģiju iekšēji un kopīgi attīstot iekšējos masveida ražošanas procesus.Mēs vienmēr esam inovāciju tirgus līderi, lai nodrošinātu, ka mūsu tehnoloģija ir gatava ieviešanai, jo regulatīvās aģentūras atver jaunas frekvenču joslas.
Mēs jau izstrādājam W-joslas un D-joslas tehnoloģijas, lai turpmākajos gados tiktu galā ar sastrēgumiem un lielāku datu trafiku E-joslā.Mēs sadarbojamies ar nozares klientiem, lai palīdzētu viņiem izveidot konkurences priekšrocības, izmantojot minimālus ieņēmumus, kad tiek atvērtas jaunas frekvenču joslas.
Kāds ir nākamais solis milimetru viļņiem?
Datu izmantošanas līmenis attīstīsies tikai vienā virzienā, un arī tehnoloģija, kas balstās uz datiem, nepārtraukti uzlabojas.Ir ieradusies paplašinātā realitāte, un IoT ierīces kļūst visuresošas.Papildus iekšzemes lietojumiem viss, sākot no galvenajiem rūpnieciskajiem procesiem līdz naftas un gāzes atradnēm un kodolspēkstacijām, pāriet uz IoT tehnoloģiju attālinātai uzraudzībai, samazinot vajadzību pēc manuālas iejaukšanās, darbinot šīs sarežģītās iekārtas.Šo un citu tehnoloģisko sasniegumu panākumi būs atkarīgi no to atbalsta datu tīklu uzticamības, ātruma un kvalitātes – un milimetru viļņi nodrošina nepieciešamo jaudu.
Milimetru viļņi nav samazinājuši frekvenču, kas zemākas par 6 GHz, nozīmi bezvadu sakaru jomā.Gluži pretēji, tas ir svarīgs spektra papildinājums, kas ļauj veiksmīgi piegādāt dažādas lietojumprogrammas, īpaši tās, kurām nepieciešamas lielas datu paketes, zems latentums un lielāks savienojuma blīvums.
Milimetru viļņu izmantošana, lai sasniegtu jaunu ar datiem saistīto tehnoloģiju cerības un iespējas, ir pārliecinošs.Taču ir arī izaicinājumi.
Regula ir izaicinājums.Nav iespējams iekļūt augstāko milimetru viļņu frekvenču joslā, kamēr pārvaldes iestādes nav izsniegušas licences konkrētiem lietojumiem.Tomēr prognozētais pieprasījuma eksponenciālais pieaugums nozīmē, ka regulatoriem tiek izdarīts arvien lielāks spiediens atbrīvot vairāk spektra, lai izvairītos no pārslodzes un traucējumiem.Spektra koplietošanai starp pasīvām lietojumprogrammām un aktīvām lietojumprogrammām, piemēram, meteoroloģiskajiem satelītiem, ir nepieciešamas arī svarīgas diskusijas par komerciāliem lietojumiem, kas ļaus izmantot plašākas frekvenču joslas un nepārtrauktāku spektru, nepārejot uz Āzijas un Klusā okeāna Hz frekvenci.
Izmantojot jaunā joslas platuma sniegtās iespējas, ir svarīgi, lai būtu atbilstošas tehnoloģijas, kas veicinātu augstākas frekvences komunikāciju.Tāpēc Filtronic izstrādā W-joslas un D-joslas tehnoloģijas nākotnei.Tas ir arī iemesls, kāpēc mēs sadarbojamies ar universitātēm, valdībām un nozarēm, lai veicinātu prasmju un zināšanu attīstību jomās, kas nepieciešamas, lai apmierinātu nākotnes bezvadu tehnoloģiju vajadzības.Ja Apvienotā Karaliste vēlas uzņemties vadību nākotnes globālo datu sakaru tīklu attīstībā, tai ir jānovirza valdības ieguldījumi pareizajās RF tehnoloģiju jomās.
Kā partneris akadēmiskajās aprindās, valdībā un rūpniecībā, Filtronic ir vadošā loma progresīvu sakaru tehnoloģiju izstrādē, kurām ir jānodrošina jaunas funkcijas un iespējas pasaulē, kur dati ir arvien vairāk nepieciešami.
Publicēšanas laiks: 27.04.2023
