Milimetarski val(mmWave) je pojas elektromagnetskog spektra s valnom duljinom između 10 mm (30 GHz) i 1 mm (300 GHz).Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU) naziva ga područjem ekstremno visoke frekvencije (EHF).Milimetarski valovi nalaze se između mikrovalnih i infracrvenih valova u spektru i mogu se koristiti za razne aplikacije brze bežične komunikacije, kao što su povratne veze od točke do točke.
Makro trendovi ubrzavaju rast podataka
Uz sve veću globalnu potražnju za podacima i povezivanjem, frekvencijski pojasevi koji se trenutno koriste za bežičnu komunikaciju postali su sve pretrpaniji, potičući potražnju za pristupom višoj frekvencijskoj širini pojasa unutar spektra milimetarskih valova.Mnogi makro trendovi ubrzali su potražnju za većim podatkovnim kapacitetom i brzinom.
1. Količina i vrste podataka koje generiraju i obrađuju veliki podaci eksponencijalno se povećavaju svakim danom.Svijet se oslanja na brzi prijenos velike količine podataka na bezbrojnim uređajima svake sekunde.U 2020. svaka je osoba generirala 1,7 MB podataka u sekundi.(Izvor: IBM).Početkom 2020. globalna količina podataka procijenjena je na 44ZB (Svjetski ekonomski forum).Očekuje se da će do 2025. globalno stvaranje podataka dosegnuti više od 175 ZB.Drugim riječima, za pohranu tako velike količine podataka potrebno je 12,5 milijardi današnjih najvećih tvrdih diskova.(International Data Corporation)
Prema procjenama Ujedinjenih naroda, 2007. je bila prva godina u kojoj je urbano stanovništvo nadmašilo ruralno stanovništvo.Ovaj trend još uvijek traje, a očekuje se da će do 2050. godine više od dvije trećine svjetske populacije živjeti u urbanim područjima.To je dovelo do sve većeg pritiska na telekomunikacijsku i podatkovnu infrastrukturu u ovim gusto naseljenim područjima.
3. Multipolarna globalna kriza i nestabilnost, od pandemija do političkih previranja i sukoba, znače da zemlje sve više žele razviti svoje suverene sposobnosti kako bi ublažile rizike globalne nestabilnosti.Vlade diljem svijeta nadaju se smanjiti svoju ovisnost o uvozu iz drugih regija i podržati razvoj domaćih proizvoda, tehnologija i infrastrukture.
4. Sa svjetskim naporima da se smanje emisije ugljika, tehnologija otvara nove mogućnosti za smanjenje putovanja s visokim ugljikom.Danas se sastanci i konferencije obično održavaju online.Čak se i medicinski zahvati mogu izvesti na daljinu bez potrebe za dolaskom kirurga u operacijsku salu.Samo ultrabrzi, pouzdani i neprekinuti tokovi podataka niske latencije mogu postići ovu preciznu operaciju.
Ovi makro čimbenici potiču ljude da skupljaju, prenose i obrađuju sve više i više podataka na globalnoj razini, a također zahtijevaju prijenos većim brzinama i s minimalnom latencijom.
Kakvu ulogu mogu imati milimetarski valovi?
Spektar milimetarskih valova pruža širok kontinuirani spektar, što omogućuje veći prijenos podataka.Trenutačno, mikrovalne frekvencije koje se koriste za većinu bežičnih komunikacija postaju pretrpane i raspršene, posebno s nekoliko pojasnih širina posvećenih određenim odjelima kao što su obrana, zrakoplovstvo i hitne komunikacije.
Kada pomaknete spektar prema gore, dostupni neprekinuti dio spektra bit će puno veći, a zadržani dio manji.Povećanje frekvencijskog raspona učinkovito povećava veličinu "cjevovoda" koji se može koristiti za prijenos podataka, čime se postižu veći tokovi podataka.Zbog puno veće propusnosti kanala milimetarskih valova, manje složene modulacijske sheme mogu se koristiti za prijenos podataka, što može dovesti do sustava s mnogo nižom 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 – a ima i manje dostupnih procesa.Proizvodnja komponenata milimetarskih valova također je teža jer su puno manje, zahtijevaju veće tolerancije pri sklapanju i pažljiv dizajn međusobnih veza i šupljina kako bi se smanjili gubici i izbjegle oscilacije.
Propagacija je jedan od glavnih izazova s kojima se suočavaju signali milimetarskih valova.Na višim frekvencijama vjerojatnije je da će signale blokirati ili umanjiti fizički objekti kao što su zidovi, drveće i zgrade.U području zgrade to znači da prijemnik milimetarskih valova mora biti smješten izvan zgrade kako bi širio signal unutar zgrade.Za backhaul i komunikaciju satelit-zemlja potrebno je veće pojačanje snage za prijenos signala na velike udaljenosti.Na zemlji, udaljenost između veza od točke do točke ne smije biti veća od 1 do 5 kilometara, umjesto veće udaljenosti koju mogu postići niskofrekventne mreže.
To znači, na primjer, da je u ruralnim područjima potrebno više baznih stanica i antena za prijenos signala milimetarskih valova na velike udaljenosti.Instalacija ove dodatne infrastrukture zahtijeva više vremena i troškova.Posljednjih godina, postavljanje konstelacije satelita pokušalo je riješiti ovaj problem, a ove konstelacije satelita ponovno uzimaju milimetarski val kao jezgru svoje arhitekture.
Gdje je najbolja primjena za milimetarske valove?
Kratka udaljenost širenja milimetarskih valova čini ih vrlo prikladnima za primjenu u gusto naseljenim urbanim područjima s velikim podatkovnim prometom.Alternativa bežičnim mrežama su mreže od optičkih vlakana.U urbanim sredinama, kopanje cesta za postavljanje novih optičkih vlakana izuzetno je skupo, destruktivno i dugotrajno.Naprotiv, veze milimetarskih valova mogu se učinkovito uspostaviti uz minimalne troškove prekida unutar nekoliko dana.
Brzina prijenosa podataka koju postižu signali milimetarskih valova usporediva je s onom optičkih vlakana, a istovremeno pruža nižu latenciju.Kada vam je potreban vrlo brz protok informacija i minimalna latencija, bežične veze su prvi izbor – zato se koriste na burzama gdje latencija milisekunde može biti kritična.
U ruralnim područjima troškovi postavljanja optičkih kabela često su previsoki zbog udaljenosti.Kao što je gore spomenuto, mreže tornjeva milimetarskih valova također zahtijevaju značajna ulaganja u infrastrukturu.Ovdje predstavljeno rješenje je korištenje satelita u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO) ili pseudo satelita na velikim visinama (HAPS) za povezivanje podataka s udaljenim područjima.Mreže LEO i HAPS znače da nema potrebe za instaliranjem optičkih vlakana ili izgradnjom bežičnih mreža od točke do točke na kratkim udaljenostima, a istovremeno pružaju izvrsne brzine prijenosa podataka.Satelitska komunikacija već je koristila signale milimetarskih valova, obično u donjem dijelu spektra – Ka frekvencijskom pojasu (27-31GHz).Postoji prostor za proširenje na više frekvencije, kao što su Q/V i E frekvencijski pojasevi, posebno povratna stanica za podatke na zemlju.
Telekomunikacijsko povratno tržište zauzima vodeće mjesto u prijelazu s mikrovalnih na milimetarske valne frekvencije.To je potaknuto porastom potrošačkih uređaja (ručnih uređaja, prijenosnih računala i interneta stvari (IoT)) u proteklom desetljeću, što je ubrzalo potražnju za više i bržim podacima.
Sada se satelitski operateri nadaju da će slijediti primjer telekomunikacijskih kompanija i proširiti upotrebu milimetarskih valova u LEO i HAPS sustavima.Prethodno su tradicionalni sateliti u geostacionarnoj ekvatorijalnoj orbiti (GEO) i srednjoj orbiti oko Zemlje (MEO) bili predaleko od Zemlje da bi uspostavili komunikacijske veze potrošača na frekvencijama milimetarskih valova.Međutim, širenje LEO satelita sada omogućuje uspostavljanje veza milimetarskih valova i stvaranje mreža velikog kapaciteta koje su potrebne na globalnoj razini.
Druge industrije također imaju veliki potencijal za korištenje tehnologije milimetarskih valova.U automobilskoj industriji autonomna vozila zahtijevaju stalne veze velike brzine i podatkovne mreže niske latencije za siguran rad.U medicinskom polju bit će potrebni ultra brzi i pouzdani tokovi podataka kako bi se kirurzima lociranima na daljinu omogućilo izvođenje preciznih medicinskih postupaka.
Deset godina inovacija milimetarskih valova
Filtronic je vodeći stručnjak za komunikacijsku tehnologiju milimetarskih valova u Velikoj Britaniji.Jedna smo od rijetkih tvrtki u Velikoj Britaniji koja može dizajnirati i proizvoditi napredne komunikacijske komponente milimetarskih valova u velikim razmjerima.Imamo interne RF inženjere (uključujući stručnjake za milimetarske valove) potrebne za konceptualizaciju, dizajn i razvoj novih tehnologija milimetarskih valova.
U proteklom desetljeću surađivali smo s vodećim tvrtkama mobilnih telekomunikacija na razvoju niza primopredajnika mikrovalnih i milimetarskih valova, pojačala snage i podsustava za backhaul mreže.Naš najnoviji proizvod radi u E-pojasu, što pruža potencijalno rješenje za dovodne veze ultra velikog kapaciteta u satelitskoj komunikaciji.Tijekom prošlog desetljeća postupno se prilagođavao i poboljšavao, smanjujući težinu i cijenu, poboljšavajući performanse i poboljšavajući proizvodne procese kako bi se povećala proizvodnja.Satelitske tvrtke sada mogu izbjeći godine internog testiranja i razvoja usvajanjem ove dokazane tehnologije za svemirsku implementaciju.
Predani smo inovacijama, internom stvaranju tehnologije i zajedničkom razvoju internih procesa masovne proizvodnje.Uvijek smo vodeći na tržištu u inovacijama kako bismo osigurali da je naša tehnologija spremna za primjenu dok regulatorne agencije otvaraju nove frekvencijske pojaseve.
Već razvijamo tehnologije W-pojasa i D-pojasa kako bismo se nosili sa zagušenjem i većim podatkovnim prometom u E-pojasu u nadolazećim godinama.Radimo s klijentima u industriji kako bismo im pomogli izgraditi konkurentsku prednost kroz marginalni prihod kada se otvore novi frekvencijski pojasevi.
Koji je sljedeći korak za milimetarske valove?
Stopa iskorištenosti podataka razvijat će se samo u jednom smjeru, a tehnologija koja se oslanja na podatke također se stalno poboljšava.Proširena stvarnost je stigla, a IoT uređaji postaju sveprisutni.Uz domaće primjene, sve od velikih industrijskih procesa do naftnih i plinskih polja i nuklearnih elektrana pomiče se prema IoT tehnologiji za daljinski nadzor – smanjujući potrebu za ručnom intervencijom pri upravljanju ovim složenim objektima.Uspjeh ovih i drugih tehnoloških napredaka ovisit će o pouzdanosti, brzini i kvaliteti podatkovnih mreža koje ih podržavaju – a milimetarski valovi osiguravaju potreban kapacitet.
Milimetarski valovi nisu umanjili važnost frekvencija ispod 6GHz u području bežične komunikacije.Naprotiv, to je važan dodatak spektru koji omogućuje uspješnu isporuku različitih aplikacija, posebno onih koje zahtijevaju velike pakete podataka, nisku latenciju i veću gustoću veze.
Slučaj korištenja milimetarskih valova za postizanje očekivanja i mogućnosti novih tehnologija povezanih s podacima je uvjerljiv.Ali postoje i izazovi.
Regulacija je izazov.Nemoguće je ući u frekvencijski pojas viših milimetarskih valova dok regulatorna tijela ne izdaju dozvole za određene primjene.Unatoč tome, predviđeni eksponencijalni rast potražnje znači da su regulatori pod sve većim pritiskom da oslobode više spektra kako bi izbjegli zagušenja i smetnje.Dijeljenje spektra između pasivnih aplikacija i aktivnih aplikacija kao što su meteorološki sateliti također zahtijeva važne rasprave o komercijalnim aplikacijama, koje će omogućiti šire frekvencijske pojaseve i kontinuiraniji spektar bez prelaska na azijsko-pacifičku Hz frekvenciju.
Prilikom iskorištavanja mogućnosti koje pruža nova širina pojasa, važno je imati odgovarajuće tehnologije za promicanje komunikacije viših frekvencija.Zato Filtronic razvija tehnologije W-pojasa i D-pojasa za budućnost.To je i razlog zašto surađujemo sa sveučilištima, vladama i industrijama kako bismo promicali razvoj vještina i znanja u područjima potrebnim za ispunjavanje budućih potreba bežične tehnologije.Ako Ujedinjeno Kraljevstvo želi preuzeti vodstvo u razvoju budućih globalnih podatkovnih komunikacijskih mreža, mora usmjeriti državna ulaganja u prava područja RF tehnologije.
Kao partner u akademskoj zajednici, vladi i industriji, Filtronic ima vodeću ulogu u razvoju naprednih komunikacijskih tehnologija koje trebaju pružiti nove funkcionalnosti i mogućnosti u svijetu u kojem su podaci sve potrebniji.
Vrijeme objave: 27. travnja 2023
