Millimetergolfcommunicatie

Millimetergolf(mmWave) is de elektromagnetische spectrumband met een golflengte tussen 10 mm (30 GHz) en 1 mm (300 GHz).Het wordt door de International Telecommunication Union (ITU) de extreem hoge frequentieband (EHF) genoemd.Millimetergolven bevinden zich tussen microgolf- en infraroodgolven in het spectrum en kunnen worden gebruikt voor verschillende snelle draadloze communicatietoepassingen, zoals point-to-point backhaul-verbindingen.
Macrotrends versnellen de datagroei
Met de toenemende wereldwijde vraag naar data en connectiviteit, zijn de frequentiebanden die momenteel worden gebruikt voor draadloze communicatie steeds drukker geworden, waardoor de vraag naar toegang tot hogere frequentiebandbreedte binnen het millimetergolfspectrum toeneemt.Veel macrotrends hebben de vraag naar grotere datacapaciteit en -snelheid versneld.
1. De hoeveelheid en soorten gegevens die door big data worden gegenereerd en verwerkt, nemen elke dag exponentieel toe.De wereld vertrouwt elke seconde op een snelle overdracht van grote hoeveelheden gegevens op talloze apparaten.In 2020 genereerde elke persoon 1,7 MB aan data per seconde.(Bron: IBM).Begin 2020 werd het wereldwijde datavolume geschat op 44ZB (World Economic Forum).Tegen 2025 zal de wereldwijde datacreatie naar verwachting meer dan 175 ZB bedragen.Met andere woorden, voor het opslaan van zo'n grote hoeveelheid gegevens zijn 12,5 miljard van de grootste harde schijven van dit moment nodig.(Internationale gegevensmaatschappij)
Volgens schattingen van de Verenigde Naties was 2007 het eerste jaar waarin de stedelijke bevolking groter was dan de plattelandsbevolking.Deze trend zet nog steeds door en de verwachting is dat in 2050 meer dan tweederde van de wereldbevolking in stedelijke gebieden zal wonen.Dit heeft de telecommunicatie- en data-infrastructuur in deze dichtbevolkte gebieden steeds meer onder druk gezet.
3. De multipolaire wereldwijde crisis en instabiliteit, van pandemieën tot politieke onrust en conflicten, zorgen ervoor dat landen er steeds meer op gebrand zijn hun soevereine capaciteiten te ontwikkelen om de risico's van wereldwijde instabiliteit te beperken.Overheden over de hele wereld hopen hun afhankelijkheid van import uit andere regio's te verminderen en de ontwikkeling van binnenlandse producten, technologieën en infrastructuur te ondersteunen.
4. Met de inspanningen van de wereld om de koolstofemissies te verminderen, opent technologie nieuwe mogelijkheden om reizen met een hoog koolstofgehalte te minimaliseren.Tegenwoordig worden vergaderingen en conferenties meestal online gehouden.Zelfs medische ingrepen kunnen op afstand worden uitgevoerd zonder dat chirurgen naar de operatiekamer hoeven te komen.Alleen ultrasnelle, betrouwbare en ononderbroken datastromen met lage latentie kunnen deze precieze werking bereiken.
Deze macrofactoren zetten mensen ertoe aan om wereldwijd steeds meer gegevens te verzamelen, verzenden en verwerken, en vereisen ook verzending met hogere snelheden en met minimale latentie.

Welke rol kunnen millimetergolven spelen?
Het millimetergolfspectrum biedt een breed continu spectrum, waardoor een hogere gegevensoverdracht mogelijk is.Momenteel raken de microgolffrequenties die voor de meeste draadloze communicatie worden gebruikt, overvol en verspreid, vooral met verschillende bandbreedtes die zijn toegewezen aan specifieke afdelingen zoals defensie, ruimtevaart en noodcommunicatie.
Wanneer u het spectrum naar boven verplaatst, zal het beschikbare ononderbroken spectrumgedeelte veel groter zijn en het behouden gedeelte kleiner.Het vergroten van het frequentiebereik vergroot effectief de grootte van de "pijplijn" die kan worden gebruikt om gegevens te verzenden, waardoor grotere gegevensstromen worden bereikt.Vanwege de veel grotere kanaalbandbreedte van millimetergolven kunnen minder complexe modulatieschema's worden gebruikt om gegevens te verzenden, wat kan leiden tot systemen met een veel lagere latentie.
Wat zijn de uitdagingen?
Er zijn gerelateerde uitdagingen bij het verbeteren van het spectrum.De componenten en halfgeleiders die nodig zijn om signalen op millimetergolven te verzenden en te ontvangen, zijn moeilijker te vervaardigen - en er zijn minder beschikbare processen.Het vervaardigen van millimetergolfcomponenten is ook moeilijker omdat ze veel kleiner zijn, waardoor hogere montagetoleranties en een zorgvuldig ontwerp van onderlinge verbindingen en holtes nodig zijn om verliezen te verminderen en oscillaties te voorkomen.
Voortplanting is een van de grootste uitdagingen waarmee millimetergolfsignalen worden geconfronteerd.Bij hogere frequenties is de kans groter dat signalen worden geblokkeerd of verminderd door fysieke objecten zoals muren, bomen en gebouwen.In gebouwen betekent dit dat de millimetergolfontvanger zich buiten het gebouw moet bevinden om het signaal intern te verspreiden.Voor backhaul- en satelliet-naar-grondcommunicatie is een grotere vermogensversterking vereist om signalen over lange afstanden te verzenden.Op de grond mag de afstand tussen punt-tot-puntverbindingen niet groter zijn dan 1 tot 5 kilometer, in plaats van de grotere afstand die laagfrequente netwerken kunnen overbruggen.
Dit betekent bijvoorbeeld dat er in landelijke gebieden meer basisstations en antennes nodig zijn om millimetergolfsignalen over lange afstanden te verzenden.Het installeren van deze extra infrastructuur vergt meer tijd en kosten.In de afgelopen jaren heeft de inzet van satellietconstellatie geprobeerd dit probleem op te lossen, en deze satellietconstellatie neemt opnieuw millimetergolven als de kern van hun architectuur.
Waar is de beste inzet voor millimetergolven?
De korte voortplantingsafstand van millimetergolven maakt ze zeer geschikt voor inzet in dichtbevolkte stedelijke gebieden met veel dataverkeer.Het alternatief voor draadloze netwerken zijn glasvezelnetwerken.In stedelijke gebieden is het uitgraven van wegen om nieuwe optische vezels te installeren extreem duur, destructief en tijdrovend.Integendeel, millimetergolfverbindingen kunnen binnen enkele dagen efficiënt tot stand worden gebracht met minimale onderbrekingskosten.
De datasnelheid die wordt bereikt door millimetergolfsignalen is vergelijkbaar met die van optische vezels, terwijl de latentie lager is.Wanneer u een zeer snelle informatiestroom en minimale latentie nodig heeft, zijn draadloze verbindingen de eerste keuze - daarom worden ze gebruikt op beurzen waar milliseconde latentie van cruciaal belang kan zijn.
In landelijke gebieden zijn de kosten voor het installeren van glasvezelkabels vaak onbetaalbaar vanwege de afstand.Zoals hierboven vermeld, vereisen millimetergolftorennetwerken ook aanzienlijke investeringen in infrastructuur.De hier gepresenteerde oplossing is het gebruik van satellieten met een lage baan om de aarde (LEO) of pseudo-satellieten op grote hoogte (HAPS) om gegevens te verbinden met afgelegen gebieden.Dankzij LEO- en HAPS-netwerken is het niet nodig om glasvezel te installeren of point-to-point draadloze netwerken over korte afstanden te bouwen, terwijl er toch uitstekende datasnelheden worden geboden.Satellietcommunicatie maakt al gebruik van millimetergolfsignalen, meestal aan de onderkant van het spectrum – de Ka-frequentieband (27-31 GHz).Er is ruimte om uit te breiden naar hogere frequenties, zoals de Q/V- en E-frequentiebanden, met name het retourstation voor data naar de grond.
De retourmarkt voor telecommunicatie heeft een leidende positie in de overgang van microgolf- naar millimetergolffrequenties.Dit wordt veroorzaakt door de toename van consumentenapparaten (handhelds, laptops en het Internet of Things (IoT)) in het afgelopen decennium, waardoor de vraag naar meer en snellere gegevens is versneld.
Nu hopen satellietoperators het voorbeeld van telecommunicatiebedrijven te volgen en het gebruik van millimetergolven in LEO- en HAPS-systemen uit te breiden.Voorheen waren traditionele geostationaire equatoriale baan (GEO) en medium baan om de aarde (MEO) satellieten te ver weg van de aarde om consumentencommunicatieverbindingen tot stand te brengen op millimetergolffrequenties.De uitbreiding van LEO-satellieten maakt het nu echter mogelijk om millimetergolfverbindingen tot stand te brengen en de netwerken met hoge capaciteit te creëren die wereldwijd nodig zijn.
Andere industrieën hebben ook een groot potentieel om millimetergolftechnologie te gebruiken.In de auto-industrie hebben autonome voertuigen continu snelle verbindingen en datanetwerken met lage latentie nodig om veilig te kunnen werken.Op medisch gebied zullen ultrasnelle en betrouwbare gegevensstromen nodig zijn om chirurgen op afstand in staat te stellen nauwkeurige medische procedures uit te voeren.
Tien jaar Millimeter Wave-innovatie
Filtronic is een toonaangevende expert op het gebied van millimetergolfcommunicatietechnologie in het Verenigd Koninkrijk.Wij zijn een van de weinige bedrijven in het VK die op grote schaal geavanceerde millimetergolfcommunicatiecomponenten kunnen ontwerpen en produceren.We hebben interne RF-ingenieurs (inclusief millimetergolfexperts) die nodig zijn om nieuwe millimetergolftechnologieën te conceptualiseren, ontwerpen en ontwikkelen.
In het afgelopen decennium hebben we samengewerkt met toonaangevende mobiele telecommunicatiebedrijven om een ​​reeks microgolf- en millimetergolfzendontvangers, eindversterkers en subsystemen voor backhaul-netwerken te ontwikkelen.Ons nieuwste product werkt in de E-band, wat een potentiële oplossing biedt voor feederlinks met ultrahoge capaciteit in satellietcommunicatie.In de afgelopen tien jaar is het geleidelijk aangepast en verbeterd, waardoor het gewicht en de kosten zijn verlaagd, de prestaties zijn verbeterd en de productieprocessen zijn verbeterd om de productie te verhogen.Satellietbedrijven kunnen nu jaren van intern testen en ontwikkelen vermijden door deze beproefde ruimte-implementatietechnologie toe te passen.
We zijn toegewijd aan de voorhoede van innovatie, het intern creëren van technologie en het gezamenlijk ontwikkelen van interne massaproductieprocessen.We zijn altijd toonaangevend op het gebied van innovatie om ervoor te zorgen dat onze technologie klaar is voor implementatie terwijl regelgevende instanties nieuwe frequentiebanden openen.
We zijn al bezig met het ontwikkelen van W-band- en D-band-technologieën om de komende jaren het hoofd te bieden aan congestie en toenemend dataverkeer in de E-band.We werken samen met industriële klanten om hen te helpen een concurrentievoordeel op te bouwen door middel van marginale inkomsten wanneer nieuwe frequentiebanden open zijn.
Wat is de volgende stap voor millimetergolven?
De bezettingsgraad van data zal zich maar in één richting ontwikkelen en ook de technologie die afhankelijk is van data wordt steeds beter.Augmented reality is gearriveerd en IoT-apparaten worden alomtegenwoordig.Naast huishoudelijke toepassingen, verschuift alles, van grote industriële processen tot olie- en gasvelden en kerncentrales, naar IoT-technologie voor bewaking op afstand, waardoor er minder handmatige tussenkomst nodig is bij het bedienen van deze complexe faciliteiten.Het succes van deze en andere technologische ontwikkelingen zal afhangen van de betrouwbaarheid, snelheid en kwaliteit van de datanetwerken die ze ondersteunen – en millimetergolven zorgen voor de vereiste capaciteit.
Millimetergolven hebben het belang van frequenties onder de 6GHz op het gebied van draadloze communicatie niet verminderd.Integendeel, het is een belangrijke aanvulling op het spectrum, waardoor verschillende toepassingen met succes kunnen worden geleverd, met name toepassingen die grote datapakketten, lage latentie en hogere verbindingsdichtheid vereisen.

Het gebruik van millimetergolven om de verwachtingen en kansen van nieuwe datagerelateerde technologieën waar te maken, is overtuigend.Maar er zijn ook uitdagingen.
Regelgeving is een uitdaging.Het is onmogelijk om de hogere millimetergolffrequentieband binnen te gaan totdat regelgevende instanties vergunningen afgeven voor specifieke toepassingen.Desalniettemin betekent de voorspelde exponentiële groei van de vraag dat regelgevers onder toenemende druk staan ​​om meer spectrum vrij te geven om congestie en interferentie te voorkomen.Het delen van spectrum tussen passieve toepassingen en actieve toepassingen zoals meteorologische satellieten vereist ook belangrijke discussies over commerciële toepassingen, die bredere frequentiebanden en een meer continu spectrum mogelijk zullen maken zonder over te stappen naar de Asia Pacific Hz-frequentie.
Bij het benutten van de kansen die nieuwe bandbreedte biedt, is het belangrijk om over geschikte technologieën te beschikken om communicatie met hogere frequenties te bevorderen.Daarom ontwikkelt Filtronic W-band- en D-band-technologieën voor de toekomst.Dit is ook de reden waarom we samenwerken met universiteiten, overheden en industrieën om de ontwikkeling van vaardigheden en kennis te bevorderen op de gebieden die nodig zijn om te voldoen aan toekomstige behoeften op het gebied van draadloze technologie.Als het VK het voortouw wil nemen bij de ontwikkeling van toekomstige wereldwijde datacommunicatienetwerken, moet het overheidsinvesteringen kanaliseren in de juiste gebieden van RF-technologie.
Als partner in de academische wereld, de overheid en het bedrijfsleven speelt Filtronic een leidende rol bij het ontwikkelen van geavanceerde communicatietechnologieën die nieuwe functionaliteiten en mogelijkheden moeten bieden in een wereld waar steeds meer data nodig zijn.