Comunicació d'ones mil·límetres

Ona mil·limètrica(mmWave) és la banda de l'espectre electromagnètic amb una longitud d'ona entre 10 mm (30 GHz) i 1 mm (300 GHz).La Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU) l'anomena banda de freqüència extremadament alta (EHF).Les ones mil·límetres es troben entre les ones de microones i infrarojes de l'espectre i es poden utilitzar per a diverses aplicacions de comunicació sense fils d'alta velocitat, com ara enllaços de backhaul punt a punt.
Les tendències macroacceleren el creixement de les dades
Amb l'augment de la demanda global de dades i connectivitat, les bandes de freqüència que s'utilitzen actualment per a la comunicació sense fil s'han tornat cada cop més multitudinàries, impulsant la demanda d'accés a una amplada de banda de freqüència més alta dins de l'espectre d'ones mil·límetres.Moltes tendències macro han accelerat la demanda de capacitat i velocitat de dades més grans.
1. La quantitat i els tipus de dades generades i processades pel big data augmenten de manera exponencial cada dia.El món depèn de la transmissió d'alta velocitat de grans quantitats de dades en innombrables dispositius cada segon.El 2020, cada persona va generar 1,7 MB de dades per segon.(Font: IBM).A principis de 2020, el volum global de dades es calculava en 44ZB (Fòrum Econòmic Mundial).L'any 2025, s'espera que la creació de dades global arribi a més de 175 ZB.En altres paraules, emmagatzemar una quantitat tan gran de dades requereix 12.500 milions dels discs durs més grans actuals.(Corporació Internacional de Dades)
Segons les estimacions de les Nacions Unides, el 2007 va ser el primer any en què la població urbana va superar la població rural.Aquesta tendència encara es manté, i s'espera que l'any 2050 més de dos terços de la població mundial resideixin en zones urbanes.Això ha comportat una pressió creixent sobre les infraestructures de telecomunicacions i dades en aquestes zones densament poblades.
3. La crisi global multipolar i la inestabilitat, des de pandèmies fins a turbulències polítiques i conflictes, fan que els països tinguin cada cop més ganes de desenvolupar les seves capacitats sobiranes per mitigar els riscos d'inestabilitat global.Els governs de tot el món esperen reduir la seva dependència de les importacions d'altres regions i donar suport al desenvolupament de productes, tecnologies i infraestructures nacionals.
4. Amb els esforços del món per reduir les emissions de carboni, la tecnologia està obrint noves oportunitats per minimitzar els viatges amb alt contingut de carboni.Avui en dia, les reunions i conferències se solen fer en línia.Fins i tot els procediments mèdics es poden executar de forma remota sense la necessitat que els cirurgians vinguin al quiròfan.Només els fluxos de dades de baixa latència ultra ràpids, fiables i ininterromputs poden aconseguir aquesta operació precisa.
Aquests macrofactors fan que les persones recullin, transmetin i processin cada cop més dades a nivell mundial, i també requereixen transmissió a velocitats més altes i amb una latència mínima.

Quin paper poden tenir les ones mil·límetres?
L'espectre d'ones mil·limètriques proporciona un ampli espectre continu, permetent una major transmissió de dades.Actualment, les freqüències de microones que s'utilitzen per a la majoria de les comunicacions sense fil s'estan amuntegant i es dispersen, especialment amb diversos amples de banda dedicats a departaments específics com ara defensa, aeroespacial i comunicacions d'emergència.
Quan moveu l'espectre cap amunt, la part d'espectre ininterrompuda disponible serà molt més gran i la part retinguda serà menor.Augmentar el rang de freqüències augmenta efectivament la mida de la "canalització" que es pot utilitzar per transmetre dades, aconseguint així fluxos de dades més grans.A causa de l'amplada de banda del canal molt més gran de les ones mil·límetres, es poden utilitzar esquemes de modulació menys complexos per transmetre dades, cosa que pot conduir a sistemes amb una latència molt menor.
Quins són els reptes?
Hi ha reptes relacionats en la millora de l'espectre.Els components i semiconductors necessaris per transmetre i rebre senyals en ones mil·límetres són més difícils de fabricar i hi ha menys processos disponibles.La fabricació de components d'ona mil·limètrica també és més difícil perquè són molt més petites, i requereixen toleràncies de muntatge més elevades i un disseny acurat de les interconnexions i cavitats per reduir les pèrdues i evitar oscil·lacions.
La propagació és un dels principals reptes als quals s'enfronten els senyals d'ones mil·límetres.A freqüències més altes, és més probable que els senyals es bloquegin o es redueixin per objectes físics com ara parets, arbres i edificis.A l'àrea de l'edifici, això significa que el receptor d'ones mil·límetres ha d'estar situat fora de l'edifici per propagar el senyal internament.Per a la comunicació de backhaul i satèl·lit a terra, es requereix una major amplificació de potència per transmetre senyals a llargues distàncies.A terra, la distància entre enllaços punt a punt no pot superar els 1-5 quilòmetres, en lloc de la distància més gran que poden assolir les xarxes de baixa freqüència.
Això vol dir, per exemple, a les zones rurals, es necessiten més estacions base i antenes per transmetre senyals d'ones mil·limètriques a llargues distàncies.La instal·lació d'aquesta infraestructura addicional requereix més temps i més cost.En els últims anys, el desplegament de la constel·lació de satèl·lit ha intentat resoldre aquest problema, i aquestes constel·lacions de satèl·lit tornen a prendre l'ona mil·limètrica com a nucli de la seva arquitectura.
On és el millor desplegament per a ones mil·límetres?
La curta distància de propagació de les ones mil·límetres les fa molt adequades per al desplegament en zones urbanes densament poblades amb un gran trànsit de dades.L'alternativa a les xarxes sense fil són les xarxes de fibra òptica.A les zones urbanes, excavar carreteres per instal·lar noves fibres òptiques és extremadament costós, destructiu i requereix molt de temps.Per contra, les connexions d'ones mil·limètriques es poden establir de manera eficient amb uns costos d'interrupció mínims en pocs dies.
La velocitat de dades aconseguida pels senyals d'ones mil·límetres és comparable a la de les fibres òptiques, alhora que ofereix una latència més baixa.Quan necessiteu un flux d'informació molt ràpid i una latència mínima, els enllaços sense fil són la primera opció, per això s'utilitzen a les borses on la latència de mil·lisegons pot ser crítica.
A les zones rurals, el cost d'instal·lar cables de fibra òptica sovint és prohibitiu a causa de la distància que comporta.Com s'ha esmentat anteriorment, les xarxes de torres d'ones mil·límetres també requereixen una inversió important en infraestructura.La solució que es presenta aquí és utilitzar satèl·lits d'òrbita terrestre baixa (LEO) o pseudosatèl·lits d'altitud (HAPS) per connectar dades a zones remotes.Les xarxes LEO i HAPS signifiquen que no cal instal·lar fibra òptica ni construir xarxes sense fil punt a punt de curta distància, alhora que ofereixen excel·lents taxes de dades.La comunicació per satèl·lit ja ha utilitzat senyals d'ones mil·límetres, generalment a l'extrem baix de l'espectre: banda de freqüència Ka (27-31 GHz).Hi ha espai per expandir-se a freqüències més altes, com ara les bandes de freqüència Q/V i E, especialment l'estació de retorn de dades a terra.
El mercat de retorn de les telecomunicacions es troba en una posició de lideratge en la transició de les freqüències de microones a ones mil·limètriques.Això és impulsat per l'augment dels dispositius de consum (dispositius de mà, ordinadors portàtils i Internet de les coses (IoT)) durant l'última dècada, que ha accelerat la demanda de dades més ràpides i més ràpides.
Ara, els operadors de satèl·lits esperen seguir l'exemple de les empreses de telecomunicacions i ampliar l'ús d'ones mil·límetres als sistemes LEO i HAPS.Anteriorment, els satèl·lits tradicionals d'òrbita equatorial geoestacionària (GEO) i d'òrbita terrestre mitjana (MEO) estaven massa lluny de la Terra per establir enllaços de comunicació dels consumidors a freqüències d'ones mil·límetres.Tanmateix, l'expansió dels satèl·lits LEO permet ara establir enllaços d'ones mil·límetres i crear les xarxes d'alta capacitat necessàries a nivell mundial.
Altres indústries també tenen un gran potencial per utilitzar la tecnologia d'ones mil·límetres.A la indústria de l'automòbil, els vehicles autònoms requereixen connexions contínues d'alta velocitat i xarxes de dades de baixa latència per funcionar amb seguretat.En l'àmbit mèdic, es necessitaran fluxos de dades ultra ràpids i fiables per permetre als cirurgians ubicats a distància per executar procediments mèdics precisos.
Deu anys d'innovació en ones mil·límetres
Filtronic és un expert líder en tecnologia de comunicació d'ones mil·límetres al Regne Unit.Som una de les poques empreses del Regne Unit que pot dissenyar i fabricar components avançats de comunicació d'ones mil·limètriques a gran escala.Tenim enginyers interns de RF (inclosos experts en ones mil·limètriques) necessaris per conceptualitzar, dissenyar i desenvolupar noves tecnologies d'ones mil·limètriques.
Durant l'última dècada, hem col·laborat amb empreses líders de telecomunicacions mòbils per desenvolupar una sèrie de transceptors de microones i ones mil·límetres, amplificadors de potència i subsistemes per a xarxes de backhaul.El nostre darrer producte opera a la banda E, que proporciona una solució potencial per a enllaços d'alimentació d'alta capacitat en comunicacions per satèl·lit.Durant l'última dècada, s'ha anat ajustant i millorant gradualment, reduint pes i costos, millorant el rendiment i millorant els processos de fabricació per augmentar la producció.Les empreses de satèl·lit ara poden evitar anys de proves internes i desenvolupament adoptant aquesta tecnologia de desplegament espacial provada.
Estem compromesos amb l'avantguarda de la innovació, creant tecnologia internament i desenvolupant conjuntament processos interns de fabricació massiva.Sempre liderem el mercat en innovació per garantir que la nostra tecnologia estigui preparada per al desplegament a mesura que les agències reguladores obren noves bandes de freqüència.
Ja estem desenvolupant tecnologies de banda W i banda D per fer front a la congestió i un major trànsit de dades a la banda E en els propers anys.Treballem amb clients del sector per ajudar-los a crear un avantatge competitiu mitjançant ingressos marginals quan s'obren noves bandes de freqüència.
Quin és el següent pas per a les ones mil·límetres?
La taxa d'utilització de les dades només es desenvoluparà en una direcció, i la tecnologia que es basa en les dades també millora constantment.La realitat augmentada ha arribat i els dispositius IoT s'estan convertint en omnipresents.A més de les aplicacions domèstiques, tot, des dels principals processos industrials fins a jaciments de petroli i gas i centrals nuclears, s'està canviant cap a la tecnologia IoT per a la supervisió remota, reduint la necessitat d'intervenció manual en operar aquestes complexes instal·lacions.L'èxit d'aquests i altres avenços tecnològics dependrà de la fiabilitat, velocitat i qualitat de les xarxes de dades que els donen suport, i les ones mil·límetres proporcionen la capacitat necessària.
Les ones mil·limètriques no han reduït la importància de les freqüències per sota dels 6GHz en el camp de la comunicació sense fil.Al contrari, és un complement important de l'espectre, que permet lliurar amb èxit diferents aplicacions, especialment aquelles que requereixen paquets de dades grans, baixa latència i densitat de connexió més alta.

El cas d'utilitzar ones mil·límetres per assolir les expectatives i oportunitats de les noves tecnologies relacionades amb les dades és convincent.Però també hi ha reptes.
La regulació és un repte.És impossible entrar a la banda de freqüència d'ona mil·limètrica més alta fins que les autoritats reguladores emetin llicències per a aplicacions específiques.No obstant això, el creixement exponencial previst de la demanda significa que els reguladors estan sota una pressió creixent per alliberar més espectre per evitar congestió i interferències.La compartició de l'espectre entre aplicacions passives i aplicacions actives, com ara satèl·lits meteorològics, també requereix discussions importants sobre aplicacions comercials, que permetran bandes de freqüència més àmplies i un espectre més continu sense moure's a la freqüència Hz d'Àsia Pacífic.
A l'hora d'aprofitar les oportunitats que ofereix el nou ample de banda, és important disposar de tecnologies adequades per afavorir la comunicació de més freqüència.És per això que Filtronic està desenvolupant tecnologies de banda W i banda D per al futur.Per això també col·laborem amb universitats, governs i indústries per promoure el desenvolupament d'habilitats i coneixements en els camps necessaris per satisfer les necessitats futures de tecnologia sense fil.Si el Regne Unit vol prendre el lideratge en el desenvolupament de futures xarxes globals de comunicació de dades, ha de canalitzar la inversió governamental cap a les àrees adequades de la tecnologia de RF.
Com a soci a l'àmbit acadèmic, governamental i industrial, Filtronic té un paper destacat en el desenvolupament de tecnologies de comunicació avançades que necessiten oferir noves funcionalitats i possibilitats en un món on les dades són cada cop més necessàries.