תקשורת גלים מילימטרית

גל מילימטר(mmWave) הוא פס הספקטרום האלקטרומגנטי עם אורך גל בין 10 מ"מ (30 גיגה-הרץ) ל-1 מ"מ (300 גיגה-הרץ).זה מכונה פס התדרים הגבוהים במיוחד (EHF) על ידי איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ITU).גלים מילימטריים ממוקמים בין גלי מיקרוגל ואינפרא אדום בספקטרום וניתן להשתמש בהם עבור יישומי תקשורת אלחוטיים במהירות גבוהה, כגון קישורי אחורי נקודה לנקודה.
מגמות מאקרו מאיצות את צמיחת הנתונים
עם הביקוש הגלובלי הגובר לנתונים וקישוריות, פסי התדרים המשמשים כיום לתקשורת אלחוטית הפכו צפופים יותר, מה שמניע את הדרישה לגישה לרוחב פס תדר גבוה יותר בספקטרום הגלים המילימטריים.מגמות מאקרו רבות האיצו את הדרישה לקיבולת ומהירות נתונים גדולים יותר.
1. כמות וסוגי הנתונים שנוצרים ומעובדים על ידי ביג דאטה גדלים באופן אקספוננציאלי מדי יום.העולם מסתמך על שידור מהיר של כמויות גדולות של נתונים באינספור מכשירים בכל שנייה.בשנת 2020, כל אדם ייצר 1.7 מגה-בייט של נתונים בשנייה.(מקור: IBM).בתחילת 2020, נפח הנתונים העולמי הוערך ב-44ZB (הפורום הכלכלי העולמי).עד 2025, יצירת הנתונים העולמית צפויה להגיע ליותר מ-175 ZB.במילים אחרות, אחסון כמות כה גדולה של נתונים דורש 12.5 מיליארד מהכוננים הקשיחים הגדולים ביותר של ימינו.(International Data Corporation)
לפי הערכות של האו"ם, 2007 הייתה השנה הראשונה שבה האוכלוסייה העירונית עלתה על האוכלוסייה הכפרית.מגמה זו עדיין נמשכת, והצפוי שעד שנת 2050 יותר משני שלישים מאוכלוסיית העולם יתגוררו באזורים עירוניים.זה הביא ללחץ גובר על תשתיות טלקומוניקציה ונתונים באזורים צפופים אלה.
3. המשבר העולמי הרב-קוטבי וחוסר היציבות, ממגיפות ועד מהומה פוליטית וסכסוכים, גורמים לכך שמדינות משתוקקות יותר ויותר לפתח את היכולות הריבוניות שלהן כדי להפחית את הסיכונים של חוסר יציבות עולמית.ממשלות ברחבי העולם מקווים להפחית את תלותן ביבוא מאזורים אחרים ולתמוך בפיתוח מוצרים מקומיים, טכנולוגיות ותשתיות.
4. עם המאמצים של העולם להפחית את פליטת הפחמן, הטכנולוגיה פותחת הזדמנויות חדשות למזער נסיעות גבוהות בפחמן.כיום פגישות וכנסים מתקיימים בדרך כלל באינטרנט.אפילו הליכים רפואיים יכולים להתבצע מרחוק ללא צורך בכניסת מנתחים לחדר הניתוח.רק זרמי נתונים מהירים במיוחד, אמינים וללא הפרעות עם זמן אחזור נמוך יכולים להשיג את הפעולה המדויקת הזו.
גורמי מאקרו אלו מניעים אנשים לאסוף, לשדר ולעבד עוד ועוד נתונים ברחבי העולם, וגם דורשים שידור במהירויות גבוהות יותר ועם חביון מינימלי.

איזה תפקיד יכולים למלא גלי מילימטר?
ספקטרום הגלים המילימטריים מספק ספקטרום רציף רחב, המאפשר שידור נתונים גבוה יותר.נכון לעכשיו, תדרי המיקרוגל המשמשים לרוב התקשורת האלחוטית הופכים צפופים ומפוזרים, במיוחד עם מספר רוחבי פס המוקדשים למחלקות ספציפיות כמו הגנה, תעופה וחלל ותקשורת חירום.
כאשר אתה מזיז את הספקטרום למעלה, חלק הספקטרום הבלתי מופרע הזמין יהיה הרבה יותר גדול והחלק השמור יהיה קטן יותר.הגדלת טווח התדרים מגדילה למעשה את גודל "הצינור" שניתן להשתמש בו להעברת נתונים, ובכך להשיג זרמי נתונים גדולים יותר.בשל רוחב הפס הערוצים הגדול בהרבה של גלי מילימטר, ניתן להשתמש בסכימות אפנון פחות מורכבות להעברת נתונים, מה שעלול להוביל למערכות עם חביון נמוך בהרבה.
מהם האתגרים?
ישנם אתגרים קשורים בשיפור הספקטרום.הרכיבים והמוליכים למחצה הנדרשים לשידור וקליטת אותות על גלי מילימטר קשים יותר לייצור - ויש פחות תהליכים זמינים.ייצור רכיבי גל מילימטרים הוא גם קשה יותר מכיוון שהם הרבה יותר קטנים, הדורשים סובלנות הרכבה גבוהה יותר ותכנון קפדני של חיבורים וחללים כדי להפחית הפסדים ולהימנע מתנודות.
התפשטות היא אחד האתגרים העיקריים העומדים בפני אותות גל מילימטר.בתדרים גבוהים יותר, סביר יותר שאותות ייחסמו או יצטמצמו על ידי עצמים פיזיים כגון קירות, עצים ובניינים.בשטח הבניין, משמעות הדבר היא שמקלט גל המילימטר צריך להיות ממוקם מחוץ לבניין כדי להפיץ את האות פנימה.לתקשורת backhaul ולוויין לקרקע, נדרשת הגברה גדולה יותר להעברת אותות למרחקים ארוכים.על הקרקע, המרחק בין קישורים מנקודה לנקודה לא יכול לעלות על 1 עד 5 קילומטרים, במקום המרחק הגדול יותר שרשתות בתדר נמוך יכולות להשיג.
המשמעות היא, למשל, באזורים כפריים, יש צורך ביותר תחנות בסיס ואנטנות להעברת אותות גל מילימטרים למרחקים ארוכים.התקנת תשתית נוספת זו דורשת יותר זמן ועלות.בשנים האחרונות, פריסת קבוצת הלוויינים ניסתה לפתור בעיה זו, וקונסטלציות הלווייניות הללו שוב תופסות גל מילימטרים כליבת הארכיטקטורה שלהן.
היכן הפריסה הטובה ביותר עבור גלי מילימטר?
מרחק ההתפשטות הקצר של גלי מילימטר הופך אותם למתאימים מאוד לפריסה באזורים עירוניים מאוכלסים בצפיפות עם תעבורת נתונים גבוהה.האלטרנטיבה לרשתות אלחוטיות היא רשתות סיבים אופטיים.באזורים עירוניים, חפירת כבישים לצורך התקנת סיבים אופטיים חדשים היא יקרה ביותר, הרסנית וגוזלת זמן רב.להיפך, ניתן ליצור חיבורי גל מילימטר ביעילות עם עלויות הפרעה מינימליות תוך מספר ימים.
קצב הנתונים שהושג על ידי אותות גל מילימטר דומה לזה של סיבים אופטיים, תוך מתן חביון נמוך יותר.כאשר אתה צריך זרימת מידע מהירה מאוד והשהייה מינימלית, קישורים אלחוטיים הם הבחירה הראשונה - זו הסיבה שהם משמשים בבורסות שבהן זמן השהייה של אלפיות השנייה יכול להיות קריטי.
באזורים כפריים, עלות התקנת כבלי סיבים אופטיים היא לרוב גזירה בגלל המרחק הכרוך בכך.כאמור לעיל, גם רשתות מגדלי גל מילימטר דורשות השקעת תשתית משמעותית.הפתרון המוצג כאן הוא להשתמש בלוויינים במסלול נמוך (LEO) או בלווייני פסאודו בגובה רב (HAPS) כדי לחבר נתונים לאזורים מרוחקים.רשתות LEO ו-HAPS אומרות שאין צורך להתקין סיבים אופטיים או לבנות רשתות אלחוטיות מנקודה לנקודה למרחק קצר, תוך מתן קצבי נתונים מצוינים.תקשורת לוויינית כבר השתמשה באותות גלים מילימטריים, בדרך כלל בקצה הנמוך של הספקטרום - פס תדר Ka (27-31GHz).יש מקום להתרחב לתדרים גבוהים יותר, כמו פסי התדר Q/V ו-E, במיוחד תחנת ההחזרה לנתונים לקרקע.
שוק החזרות הטלקומוניקציה נמצא בעמדה מובילה במעבר מתדרי גל מיקרוגל לתדרי מילימטר.זה מונע על ידי הזינוק במכשירי הצרכן (מכשירי כף יד, מחשבים ניידים ואינטרנט של הדברים (IoT)) בעשור האחרון, מה שהאיץ את הביקוש למידע נוסף ומהיר יותר.
כעת, מפעילי הלוויין מקווים ללכת בעקבות חברות התקשורת ולהרחיב את השימוש בגלי מילימטרים במערכות LEO ו-HAPS.בעבר, לוויינים מסורתיים גיאוסטציונריים משווניים (GEO) ומסלולי כדור הארץ בינוניים (MEO) היו רחוקים מדי מכדור הארץ כדי ליצור קישורי תקשורת לצרכנים בתדרי גל מילימטרים.עם זאת, הרחבת לווייני LEO מאפשרת כעת ליצור קישורי גל מילימטרים וליצור רשתות בעלות קיבולת גבוהה הדרושות בעולם.
גם לתעשיות אחרות יש פוטנציאל גדול להשתמש בטכנולוגיית גלי מילימטר.בתעשיית הרכב, כלי רכב אוטונומיים דורשים חיבורים רציפים במהירות גבוהה ורשתות נתונים עם אחזור נמוך כדי לפעול בבטחה.בתחום הרפואי, יהיה צורך בזרמי נתונים מהירים ואמינים במיוחד כדי לאפשר למנתחים הממוקמים מרחוק לבצע הליכים רפואיים מדויקים.
עשר שנים של חדשנות בגלי מילימטר
Filtronic היא מומחית מובילה בטכנולוגיית תקשורת גלי מילימטר בבריטניה.אנחנו אחת החברות הבודדות בבריטניה שיכולות לתכנן ולייצר רכיבי תקשורת מתקדמים בגלי מילימטר בקנה מידה גדול.יש לנו מהנדסי RF פנימיים (כולל מומחי גלי מילימטר) הדרושים להמשגה, עיצוב ופיתוח טכנולוגיות חדשות של גלי מילימטר.
בעשור האחרון, שיתפנו פעולה עם חברות טלקומוניקציה ניידות מובילות לפיתוח סדרה של משדרים למיקרוגל וגלי מילימטר, מגברי הספק ותתי מערכות לרשתות backhaul.המוצר האחרון שלנו פועל ב-E-band, המספק פתרון פוטנציאלי לקישורי הזנה בעלי קיבולת גבוהה במיוחד בתקשורת לוויינית.במהלך העשור האחרון, הוא עבר התאמה ושופר בהדרגה, תוך הפחתת משקל ועלות, שיפור ביצועים ושיפור תהליכי ייצור להגדלת הייצור.חברות לוויין יכולות כעת להימנע משנים של בדיקות ופיתוח פנימיים על ידי אימוץ טכנולוגיית פריסת חלל מוכחת זו.
אנו מחויבים לחזית החדשנות, יצירת טכנולוגיה פנימית ומפתחים במשותף תהליכי ייצור המוני פנימיים.אנו תמיד מובילים את שוק החדשנות כדי להבטיח שהטכנולוגיה שלנו מוכנה לפריסה כאשר סוכנויות רגולטוריות פותחות רצועות תדרים חדשים.
אנחנו כבר מפתחים טכנולוגיות W-band ו-D-band כדי להתמודד עם עומס ותעבורת נתונים גדולה יותר ב-E-band בשנים הקרובות.אנו עובדים עם לקוחות בתעשייה כדי לעזור להם לבנות יתרון תחרותי באמצעות הכנסות שוליות כאשר רצועות תדרים חדשים פתוחים.
מהו השלב הבא עבור גלי מילימטר?
קצב ניצול הנתונים יתפתח רק בכיוון אחד, וגם הטכנולוגיה הנשענת על נתונים משתפרת כל הזמן.המציאות המוגברת הגיעה, ומכשירי IoT הופכים להיות נפוצים בכל מקום.בנוסף ליישומים ביתיים, כל דבר, החל מתהליכים תעשייתיים גדולים ועד לשדות נפט וגז ותחנות כוח גרעיניות עובר לכיוון טכנולוגיית IoT לניטור מרחוק - מה שמפחית את הצורך בהתערבות ידנית בעת הפעלת מתקנים מורכבים אלה.הצלחתן של התקדמות טכנולוגית אלו ואחרות תהיה תלויה באמינות, במהירות ובאיכות של רשתות הנתונים התומכות בהן - וגלים מילימטריים מספקים את הקיבולת הנדרשת.
גלי מילימטר לא הפחיתו את חשיבותם של תדרים מתחת ל-6GHz בתחום התקשורת האלחוטית.להיפך, הוא מהווה השלמה חשובה לספקטרום, המאפשר אספקה ​​מוצלחת של יישומים שונים, במיוחד אלה הדורשים חבילות נתונים גדולות, חביון נמוך וצפיפות חיבור גבוהה יותר.

המקרה של שימוש בגלי מילימטר כדי להשיג את הציפיות וההזדמנויות של טכנולוגיות חדשות הקשורות לנתונים משכנע.אבל יש גם אתגרים.
רגולציה היא אתגר.אי אפשר להיכנס לתחום תדר הגלים הגבוה במילימטר עד שהרשויות הרגולטוריות מוציאות רישיונות ליישומים ספציפיים.עם זאת, הצמיחה האקספוננציאלית החזויה של הביקוש פירושה שהרגולטורים נמצאים תחת לחץ גובר לשחרר יותר ספקטרום כדי למנוע גודש והפרעות.שיתוף הספקטרום בין יישומים פסיביים ליישומים אקטיביים כמו לוויינים מטאורולוגיים מצריך גם דיונים חשובים על יישומים מסחריים, שיאפשרו פסי תדר רחבים יותר וספקטרום רציף יותר מבלי לעבור לתדר ה-Hz באסיה פסיפיק.
כאשר מנצלים את ההזדמנויות שמספק רוחב פס חדש, חשוב שיהיו טכנולוגיות מתאימות לקידום תקשורת בתדר גבוה יותר.זו הסיבה ש- Filtronic מפתחת טכנולוגיות W-band ו-D-band לעתיד.זו גם הסיבה שאנו משתפים פעולה עם אוניברסיטאות, ממשלות ותעשיות כדי לקדם פיתוח מיומנויות וידע בתחומים הנדרשים כדי לענות על צורכי הטכנולוגיה האלחוטית העתידית.אם בריטניה רוצה להוביל בפיתוח רשתות תקשורת נתונים גלובליות עתידיות, עליה לתעל השקעות ממשלתיות לתחומים הנכונים של טכנולוגיית RF.
כשותפה באקדמיה, בממשל ובתעשייה, Filtronic ממלאת תפקיד מוביל בפיתוח טכנולוגיות תקשורת מתקדמות שצריכות לספק פונקציונליות ואפשרויות חדשות בעולם שבו יש צורך יותר ויותר בנתונים.