Comunicación de ondas milimétricas

Onda milimétrica(mmWave) é a banda do espectro electromagnético cunha lonxitude de onda entre 10 mm (30 GHz) e 1 mm (300 GHz).A Unión Internacional de Telecomunicacións (ITU) denomínase banda de frecuencia extremadamente alta (EHF).As ondas milimétricas sitúanse entre as ondas de microondas e infravermellas no espectro e pódense usar para varias aplicacións de comunicación sen fíos de alta velocidade, como enlaces de backhaul punto a punto.
As macrotendencias aceleran o crecemento dos datos
Coa crecente demanda global de datos e conectividade, as bandas de frecuencia que se usan actualmente para a comunicación sen fíos están cada vez máis abarrotadas, o que impulsa a demanda de acceso a un ancho de banda de frecuencia máis elevado dentro do espectro de ondas milimétricas.Moitas tendencias macro aceleraron a demanda de maior capacidade e velocidade de datos.
1. A cantidade e tipos de datos xerados e procesados ​​polo big data aumentan exponencialmente cada día.O mundo depende da transmisión a alta velocidade de grandes cantidades de datos en incontables dispositivos cada segundo.En 2020, cada persoa xerou 1,7 MB de datos por segundo.(Fonte: IBM).A principios de 2020, o volume global de datos estimouse en 44ZB (Foro Económico Mundial).Para 2025, espérase que a creación global de datos alcance máis de 175 ZB.Noutras palabras, almacenar unha cantidade tan grande de datos require 12.500 millóns dos discos duros máis grandes actuais.(Corporación Internacional de Datos)
Segundo estimacións das Nacións Unidas, 2007 foi o primeiro ano no que a poboación urbana superou á poboación rural.Esta tendencia segue en curso, e espérase que para 2050 máis de dous terzos da poboación mundial resida en zonas urbanas.Isto provocou unha presión crecente sobre as infraestruturas de telecomunicacións e datos nestas zonas densamente poboadas.
3. A crise mundial multipolar e a inestabilidade, desde as pandemias ata as turbulencias políticas e os conflitos, fan que os países estean cada vez máis ansiosos por desenvolver as súas capacidades soberanas para mitigar os riscos de inestabilidade global.Os gobernos de todo o mundo esperan reducir a súa dependencia das importacións doutras rexións e apoiar o desenvolvemento de produtos, tecnoloxías e infraestruturas nacionais.
4. Cos esforzos do mundo para reducir as emisións de carbono, a tecnoloxía está a abrir novas oportunidades para minimizar as viaxes con alto contido de carbono.Hoxe, as reunións e conferencias adoitan realizarse en liña.Mesmo os procedementos médicos pódense realizar de forma remota sen que os cirurxiáns acudan ao quirófano.Só os fluxos de datos de baixa latencia ultra rápidos, fiables e ininterrompidos poden lograr esta operación precisa.
Estes macrofactores fan que as persoas recompilen, transmitan e procesen cada vez máis datos a nivel mundial, e tamén requiren transmisión a velocidades máis altas e cunha latencia mínima.

Que papel poden xogar as ondas milimétricas?
O espectro de ondas milimétricas proporciona un amplo espectro continuo, o que permite unha maior transmisión de datos.Actualmente, as frecuencias de microondas utilizadas para a maioría das comunicacións sen fíos están a abarrotarse e dispersarse, especialmente con varios anchos de banda dedicados a departamentos específicos como defensa, aeroespacial e comunicación de emerxencia.
Cando moves o espectro cara arriba, a parte do espectro ininterrompido dispoñible será moito maior e a parte retida será menor.Aumentar o rango de frecuencias aumenta de forma efectiva o tamaño da "tubo" que se pode usar para transmitir datos, conseguindo así fluxos de datos máis grandes.Debido ao ancho de banda da canle moito maior das ondas milimétricas, pódense utilizar esquemas de modulación menos complexos para transmitir datos, o que pode levar a sistemas cunha latencia moito menor.
Cales son os retos?
Hai retos relacionados coa mellora do espectro.Os compoñentes e semicondutores necesarios para transmitir e recibir sinais en ondas milimétricas son máis difíciles de fabricar e hai menos procesos dispoñibles.Tamén é máis difícil fabricar compoñentes de ondas milimétricas porque son moito máis pequenos, polo que se requiren maiores tolerancias de montaxe e un deseño coidadoso de interconexións e cavidades para reducir as perdas e evitar oscilacións.
A propagación é un dos principais retos aos que se enfrontan os sinais de ondas milimétricas.A frecuencias máis altas, os sinais son máis propensos a ser bloqueados ou reducidos por obxectos físicos como paredes, árbores e edificios.Na zona do edificio, isto significa que o receptor de ondas milimétricas debe estar situado fóra do edificio para propagar o sinal internamente.Para a comunicación de backhaul e satélite a terra, é necesaria unha maior amplificación de potencia para transmitir sinais a longas distancias.No terreo, a distancia entre enlaces punto a punto non pode exceder de 1 a 5 quilómetros, en lugar da maior distancia que poden alcanzar as redes de baixa frecuencia.
Isto significa, por exemplo, que nas zonas rurais necesítanse máis estacións base e antenas para transmitir sinais de ondas milimétricas a longas distancias.A instalación desta infraestrutura adicional require máis tempo e custo.Nos últimos anos, o despregue da constelación de satélites tentou resolver este problema, e estas constelacións de satélites volveu tomar ondas milimétricas como o núcleo da súa arquitectura.
Onde está o mellor despregamento para ondas milimétricas?
A curta distancia de propagación das ondas milimétricas fai que sexan moi adecuadas para a súa implantación en zonas urbanas densamente poboadas e con alto tráfico de datos.A alternativa ás redes sen fíos son as redes de fibra óptica.Nas zonas urbanas, escavar estradas para instalar novas fibras ópticas é extremadamente caro, destrutivo e lento.Pola contra, as conexións de ondas milimétricas pódense establecer de forma eficiente cuns custos de interrupción mínimos en poucos días.
A taxa de datos alcanzada polos sinais de ondas milimétricas é comparable á das fibras ópticas, ao tempo que proporciona unha menor latencia.Cando necesitas un fluxo de información moi rápido e unha latencia mínima, as ligazóns sen fíos son a primeira opción; é por iso que úsanse nas bolsas de valores onde a latencia de milisegundos pode ser crítica.
Nas zonas rurais, o custo da instalación de cables de fibra óptica adoita ser prohibitivo debido á distancia que supón.Como se mencionou anteriormente, as redes de torres de ondas milimétricas tamén requiren importantes investimentos en infraestruturas.A solución que aquí se presenta é utilizar satélites de órbita terrestre baixa (LEO) ou pseudosatélites de gran altitude (HAPS) para conectar datos a áreas remotas.As redes LEO e HAPS significan que non hai necesidade de instalar fibra óptica nin construír redes sen fíos punto a punto de curta distancia, aínda que proporcionan excelentes taxas de datos.A comunicación por satélite xa utilizou sinais de ondas milimétricas, xeralmente no extremo inferior do espectro: banda de frecuencia Ka (27-31GHz).Hai espazo para expandirse a frecuencias máis altas, como as bandas de frecuencia Q/V e E, especialmente a estación de retorno de datos ao chan.
O mercado de retorno das telecomunicacións está nunha posición de liderado na transición das frecuencias de microondas a ondas milimétricas.Isto débese ao aumento dos dispositivos de consumo (dispositivos portátiles, portátiles e Internet das cousas (IoT)) durante a última década, o que acelerou a demanda de datos máis rápidos.
Agora, os operadores de satélites esperan seguir o exemplo das empresas de telecomunicacións e ampliar o uso de ondas milimétricas nos sistemas LEO e HAPS.Anteriormente, os satélites tradicionais de órbita ecuatorial xeoestacionaria (GEO) e de órbita terrestre media (MEO) estaban demasiado lonxe da Terra para establecer enlaces de comunicación para os consumidores a frecuencias de ondas milimétricas.Non obstante, a expansión dos satélites LEO permite agora establecer enlaces de ondas milimétricas e crear as redes de alta capacidade necesarias a nivel mundial.
Outras industrias tamén teñen un gran potencial para utilizar a tecnoloxía de ondas milimétricas.Na industria do automóbil, os vehículos autónomos requiren conexións continuas de alta velocidade e redes de datos de baixa latencia para funcionar con seguridade.No ámbito médico, serán necesarios fluxos de datos ultra rápidos e fiables para que os cirurxiáns situados de xeito remoto poidan executar procedementos médicos precisos.
Dez anos de innovación en ondas milimétricas
Filtronic é un experto líder en tecnoloxía de comunicación de ondas milimétricas no Reino Unido.Somos unha das poucas empresas do Reino Unido que pode deseñar e fabricar compoñentes avanzados de comunicación de ondas milimétricas a gran escala.Contamos con enxeñeiros de RF internos (incluídos expertos en ondas milimétricas) necesarios para conceptualizar, deseñar e desenvolver novas tecnoloxías de ondas milimétricas.
Na última década, colaboramos con empresas líderes de telecomunicacións móbiles para desenvolver unha serie de transceptores de microondas e ondas milimétricas, amplificadores de potencia e subsistemas para redes de backhaul.O noso último produto opera na banda E, que ofrece unha solución potencial para enlaces de alimentación de ultra alta capacidade nas comunicacións por satélite.Durante a última década, foi axustándose e mellorando gradualmente, reducindo peso e custo, mellorando o rendemento e mellorando os procesos de fabricación para aumentar a produción.As empresas de satélites agora poden evitar anos de probas internas e desenvolvemento adoptando esta tecnoloxía de implantación espacial comprobada.
Estamos comprometidos coa vangarda da innovación, creando tecnoloxía internamente e desenvolvendo conxuntamente procesos internos de fabricación en masa.Sempre lideramos o mercado en innovación para garantir que a nosa tecnoloxía estea lista para a súa implantación a medida que as axencias reguladoras abren novas bandas de frecuencia.
Xa estamos a desenvolver tecnoloxías de banda W e banda D para facer fronte á conxestión e ao maior tráfico de datos na banda E nos próximos anos.Traballamos con clientes do sector para axudalos a crear vantaxes competitivas mediante ingresos marxinais cando se abren novas bandas de frecuencia.
Cal é o seguinte paso para as ondas milimétricas?
A taxa de utilización dos datos só se desenvolverá nunha dirección, e a tecnoloxía que depende dos datos tamén está a mellorar constantemente.A realidade aumentada chegou e os dispositivos IoT están a ser omnipresentes.Ademais das aplicacións domésticas, todo, desde os principais procesos industriais ata os campos de petróleo e gas e as centrais nucleares, está a cambiar cara á tecnoloxía IoT para o seguimento remoto, reducindo a necesidade de intervención manual ao operar estas complexas instalacións.O éxito destes e outros avances tecnolóxicos dependerá da fiabilidade, velocidade e calidade das redes de datos que os soportan, e as ondas milimétricas proporcionan a capacidade necesaria.
As ondas milimétricas non reduciron a importancia das frecuencias inferiores a 6 GHz no campo da comunicación sen fíos.Pola contra, é un complemento importante do espectro, que permite entregar con éxito diferentes aplicacións, especialmente aquelas que requiren grandes paquetes de datos, baixa latencia e maior densidade de conexión.

O caso de utilizar ondas milimétricas para acadar as expectativas e oportunidades das novas tecnoloxías relacionadas con datos é convincente.Pero tamén hai retos.
A regulación é un reto.É imposible entrar na banda de frecuencia de ondas milimétricas máis alta ata que as autoridades reguladoras emitan licenzas para aplicacións específicas.Non obstante, o crecemento exponencial previsto da demanda significa que os reguladores están baixo unha presión crecente para liberar máis espectro para evitar conxestión e interferencia.O intercambio de espectro entre aplicacións pasivas e aplicacións activas, como os satélites meteorolóxicos, tamén require importantes discusións sobre aplicacións comerciais, que permitirán bandas de frecuencia máis amplas e un espectro máis continuo sen moverse á frecuencia de Asia-Pacífico Hz.
Á hora de aproveitar as oportunidades que ofrece o novo ancho de banda, é importante contar con tecnoloxías axeitadas para promover a comunicación de maior frecuencia.É por iso que Filtronic está a desenvolver tecnoloxías de banda W e banda D para o futuro.Tamén é por iso que colaboramos con universidades, gobernos e industrias para promover o desenvolvemento de habilidades e coñecementos nos campos necesarios para satisfacer as futuras necesidades de tecnoloxía sen fíos.Se o Reino Unido quere asumir o liderado no desenvolvemento de futuras redes globais de comunicación de datos, debe canalizar o investimento do goberno nas áreas correctas da tecnoloxía de RF.
Como socio no ámbito académico, gobernamental e industrial, Filtronic xoga un papel destacado no desenvolvemento de tecnoloxías de comunicación avanzadas que precisan ofrecer novas funcionalidades e posibilidades nun mundo onde se necesitan cada vez máis datos.