ارتباطات موج میلی متری

موج میلیمتری(mmWave) باند طیف الکترومغناطیسی با طول موج بین 10 میلی متر (30 گیگاهرتز) و 1 میلی متر (300 گیگاهرتز) است.اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) از آن به عنوان باند فرکانس بسیار بالا (EHF) یاد می کند.امواج میلی متری بین امواج مایکروویو و امواج مادون قرمز در طیف قرار دارند و می توانند برای کاربردهای مختلف ارتباط بی سیم با سرعت بالا، مانند لینک های بک هال نقطه به نقطه، استفاده شوند.
روندهای کلان رشد داده ها را سرعت می بخشد
با افزایش تقاضای جهانی برای داده و اتصال، باندهای فرکانسی که در حال حاضر برای ارتباطات بی‌سیم استفاده می‌شوند به طور فزاینده‌ای شلوغ شده‌اند و تقاضا برای دسترسی به پهنای باند فرکانس بالاتر در طیف موج میلی‌متری را افزایش می‌دهند.بسیاری از روندهای کلان تقاضا برای ظرفیت و سرعت داده بیشتر را تسریع کرده اند.
1. مقدار و انواع داده های تولید و پردازش شده توسط کلان داده ها هر روز به طور تصاعدی در حال افزایش است.جهان متکی به انتقال پرسرعت مقادیر زیادی داده در دستگاه های بی شماری در هر ثانیه است.در سال 2020، هر فرد 1.7 مگابایت داده در ثانیه تولید می کرد.(منبع: IBM).در ابتدای سال 2020، حجم داده های جهانی 44 ZB (مجمع جهانی اقتصاد) برآورد شد.انتظار می رود تا سال 2025، تولید داده های جهانی به بیش از 175 ZB برسد.به عبارت دیگر، ذخیره سازی چنین حجم زیادی از داده ها به 12.5 میلیارد از بزرگترین هارد دیسک های امروزی نیاز دارد.(شرکت بین المللی داده)
بر اساس برآوردهای سازمان ملل، سال 2007 اولین سالی بود که در آن جمعیت شهری از جمعیت روستایی پیشی گرفت.این روند هنوز ادامه دارد و پیش بینی می شود تا سال 2050 بیش از دو سوم جمعیت جهان در مناطق شهری ساکن شوند.این فشار فزاینده ای را بر زیرساخت های مخابراتی و داده در این مناطق پرجمعیت وارد کرده است.
3. بحران و بی ثباتی جهانی چندقطبی، از همه گیری ها گرفته تا آشفتگی های سیاسی و درگیری ها، به این معنی است که کشورها به طور فزاینده ای مشتاق توسعه توانایی های حاکمیتی خود برای کاهش خطرات بی ثباتی جهانی هستند.دولت‌ها در سراسر جهان امیدوارند وابستگی خود را به واردات از سایر مناطق کاهش دهند و از توسعه محصولات، فناوری‌ها و زیرساخت‌های داخلی حمایت کنند.
4. با تلاش های جهان برای کاهش انتشار کربن، فناوری فرصت های جدیدی را برای به حداقل رساندن سفرهای با کربن بالا باز می کند.امروزه جلسات و کنفرانس ها معمولا به صورت آنلاین برگزار می شود.حتی اقدامات پزشکی را می توان از راه دور بدون نیاز به حضور جراح به اتاق عمل انجام داد.فقط جریان های داده بسیار سریع، قابل اعتماد و بدون وقفه با تأخیر کم می توانند به این عملیات دقیق دست یابند.
این عوامل کلان افراد را به جمع‌آوری، انتقال و پردازش بیشتر و بیشتر داده‌ها در سطح جهانی ترغیب می‌کنند و همچنین به انتقال با سرعت بالاتر و با حداقل تأخیر نیاز دارند.

امواج میلی متری چه نقشی می توانند داشته باشند؟
طیف موج میلی متری طیف گسترده ای را ارائه می دهد که امکان انتقال داده های بالاتر را فراهم می کند.در حال حاضر، فرکانس‌های مایکروویو مورد استفاده برای بیشتر ارتباطات بی‌سیم در حال شلوغ شدن و پراکنده شدن هستند، به‌ویژه با پهنای باند متعددی که به بخش‌های خاصی مانند دفاع، هوافضا و ارتباطات اضطراری اختصاص داده شده است.
هنگامی که طیف را به سمت بالا حرکت می دهید، بخش طیف بدون وقفه موجود بسیار بزرگتر و بخش حفظ شده کمتر خواهد بود.افزایش محدوده فرکانس به طور موثر اندازه "خط لوله" را افزایش می دهد که می تواند برای انتقال داده ها استفاده شود و در نتیجه به جریان های داده بزرگتر دست می یابد.با توجه به پهنای باند کانال بسیار بزرگتر امواج میلی متری، از طرح های مدولاسیون پیچیده کمتری می توان برای انتقال داده ها استفاده کرد که می تواند منجر به سیستم هایی با تأخیر بسیار کمتر شود.
چالش ها چیست؟
چالش های مرتبطی در بهبود طیف وجود دارد.ساخت قطعات و نیمه هادی های مورد نیاز برای ارسال و دریافت سیگنال بر روی امواج میلی متری دشوارتر است - و فرآیندهای موجود کمتری وجود دارد.ساخت اجزای موج میلیمتری نیز دشوارتر است زیرا آنها بسیار کوچکتر هستند و به تلرانس مونتاژ بالاتر و طراحی دقیق اتصالات و حفره ها برای کاهش تلفات و جلوگیری از نوسانات نیاز دارند.
انتشار یکی از چالش های اصلی سیگنال های موج میلی متری است.در فرکانس‌های بالاتر، سیگنال‌ها به احتمال زیاد توسط اشیاء فیزیکی مانند دیوارها، درختان و ساختمان‌ها مسدود یا کاهش می‌یابند.در محوطه ساختمان، این بدان معنی است که گیرنده موج میلی متری باید در خارج از ساختمان قرار گیرد تا سیگنال را به داخل منتشر کند.برای ارتباط بک هال و ماهواره به زمین، تقویت توان بیشتری برای ارسال سیگنال در فواصل طولانی مورد نیاز است.در زمین، فاصله بین پیوندهای نقطه به نقطه نمی تواند از 1 تا 5 کیلومتر بیشتر شود، به جای فاصله بزرگتری که شبکه های فرکانس پایین می توانند به دست آورند.
این بدان معناست که، برای مثال، در مناطق روستایی، ایستگاه‌های پایه و آنتن‌های بیشتری برای ارسال سیگنال‌های موج میلی‌متری در فواصل طولانی مورد نیاز است.نصب این زیرساخت اضافی نیاز به زمان و هزینه بیشتری دارد.در سال های اخیر با استقرار صورت فلکی ماهواره سعی در حل این مشکل شده است و این صورت فلکی ماهواره بار دیگر موج میلی متری را هسته اصلی معماری خود قرار داده است.
بهترین استقرار برای امواج میلی متری کجاست؟
فاصله انتشار کوتاه امواج میلی متری آنها را برای استقرار در مناطق شهری پرجمعیت با ترافیک داده بالا بسیار مناسب می کند.جایگزین شبکه های بی سیم، شبکه های فیبر نوری است.در مناطق شهری، حفاری جاده ها برای نصب فیبرهای نوری جدید بسیار پرهزینه، مخرب و وقت گیر است.برعکس، اتصالات موج میلی متری را می توان با حداقل هزینه وقفه در عرض چند روز به طور موثر برقرار کرد.
سرعت داده به دست آمده توسط سیگنال های موج میلی متری با فیبرهای نوری قابل مقایسه است، در حالی که تاخیر کمتری را ارائه می دهد.هنگامی که به جریان اطلاعات بسیار سریع و حداقل تأخیر نیاز دارید، پیوندهای بی‌سیم اولین انتخاب هستند – به همین دلیل است که از آنها در بورس‌ها استفاده می‌شود که تأخیر میلی‌ثانیه‌ای می‌تواند حیاتی باشد.
در مناطق روستایی، هزینه نصب کابل‌های فیبر نوری به دلیل مسافت بسیار زیاد است.همانطور که در بالا ذکر شد، شبکه های برج موج میلی متری نیز به سرمایه گذاری زیرساختی قابل توجهی نیاز دارند.راه حل ارائه شده در اینجا استفاده از ماهواره های مدار پایین زمین (LEO) یا شبه ماهواره های ارتفاع بالا (HAPS) برای اتصال داده ها به مناطق دور افتاده است.شبکه‌های LEO و HAPS به این معنی است که نیازی به نصب فیبر نوری یا ساخت شبکه‌های بی‌سیم نقطه به نقطه فاصله کوتاه نیست، در حالی که نرخ داده‌ای عالی را ارائه می‌دهند.ارتباطات ماهواره‌ای قبلاً از سیگنال‌های موج میلی‌متری، معمولاً در انتهای پایین طیف - باند فرکانس Ka (27-31 گیگاهرتز) استفاده کرده است.فضایی برای گسترش به فرکانس‌های بالاتر، مانند باندهای فرکانس Q/V و E، به‌ویژه ایستگاه بازگشت داده‌ها به زمین وجود دارد.
بازار بازگشت ارتباطات راه دور در گذر از فرکانس امواج مایکروویو به فرکانس میلی متری در موقعیت پیشرو قرار دارد.این امر به دلیل افزایش دستگاه‌های مصرف‌کننده (دستگاه‌های دستی، لپ‌تاپ، و اینترنت اشیا (IoT)) در دهه گذشته است که تقاضا برای داده‌های بیشتر و سریع‌تر را تسریع کرده است.
اکنون اپراتورهای ماهواره ای امیدوارند با الگوبرداری از شرکت های مخابراتی و گسترش استفاده از امواج میلی متری در سیستم های LEO و HAPS.پیش از این، ماهواره‌های مدار استوایی زمین ثابت (GEO) و مدار زمین متوسط ​​(MEO) بسیار دور از زمین بودند تا بتوانند پیوندهای ارتباطی مصرف‌کننده را در فرکانس‌های موج میلی‌متری ایجاد کنند.با این حال، گسترش ماهواره‌های LEO اکنون ایجاد پیوندهای موج میلی‌متری و ایجاد شبکه‌های با ظرفیت بالا مورد نیاز در سطح جهانی را ممکن می‌سازد.
سایر صنایع نیز پتانسیل بالایی برای استفاده از فناوری امواج میلیمتری دارند.در صنعت خودروسازی، وسایل نقلیه خودران برای عملکرد ایمن به اتصالات پرسرعت مداوم و شبکه‌های داده با تأخیر کم نیاز دارند.در زمینه پزشکی، جریان های داده بسیار سریع و قابل اعتماد مورد نیاز خواهد بود تا جراحانی که از راه دور مستقر هستند بتوانند اقدامات پزشکی دقیق را انجام دهند.
ده سال نوآوری موج میلی متری
Filtronic یک متخصص پیشرو در فناوری ارتباطات امواج میلی متری در بریتانیا است.ما یکی از معدود شرکت‌هایی در بریتانیا هستیم که می‌توانیم قطعات ارتباطی موج میلی‌متری پیشرفته را در مقیاس بزرگ طراحی و تولید کنیم.ما مهندسان داخلی RF (از جمله کارشناسان امواج میلی متری) داریم که برای مفهوم سازی، طراحی و توسعه فناوری های موج میلی متری جدید نیاز دارند.
در دهه گذشته، ما با شرکت‌های پیشرو مخابرات سیار برای توسعه مجموعه‌ای از فرستنده‌های امواج مایکروویو و میلی‌متری، تقویت‌کننده‌های قدرت و زیرسیستم‌های شبکه‌های بک‌هول همکاری کرده‌ایم.آخرین محصول ما در باند E عمل می کند، که راه حلی بالقوه برای لینک های تغذیه کننده با ظرفیت فوق العاده بالا در ارتباطات ماهواره ای ارائه می دهد.در طول دهه گذشته، به تدریج تنظیم و بهبود یافته است، وزن و هزینه کاهش می یابد، عملکرد بهبود می یابد و فرآیندهای تولید برای افزایش تولید بهبود می یابد.شرکت های ماهواره ای اکنون می توانند با استفاده از این فناوری استقرار فضایی اثبات شده، از سال ها آزمایش و توسعه داخلی جلوگیری کنند.
ما متعهد به خط مقدم نوآوری، ایجاد فناوری در داخل و توسعه مشترک فرآیندهای تولید انبوه داخلی هستیم.ما همیشه بازار را در نوآوری رهبری می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که فناوری ما برای استقرار آماده است زیرا آژانس های نظارتی باندهای فرکانس جدیدی را باز می کنند.
ما در حال توسعه فناوری‌های باند W و باند D برای مقابله با تراکم و ترافیک بیشتر داده در باند الکترونیکی در سال‌های آینده هستیم.ما با مشتریان صنعت کار می کنیم تا به آنها کمک کنیم تا زمانی که باندهای فرکانسی جدید باز هستند، مزیت رقابتی را از طریق درآمد نهایی ایجاد کنند.
گام بعدی برای امواج میلی متری چیست؟
نرخ استفاده از داده‌ها تنها در یک جهت توسعه می‌یابد، و فناوری متکی بر داده‌ها نیز دائماً در حال بهبود است.واقعیت افزوده از راه رسیده است و دستگاه‌های اینترنت اشیا در حال فراگیر شدن هستند.علاوه بر کاربردهای خانگی، همه چیز از فرآیندهای صنعتی بزرگ گرفته تا میادین نفت و گاز و نیروگاه‌های هسته‌ای در حال تغییر به سمت فناوری اینترنت اشیا برای نظارت از راه دور است - که نیاز به مداخله دستی هنگام بهره‌برداری از این تاسیسات پیچیده را کاهش می‌دهد.موفقیت این پیشرفت‌ها و سایر پیشرفت‌های فناوری به قابلیت اطمینان، سرعت و کیفیت شبکه‌های داده‌ای که از آنها پشتیبانی می‌کنند بستگی دارد - و امواج میلی‌متری ظرفیت مورد نیاز را فراهم می‌کنند.
امواج میلی متری از اهمیت فرکانس های زیر 6 گیگاهرتز در زمینه ارتباطات بی سیم کاسته نشده است.برعکس، مکمل مهمی برای طیف است که برنامه‌های مختلف را قادر می‌سازد تا با موفقیت ارائه شوند، به ویژه برنامه‌هایی که به بسته‌های داده بزرگ، تأخیر کم و تراکم اتصال بالاتر نیاز دارند.

مورد استفاده از امواج میلی متری برای دستیابی به انتظارات و فرصت های فناوری های جدید مرتبط با داده قانع کننده است.اما چالش هایی نیز وجود دارد.
مقررات یک چالش است.تا زمانی که مقامات نظارتی مجوزهایی برای برنامه های خاص صادر نکنند، ورود به باند فرکانس موج میلی متری بالاتر غیرممکن است.با این وجود، رشد تصاعدی پیش‌بینی‌شده تقاضا به این معنی است که تنظیم‌کننده‌ها تحت فشار فزاینده‌ای قرار دارند تا طیف بیشتری را برای جلوگیری از تراکم و تداخل آزاد کنند.اشتراک طیف بین برنامه‌های غیرفعال و برنامه‌های کاربردی فعال مانند ماهواره‌های هواشناسی نیز مستلزم بحث‌های مهمی در مورد کاربردهای تجاری است که به باندهای فرکانس وسیع‌تر و طیف پیوسته‌تر بدون حرکت به فرکانس هرتز آسیا و اقیانوسیه اجازه می‌دهد.
هنگام استفاده از فرصت های ارائه شده توسط پهنای باند جدید، داشتن فناوری های مناسب برای ارتقای ارتباطات با فرکانس بالاتر مهم است.به همین دلیل است که Filtronic در حال توسعه فناوری‌های باند W و باند D برای آینده است.همچنین به همین دلیل است که ما با دانشگاه‌ها، دولت‌ها و صنایع برای ارتقای توسعه مهارت‌ها و دانش در زمینه‌های مورد نیاز برای برآوردن نیازهای آینده فناوری بی‌سیم همکاری می‌کنیم.اگر بریتانیا بخواهد در توسعه شبکه‌های ارتباطی جهانی آینده پیشتاز باشد، باید سرمایه‌گذاری دولت را به حوزه‌های مناسب فناوری RF هدایت کند.
Filtronic به عنوان یک شریک در دانشگاه، دولت و صنعت، نقشی پیشرو در توسعه فناوری های ارتباطی پیشرفته ایفا می کند که نیاز به ارائه قابلیت ها و امکانات جدید در دنیایی دارد که به داده ها به طور فزاینده ای مورد نیاز است.