მილიმეტრიანი ტალღური კომუნიკაცია

მილიმეტრიანი ტალღა(mmWave) არის ელექტრომაგნიტური სპექტრის ზოლი, რომლის ტალღის სიგრძეა 10 მმ (30 გჰც) და 1 მმ (300 გჰც).საერთაშორისო სატელეკომუნიკაციო კავშირის (ITU) მიერ მას უწოდებენ უკიდურესად მაღალი სიხშირის (EHF) ზოლს.მილიმეტრიანი ტალღები განლაგებულია მიკროტალღურ და ინფრაწითელ ტალღებს შორის სპექტრში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა მაღალსიჩქარიანი უკაბელო საკომუნიკაციო აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა წერტილი-to-point backhaul ბმულები.
მაკრო ტენდენციები აჩქარებს მონაცემთა ზრდას
მონაცემთა და კავშირის მზარდი გლობალური მოთხოვნის გამო, სიხშირის ზოლები, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება უკაბელო კომუნიკაციისთვის, სულ უფრო ხალხმრავალი ხდება, რაც იწვევს მილიმეტრიანი ტალღის სპექტრში უფრო მაღალი სიხშირის გამტარუნარიანობაზე წვდომის მოთხოვნას.ბევრმა მაკრო ტენდენციამ დააჩქარა მოთხოვნა მონაცემთა უფრო დიდი სიმძლავრისა და სიჩქარის შესახებ.
1. დიდი მონაცემების მიერ გენერირებული და დამუშავებული მონაცემების რაოდენობა და ტიპები ყოველ დღე ექსპონენტურად იზრდება.მსოფლიო ეყრდნობა დიდი რაოდენობით მონაცემთა მაღალსიჩქარიან გადაცემას უთვალავ მოწყობილობაზე ყოველ წამში.2020 წელს თითოეულმა ადამიანმა გამოიმუშავა 1,7 მბ მონაცემები წამში.(წყარო: IBM).2020 წლის დასაწყისში გლობალური მონაცემების მოცულობა შეფასდა 44 ZB (მსოფლიო ეკონომიკური ფორუმი).2025 წლისთვის გლობალური მონაცემების შექმნა სავარაუდოდ 175 ZB-ს მიაღწევს.სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მონაცემთა ამხელა მოცულობის შესანახად საჭიროა 12,5 მილიარდი დღევანდელი უდიდესი მყარი დისკი.(საერთაშორისო მონაცემთა კორპორაცია)
გაეროს შეფასებით, 2007 წელი იყო პირველი წელი, როდესაც ქალაქის მოსახლეობამ გადააჭარბა სოფლის მოსახლეობას.ეს ტენდენცია ჯერ კიდევ გრძელდება და მოსალოდნელია, რომ 2050 წლისთვის, მსოფლიოს მოსახლეობის ორ მესამედზე მეტი იცხოვრებს ქალაქებში.ამან გამოიწვია მზარდი ზეწოლა ტელეკომუნიკაციებზე და მონაცემთა ინფრასტრუქტურაზე ამ მჭიდროდ დასახლებულ ადგილებში.
3. მრავალპოლარული გლობალური კრიზისი და არასტაბილურობა, დაწყებული პანდემიიდან პოლიტიკურ არეულობამდე და კონფლიქტებამდე, ნიშნავს, რომ ქვეყნებს სულ უფრო მეტად სურთ განავითარონ თავიანთი სუვერენული შესაძლებლობები გლობალური არასტაბილურობის რისკების შესამცირებლად.მთავრობები მთელს მსოფლიოში იმედოვნებენ, რომ შეამცირებენ თავიანთ დამოკიდებულებას სხვა რეგიონებიდან იმპორტზე და მხარს დაუჭერენ შიდა პროდუქტების, ტექნოლოგიებისა და ინფრასტრუქტურის განვითარებას.
4. ნახშირბადის ემისიების შემცირების მსოფლიო ძალისხმევით, ტექნოლოგია ხსნის ახალ შესაძლებლობებს ნახშირბადის მაღალი მოგზაურობის შესამცირებლად.დღეს შეხვედრები და კონფერენციები ჩვეულებრივ იმართება ონლაინ რეჟიმში.სამედიცინო პროცედურების ჩატარებაც კი შეიძლება დისტანციურად, ქირურგიის საოპერაციო ოთახში მისვლის საჭიროების გარეშე.მხოლოდ ულტრა სწრაფი, საიმედო და უწყვეტი დაბალი შეყოვნების მონაცემთა ნაკადებს შეუძლიათ ამ ზუსტი ოპერაციის მიღწევა.
ეს მაკრო ფაქტორები უბიძგებს ადამიანებს შეაგროვონ, გადასცენ და დაამუშავონ მეტი და მეტი მონაცემი გლობალურად და ასევე მოითხოვონ გადაცემა უფრო მაღალი სიჩქარით და მინიმალური შეყოვნებით.

რა როლი შეუძლიათ მილიმეტრულ ტალღებს?
მილიმეტრიანი ტალღის სპექტრი უზრუნველყოფს ფართო უწყვეტ სპექტრს, რაც საშუალებას იძლევა უფრო მაღალი მონაცემების გადაცემა.ამჟამად, უკაბელო კომუნიკაციების უმეტესობისთვის გამოყენებული მიკროტალღური სიხშირეები ხალხმრავლობა და დისპერსიული ხდება, განსაკუთრებით რამდენიმე გამტარუნარიანობით, რომელიც მიძღვნილი აქვს კონკრეტულ განყოფილებებს, როგორიცაა თავდაცვის, აერონავტიკა და საგანგებო კომუნიკაციები.
როდესაც სპექტრს ზევით გადაიტანთ, სპექტრის ხელმისაწვდომი უწყვეტი ნაწილი გაცილებით დიდი იქნება, ხოლო შენარჩუნებული ნაწილი ნაკლები.სიხშირის დიაპაზონის გაზრდა ეფექტურად ზრდის "მილსადენის" ზომას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მონაცემების გადასაცემად, რითაც მიიღწევა მონაცემთა უფრო დიდი ნაკადები.მილიმეტრიანი ტალღების არხის გაცილებით დიდი გამტარობის გამო, ნაკლებად რთული მოდულაციის სქემები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მონაცემთა გადასაცემად, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სისტემები გაცილებით დაბალი შეყოვნებით.
რა გამოწვევებია?
არსებობს დაკავშირებული გამოწვევები სპექტრის გაუმჯობესებაში.კომპონენტები და ნახევარგამტარები, რომლებიც საჭიროა მილიმეტრიან ტალღებზე სიგნალების გადასაცემად და მისაღებად, უფრო რთულია წარმოება - და არსებობს ნაკლები ხელმისაწვდომი პროცესები.მილიმეტრიანი ტალღის კომპონენტების დამზადება ასევე უფრო რთულია, რადგან ისინი ბევრად უფრო მცირეა, რაც მოითხოვს შეკრების უფრო მაღალ ტოლერანტობას და ურთიერთკავშირებისა და ღრუების ფრთხილად დიზაინს დანაკარგების შესამცირებლად და რხევების თავიდან ასაცილებლად.
გავრცელება არის მილიმეტრიანი ტალღის სიგნალების ერთ-ერთი მთავარი გამოწვევა.უფრო მაღალ სიხშირეებზე, სიგნალები უფრო დაბლოკილია ან შემცირდება ფიზიკური ობიექტებით, როგორიცაა კედლები, ხეები და შენობები.შენობის ტერიტორიაზე, ეს ნიშნავს, რომ მილიმეტრიანი ტალღის მიმღები უნდა განთავსდეს შენობის გარეთ, რათა სიგნალი შიგნიდან გავრცელდეს.სატელიტური და სატელიტური ხმელეთზე კომუნიკაციისთვის საჭიროა უფრო დიდი სიმძლავრის გაძლიერება სიგნალების გადასაცემად დიდ დისტანციებზე.ადგილზე, წერტილიდან წერტილამდე ბმულებს შორის მანძილი არ უნდა აღემატებოდეს 1-დან 5 კილომეტრს, ვიდრე უფრო დიდი მანძილის მიღწევა, რომლის მიღწევაც დაბალი სიხშირის ქსელებს შეუძლიათ.
ეს ნიშნავს, რომ, მაგალითად, სოფლად, მეტი საბაზო სადგური და ანტენაა საჭირო დიდ დისტანციებზე მილიმეტრიანი ტალღის სიგნალების გადასაცემად.ამ დამატებითი ინფრასტრუქტურის დაყენება მეტ დროსა და ხარჯებს მოითხოვს.ბოლო წლებში სატელიტური თანავარსკვლავედის განლაგება ცდილობდა ამ პრობლემის გადაჭრას და ამ თანავარსკვლავედის თანავარსკვლავედმა კიდევ ერთხელ მიიღო მილიმეტრიანი ტალღა მათი არქიტექტურის ბირთვად.
სად არის საუკეთესო განლაგება მილიმეტრიანი ტალღებისთვის?
მილიმეტრიანი ტალღების გავრცელების მოკლე მანძილი მათ ძალიან შესაფერისს ხდის მჭიდროდ დასახლებულ ქალაქებში, მონაცემთა მაღალი ტრაფიკით განლაგებისთვის.უკაბელო ქსელების ალტერნატივა არის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ქსელები.ქალაქებში გზების გათხრა ახალი ოპტიკური ბოჭკოების დასაყენებლად ძალიან ძვირი, დესტრუქციული და შრომატევადია.პირიქით, მილიმეტრიანი ტალღის კავშირები შეიძლება ეფექტურად დამყარდეს მინიმალური შეფერხების ხარჯებით რამდენიმე დღეში.
მილიმეტრიანი ტალღის სიგნალებით მიღწეული მონაცემთა სიჩქარე შედარებულია ოპტიკური ბოჭკოების სიჩქარესთან და უზრუნველყოფს უფრო დაბალ შეყოვნებას.როდესაც გჭირდებათ ძალიან სწრაფი ინფორმაციის ნაკადი და მინიმალური შეყოვნება, უსადენო ბმულები პირველი არჩევანია – სწორედ ამიტომ გამოიყენება ისინი საფონდო ბირჟებზე, სადაც მილიწამის შეყოვნება შეიძლება იყოს კრიტიკული.
სოფლად, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელების დაყენების ღირებულება ხშირად აკრძალულია მანძილის გამო.როგორც ზემოთ აღინიშნა, მილიმეტრიანი ტალღის კოშკების ქსელები ასევე საჭიროებენ მნიშვნელოვან ინფრასტრუქტურულ ინვესტიციებს.აქ წარმოდგენილი გამოსავალი არის დედამიწის დაბალი ორბიტის (LEO) თანამგზავრების ან მაღალი სიმაღლის ფსევდო თანამგზავრების (HAPS) გამოყენება შორეულ რაიონებთან მონაცემების დასაკავშირებლად.LEO და HAPS ქსელები ნიშნავს, რომ არ არის საჭირო ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის ინსტალაცია ან უკაბელო ქსელების აშენება მოკლე მანძილის წერტილამდე წერტილამდე, მაგრამ მაინც უზრუნველყოფენ მონაცემთა შესანიშნავი სიჩქარეს.სატელიტურმა კომუნიკაციამ უკვე გამოიყენა მილიმეტრიანი ტალღის სიგნალები, როგორც წესი, სპექტრის დაბალ ბოლოში - Ka სიხშირის დიაპაზონში (27-31 გჰც).არის სივრცე უფრო მაღალ სიხშირეებზე გასაფართოვებლად, როგორიცაა Q/V და E სიხშირის ზოლები, განსაკუთრებით მიწისზე მონაცემების დასაბრუნებელი სადგური.
სატელეკომუნიკაციო დაბრუნების ბაზარი წამყვან პოზიციაზეა მიკროტალღურიდან მილიმეტრულ ტალღის სიხშირეზე გადასვლაში.ეს გამოწვეულია სამომხმარებლო მოწყობილობების (ხელსაწყოები, ლეპტოპები და ნივთების ინტერნეტი (IoT)) მატებით ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, რამაც დააჩქარა მოთხოვნა უფრო და უფრო სწრაფ მონაცემებზე.
ახლა სატელიტური ოპერატორები იმედოვნებენ, რომ მიჰყვებიან სატელეკომუნიკაციო კომპანიების მაგალითს და გააფართოვებენ მილიმეტრიანი ტალღების გამოყენებას LEO და HAPS სისტემებში.ადრე ტრადიციული გეოსტაციონარული ეკვატორული ორბიტის (GEO) და დედამიწის საშუალო ორბიტის (MEO) თანამგზავრები ძალიან შორს იყვნენ დედამიწიდან, რათა დამყარებულიყვნენ მომხმარებელთა საკომუნიკაციო კავშირები მილიმეტრიანი ტალღის სიხშირეზე.თუმცა, LEO თანამგზავრების გაფართოება ახლა შესაძლებელს ხდის მილიმეტრიანი ტალღის კავშირების დამყარებას და გლობალურად საჭირო მაღალი სიმძლავრის ქსელების შექმნას.
სხვა ინდუსტრიებს ასევე აქვთ დიდი პოტენციალი გამოიყენონ მილიმეტრიანი ტალღის ტექნოლოგია.საავტომობილო ინდუსტრიაში, ავტონომიურ სატრანსპორტო საშუალებებს ესაჭიროებათ უწყვეტი მაღალსიჩქარიანი კავშირები და დაბალი შეყოვნების მონაცემთა ქსელები უსაფრთხო მუშაობისთვის.სამედიცინო სფეროში, მონაცემთა ულტრა სწრაფი და სანდო ნაკადები იქნება საჭირო, რათა დისტანციურად მდებარე ქირურგებმა შეძლონ ზუსტი სამედიცინო პროცედურების შესრულება.
მილიმეტრიანი ტალღის ათი წლის ინოვაცია
Filtronic არის წამყვანი მილიმეტრიანი ტალღის საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების ექსპერტი დიდ ბრიტანეთში.ჩვენ ვართ ერთ-ერთი იმ მცირერიცხოვანი კომპანიებიდან დიდ ბრიტანეთში, რომელსაც შეუძლია შექმნას და აწარმოოს მოწინავე მილიმეტრიანი ტალღის საკომუნიკაციო კომპონენტები ფართო მასშტაბით.ჩვენ გვყავს შიდა RF ინჟინრები (მათ შორის, მილიმეტრიანი ტალღის ექსპერტები), რომლებიც საჭიროა ახალი მილიმეტრიანი ტალღების ტექნოლოგიების კონცეპტუალიზაციისთვის, დიზაინისა და განვითარებისთვის.
გასულ ათწლეულში ჩვენ ვთანამშრომლობდით მობილურ ტელეკომუნიკაციის წამყვან კომპანიებთან მიკროტალღური და მილიმეტრიანი ტალღების გადამცემების, დენის გამაძლიერებლების და ქვესისტემების შემუშავების მიზნით.ჩვენი უახლესი პროდუქტი მუშაობს E-band-ში, რომელიც უზრუნველყოფს პოტენციურ გადაწყვეტას სატელიტურ კომუნიკაციაში ულტრა მაღალი სიმძლავრის მიმწოდებელი ბმულებისთვის.გასული ათწლეულის განმავლობაში, იგი თანდათან დარეგულირდა და გაუმჯობესდა, შეამცირა წონა და ღირებულება, გააუმჯობესა შესრულება და გააუმჯობესა წარმოების პროცესები წარმოების გაზრდის მიზნით.სატელიტურ კომპანიებს ახლა შეუძლიათ აირიდონ შიდა ტესტირება და განვითარება ამ დადასტურებული კოსმოსური განლაგების ტექნოლოგიის გამოყენებით.
ჩვენ ერთგული ვართ ინოვაციების წინა პლანზე, შიდა ტექნოლოგიების შექმნა და შიდა მასობრივი წარმოების პროცესების ერთობლივად განვითარება.ჩვენ ყოველთვის ვხელმძღვანელობთ ბაზარს ინოვაციებში, რათა დავრწმუნდეთ, რომ ჩვენი ტექნოლოგია მზად არის განსათავსებლად, რადგან მარეგულირებელი სააგენტოები ხსნიან სიხშირის ახალ ზოლებს.
ჩვენ უკვე ვავითარებთ W-band და D-band ტექნოლოგიებს, რათა გავუმკლავდეთ გადატვირთულობას და მონაცემთა უფრო დიდ ტრაფიკს E-band-ში უახლოეს წლებში.ჩვენ ვმუშაობთ ინდუსტრიის მომხმარებლებთან, რათა დავეხმაროთ მათ შექმნან კონკურენტული უპირატესობები ზღვრული შემოსავლის საშუალებით, როდესაც ახალი სიხშირის დიაპაზონი გაიხსნება.
რა არის შემდეგი ნაბიჯი მილიმეტრიანი ტალღებისთვის?
მონაცემთა გამოყენების სიჩქარე განვითარდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით და ტექნოლოგია, რომელიც ეყრდნობა მონაცემებს, ასევე მუდმივად იხვეწება.გაძლიერებული რეალობა მოვიდა და IoT მოწყობილობები ხდება ყველგან.საშინაო აპლიკაციების გარდა, ყველაფერი ძირითადი სამრეწველო პროცესებიდან ნავთობისა და გაზის საბადოებამდე და ატომური ელექტროსადგურებით გადადის IoT ტექნოლოგიაზე დისტანციური მონიტორინგისთვის - ამცირებს ხელით ჩარევის აუცილებლობას ამ რთული ობიექტების ექსპლუატაციის დროს.ამ და სხვა ტექნოლოგიური მიღწევების წარმატება დამოკიდებული იქნება მონაცემთა ქსელების საიმედოობაზე, სიჩქარეზე და ხარისხზე, რომლებიც მხარს უჭერენ მათ - და მილიმეტრიანი ტალღები უზრუნველყოფენ საჭირო სიმძლავრეს.
მილიმეტრიანმა ტალღებმა არ შეამცირა 6 გჰც-ზე დაბალი სიხშირეების მნიშვნელობა უსადენო კომუნიკაციის სფეროში.პირიქით, ეს არის სპექტრის მნიშვნელოვანი დანამატი, რომელიც საშუალებას აძლევს სხვადასხვა აპლიკაციების წარმატებით მიწოდებას, განსაკუთრებით მათ, რომლებიც საჭიროებენ მონაცემთა დიდ პაკეტებს, დაბალ შეყოვნებას და უფრო მაღალი კავშირის სიმკვრივეს.

მილიმეტრიანი ტალღების გამოყენების შემთხვევა მონაცემთა ახალი ტექნოლოგიების მოლოდინებისა და შესაძლებლობების მისაღწევად დამაჯერებელია.მაგრამ არის გამოწვევებიც.
რეგულაცია გამოწვევაა.შეუძლებელია უფრო მაღალი მილიმეტრიანი ტალღის სიხშირის დიაპაზონში შესვლა, სანამ მარეგულირებელი ორგანოები არ გასცემენ ლიცენზიებს კონკრეტული აპლიკაციებისთვის.მიუხედავად ამისა, მოთხოვნის პროგნოზირებული ექსპონენციალური ზრდა ნიშნავს, რომ მარეგულირებლები ექვემდებარებიან მზარდ ზეწოლას, გაათავისუფლონ მეტი სპექტრი, რათა თავიდან აიცილონ გადატვირთულობა და ჩარევა.სპექტრის გაზიარება პასიურ აპლიკაციებსა და აქტიურ აპლიკაციებს შორის, როგორიცაა მეტეოროლოგიური თანამგზავრები, ასევე მოითხოვს მნიშვნელოვან დისკუსიებს კომერციულ აპლიკაციებზე, რაც საშუალებას მისცემს უფრო ფართო სიხშირის ზოლებს და უფრო უწყვეტ სპექტრს აზიის წყნარი ოკეანის ჰც სიხშირეზე გადასვლის გარეშე.
ახალი გამტარუნარიანობით მოწოდებული შესაძლებლობებით სარგებლობისას მნიშვნელოვანია შესაბამისი ტექნოლოგიების არსებობა უფრო მაღალი სიხშირის კომუნიკაციის ხელშესაწყობად.სწორედ ამიტომ Filtronic ავითარებს W-band და D-band ტექნოლოგიებს მომავლისთვის.ამიტომაც ჩვენ ვთანამშრომლობთ უნივერსიტეტებთან, მთავრობებთან და ინდუსტრიებთან, რათა ხელი შევუწყოთ უნარებისა და ცოდნის განვითარებას იმ სფეროებში, რომლებიც საჭიროა მომავალი უკაბელო ტექნოლოგიების საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად.თუ დიდმა ბრიტანეთმა უნდა მიიღოს ლიდერი მომავალი გლობალური მონაცემთა საკომუნიკაციო ქსელების განვითარებაში, მან უნდა გაატაროს მთავრობის ინვესტიციები RF ტექნოლოგიის სწორ სფეროებში.
როგორც აკადემიის, მთავრობისა და ინდუსტრიის პარტნიორი, Filtronic თამაშობს წამყვან როლს მოწინავე საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების შემუშავებაში, რომლებიც საჭიროებენ ახალ ფუნქციებს და შესაძლებლობებს სამყაროში, სადაც მონაცემები სულ უფრო მეტად არის საჭირო.