Giao tiếp sóng milimet

sóng milimet(mmWave) là dải phổ điện từ có bước sóng từ 10mm (30 GHz) đến 1mm (300 GHz).Nó được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) gọi là băng tần cực cao (EHF).Sóng milimet nằm giữa sóng vi ba và sóng hồng ngoại trong quang phổ và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng liên lạc không dây tốc độ cao khác nhau, chẳng hạn như liên kết đường truyền ngược điểm-điểm.
Xu hướng vĩ mô đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng dữ liệu
Với nhu cầu toàn cầu về dữ liệu và kết nối ngày càng tăng, các dải tần hiện được sử dụng cho liên lạc không dây ngày càng trở nên đông đúc, thúc đẩy nhu cầu truy cập băng thông tần số cao hơn trong phổ sóng milimet.Nhiều xu hướng vĩ mô đã thúc đẩy nhu cầu về tốc độ và dung lượng dữ liệu lớn hơn.
1. Số lượng và loại dữ liệu được tạo ra và xử lý bởi dữ liệu lớn đang tăng theo cấp số nhân mỗi ngày.Thế giới phụ thuộc vào việc truyền tải lượng lớn dữ liệu tốc độ cao trên vô số thiết bị mỗi giây.Vào năm 2020, mỗi người tạo ra 1,7 MB dữ liệu mỗi giây.(Nguồn: IBM).Vào đầu năm 2020, khối lượng dữ liệu toàn cầu được ước tính là 44ZB (Diễn đàn Kinh tế Thế giới).Đến năm 2025, việc tạo dữ liệu toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt hơn 175 ZB.Nói cách khác, để lưu trữ một lượng dữ liệu lớn như vậy cần tới 12,5 tỷ ổ cứng lớn nhất hiện nay.(Công ty cổ phần dữ liệu quốc tế)
Theo ước tính của Liên hợp quốc, năm 2007 là năm đầu tiên dân số thành thị vượt dân số nông thôn.Xu hướng này vẫn đang tiếp diễn và dự kiến ​​đến năm 2050, hơn 2/3 dân số thế giới sẽ cư trú tại các khu vực đô thị.Điều này đã gây áp lực ngày càng tăng đối với cơ sở hạ tầng viễn thông và dữ liệu tại các khu vực đông dân cư này.
3. Khủng hoảng và bất ổn toàn cầu đa cực, từ đại dịch đến bất ổn và xung đột chính trị, đồng nghĩa với việc các quốc gia ngày càng mong muốn phát triển năng lực chủ quyền của mình để giảm thiểu rủi ro bất ổn toàn cầu.Các chính phủ trên khắp thế giới hy vọng sẽ giảm sự phụ thuộc vào hàng nhập khẩu từ các khu vực khác và hỗ trợ phát triển các sản phẩm, công nghệ và cơ sở hạ tầng trong nước.
4. Với những nỗ lực của thế giới nhằm giảm lượng khí thải carbon, công nghệ đang mở ra những cơ hội mới để giảm thiểu việc đi lại có hàm lượng carbon cao.Ngày nay, các cuộc họp và hội nghị thường được tổ chức trực tuyến.Ngay cả các thủ tục y tế cũng có thể được thực hiện từ xa mà không cần bác sĩ phẫu thuật đến phòng mổ.Chỉ các luồng dữ liệu có độ trễ thấp cực nhanh, đáng tin cậy và không bị gián đoạn mới có thể đạt được hoạt động chính xác này.
Các yếu tố vĩ mô này thúc đẩy mọi người thu thập, truyền và xử lý ngày càng nhiều dữ liệu trên toàn cầu, đồng thời yêu cầu truyền ở tốc độ cao hơn và độ trễ tối thiểu.

Sóng milimet có thể đóng vai trò gì?
Phổ sóng milimet cung cấp phổ liên tục rộng, cho phép truyền dữ liệu cao hơn.Hiện tại, các tần số vi sóng được sử dụng cho hầu hết các liên lạc không dây đang trở nên đông đúc và phân tán, đặc biệt là với một số băng thông dành riêng cho các bộ phận cụ thể như quốc phòng, hàng không vũ trụ và liên lạc khẩn cấp.
Khi bạn di chuyển phổ lên trên, phần phổ không bị gián đoạn khả dụng sẽ lớn hơn nhiều và phần được giữ lại sẽ ít hơn.Việc tăng dải tần sẽ làm tăng hiệu quả kích thước của “đường ống dẫn” có thể được sử dụng để truyền dữ liệu, do đó đạt được các luồng dữ liệu lớn hơn.Do băng thông kênh lớn hơn nhiều của sóng milimet, các sơ đồ điều chế ít phức tạp hơn có thể được sử dụng để truyền dữ liệu, điều này có thể dẫn đến các hệ thống có độ trễ thấp hơn nhiều.
Những thách thức là gì?
Có những thách thức liên quan trong việc cải thiện quang phổ.Các thành phần và chất bán dẫn cần thiết để truyền và nhận tín hiệu trên sóng milimet khó sản xuất hơn – và có ít quy trình khả dụng hơn.Việc sản xuất các thành phần sóng milimet cũng khó khăn hơn vì chúng nhỏ hơn nhiều, đòi hỏi dung sai lắp ráp cao hơn và thiết kế cẩn thận các kết nối và khoang để giảm tổn thất và tránh dao động.
Tuyên truyền là một trong những thách thức chính mà tín hiệu sóng milimet phải đối mặt.Ở tần số cao hơn, tín hiệu có nhiều khả năng bị chặn hoặc giảm bởi các vật thể như tường, cây cối và tòa nhà.Trong khu vực tòa nhà, điều này có nghĩa là bộ thu sóng milimet cần được đặt bên ngoài tòa nhà để truyền tín hiệu vào bên trong.Đối với thông tin liên lạc đường trục và vệ tinh với mặt đất, cần có khuếch đại công suất lớn hơn để truyền tín hiệu trên một khoảng cách dài.Trên mặt đất, khoảng cách giữa các liên kết điểm-điểm không thể vượt quá 1 đến 5 km, thay vì khoảng cách lớn hơn mà các mạng tần số thấp có thể đạt được.
Điều này có nghĩa là, ví dụ, ở các vùng nông thôn, cần nhiều trạm gốc và ăng-ten hơn để truyền tín hiệu sóng milimet trên một khoảng cách dài.Cài đặt cơ sở hạ tầng bổ sung này đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí hơn.Trong những năm gần đây, việc triển khai chòm sao vệ tinh đã cố gắng giải quyết vấn đề này và những chòm sao vệ tinh này một lần nữa lấy sóng milimet làm cốt lõi trong kiến ​​trúc của chúng.
Triển khai tốt nhất cho sóng milimet ở đâu?
Khoảng cách lan truyền ngắn của sóng milimet khiến chúng rất phù hợp để triển khai ở các khu vực đô thị đông dân cư với lưu lượng dữ liệu cao.Giải pháp thay thế cho mạng không dây là mạng cáp quang.Ở các khu vực đô thị, việc đào đường để lắp đặt cáp quang mới là vô cùng tốn kém, phá hoại và tốn thời gian.Ngược lại, các kết nối sóng milimet có thể được thiết lập một cách hiệu quả với chi phí gián đoạn tối thiểu trong vòng vài ngày.
Tốc độ dữ liệu đạt được bằng tín hiệu sóng milimet có thể so sánh với tốc độ của sợi quang học, đồng thời mang lại độ trễ thấp hơn.Khi bạn cần luồng thông tin rất nhanh và độ trễ tối thiểu, liên kết không dây là lựa chọn đầu tiên – đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong các sàn giao dịch chứng khoán, nơi độ trễ mili giây có thể rất quan trọng.
Ở các vùng nông thôn, chi phí lắp đặt cáp quang thường cao do khoảng cách liên quan.Như đã đề cập ở trên, mạng tháp sóng milimet cũng cần đầu tư cơ sở hạ tầng đáng kể.Giải pháp được trình bày ở đây là sử dụng vệ tinh quỹ đạo Trái đất thấp (LEO) hoặc vệ tinh giả quỹ đạo cao (HAPS) để kết nối dữ liệu với các vùng xa xôi.Mạng LEO và HAPS có nghĩa là không cần lắp đặt cáp quang hoặc xây dựng mạng không dây điểm-điểm khoảng cách ngắn, trong khi vẫn cung cấp tốc độ dữ liệu tuyệt vời.Thông tin liên lạc vệ tinh đã sử dụng tín hiệu sóng milimet, thường ở mức thấp của phổ – dải tần Ka (27-31GHz).Có không gian để mở rộng lên các tần số cao hơn, chẳng hạn như dải tần Q/V và E, đặc biệt là trạm trả dữ liệu về mặt đất.
Thị trường trả lại viễn thông đang ở vị trí hàng đầu trong quá trình chuyển đổi từ tần số sóng vi ba sang sóng milimet.Điều này được thúc đẩy bởi sự gia tăng các thiết bị tiêu dùng (thiết bị cầm tay, máy tính xách tay và Internet vạn vật (IoT)) trong thập kỷ qua, điều này đã thúc đẩy nhu cầu về dữ liệu nhiều hơn và nhanh hơn.
Giờ đây, các nhà khai thác vệ tinh hy vọng sẽ noi gương các công ty viễn thông và mở rộng việc sử dụng sóng milimet trong các hệ thống LEO và HAPS.Trước đây, các vệ tinh quỹ đạo xích đạo địa tĩnh (GEO) và quỹ đạo trung bình Trái đất (MEO) truyền thống ở quá xa Trái đất để thiết lập các liên kết liên lạc của người tiêu dùng ở tần số sóng milimet.Tuy nhiên, việc mở rộng các vệ tinh LEO hiện có thể thiết lập các liên kết sóng milimet và tạo các mạng dung lượng cao cần thiết trên toàn cầu.
Các ngành công nghiệp khác cũng có tiềm năng lớn để sử dụng công nghệ sóng milimet.Trong ngành công nghiệp ô tô, xe tự hành yêu cầu kết nối tốc độ cao liên tục và mạng dữ liệu có độ trễ thấp để hoạt động an toàn.Trong lĩnh vực y tế, các luồng dữ liệu cực nhanh và đáng tin cậy sẽ cần thiết để cho phép các bác sĩ phẫu thuật ở xa thực hiện các quy trình y tế chính xác.
Mười năm đổi mới sóng milimet
Filtronic là chuyên gia hàng đầu về công nghệ truyền thông sóng milimet tại Vương quốc Anh.Chúng tôi là một trong số ít công ty ở Vương quốc Anh có thể thiết kế và sản xuất các thành phần liên lạc bằng sóng milimet tiên tiến trên quy mô lớn.Chúng tôi có các kỹ sư RF nội bộ (bao gồm cả các chuyên gia về sóng milimet) cần thiết để lên ý tưởng, thiết kế và phát triển các công nghệ sóng milimet mới.
Trong thập kỷ qua, chúng tôi đã hợp tác với các công ty viễn thông di động hàng đầu để phát triển một loạt bộ thu phát sóng vi ba và sóng milimet, bộ khuếch đại công suất và hệ thống phụ cho mạng đường trục.Sản phẩm mới nhất của chúng tôi hoạt động trong băng tần E, cung cấp giải pháp tiềm năng cho các liên kết trung chuyển dung lượng cực cao trong thông tin vệ tinh.Trong thập kỷ qua, nó đã dần được điều chỉnh và cải tiến, giảm trọng lượng và chi phí, cải thiện hiệu suất và cải thiện quy trình sản xuất để tăng sản lượng.Các công ty vệ tinh giờ đây có thể tránh được nhiều năm thử nghiệm và phát triển nội bộ bằng cách áp dụng công nghệ triển khai không gian đã được chứng minh này.
Chúng tôi cam kết đi đầu trong đổi mới, tạo ra công nghệ nội bộ và cùng nhau phát triển các quy trình sản xuất hàng loạt nội bộ.Chúng tôi luôn dẫn đầu thị trường về đổi mới để đảm bảo rằng công nghệ của chúng tôi sẵn sàng triển khai khi các cơ quan quản lý mở ra các dải tần số mới.
Chúng tôi đã phát triển các công nghệ băng tần W và băng tần D để đối phó với tắc nghẽn và lưu lượng dữ liệu lớn hơn trong băng tần điện tử trong những năm tới.Chúng tôi làm việc với các khách hàng trong ngành để giúp họ xây dựng lợi thế cạnh tranh thông qua doanh thu cận biên khi các dải tần số mới được mở.
Bước tiếp theo cho sóng milimet là gì?
Tỷ lệ sử dụng dữ liệu sẽ chỉ phát triển theo một hướng và công nghệ dựa trên dữ liệu cũng không ngừng được cải thiện.Thực tế tăng cường đã xuất hiện và các thiết bị IoT đang trở nên phổ biến.Ngoài các ứng dụng trong nước, mọi thứ từ các quy trình công nghiệp lớn đến các mỏ dầu khí và nhà máy điện hạt nhân đang chuyển sang công nghệ IoT để giám sát từ xa – giảm nhu cầu can thiệp thủ công khi vận hành các cơ sở phức tạp này.Sự thành công của những tiến bộ công nghệ này và khác sẽ phụ thuộc vào độ tin cậy, tốc độ và chất lượng của các mạng dữ liệu hỗ trợ chúng – và sóng milimet cung cấp dung lượng cần thiết.
Sóng milimet không làm giảm tầm quan trọng của tần số dưới 6GHz trong lĩnh vực truyền thông không dây.Ngược lại, nó là một bổ sung quan trọng cho quang phổ, cho phép phân phối thành công các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là những ứng dụng yêu cầu gói dữ liệu lớn, độ trễ thấp và mật độ kết nối cao hơn.

Trường hợp sử dụng sóng milimet để đạt được những kỳ vọng và cơ hội của các công nghệ liên quan đến dữ liệu mới là rất thuyết phục.Nhưng cũng có những thách thức.
Quy định là một thách thức.Không thể nhập dải tần sóng milimet cao hơn cho đến khi cơ quan quản lý cấp giấy phép cho các ứng dụng cụ thể.Tuy nhiên, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của nhu cầu được dự đoán có nghĩa là các cơ quan quản lý đang chịu áp lực ngày càng tăng trong việc giải phóng nhiều phổ tần hơn để tránh tắc nghẽn và nhiễu sóng.Việc chia sẻ phổ tần giữa các ứng dụng thụ động và ứng dụng chủ động như vệ tinh khí tượng cũng đòi hỏi các cuộc thảo luận quan trọng về các ứng dụng thương mại, điều này sẽ cho phép các dải tần rộng hơn và phổ liên tục hơn mà không cần chuyển sang tần số Hz Châu Á Thái Bình Dương.
Khi tận dụng các cơ hội do băng thông mới mang lại, điều quan trọng là phải có các công nghệ phù hợp để thúc đẩy truyền thông tần số cao hơn.Đó là lý do tại sao Filtronic đang phát triển các công nghệ băng tần W và băng tần D cho tương lai.Đây cũng là lý do tại sao chúng tôi hợp tác với các trường đại học, chính phủ và các ngành công nghiệp để thúc đẩy sự phát triển các kỹ năng và kiến ​​thức trong các lĩnh vực cần thiết để đáp ứng nhu cầu công nghệ không dây trong tương lai.Nếu Vương quốc Anh đi đầu trong việc phát triển các mạng truyền thông dữ liệu toàn cầu trong tương lai, thì Vương quốc Anh cần hướng đầu tư của chính phủ vào các lĩnh vực phù hợp của công nghệ RF.
Là một đối tác trong giới học thuật, chính phủ và ngành công nghiệp, Filtronic đóng vai trò hàng đầu trong việc phát triển các công nghệ truyền thông tiên tiến cần cung cấp các chức năng và khả năng mới trong một thế giới mà dữ liệu ngày càng cần thiết.