اتصال الموجة المليمترية

موجة المليمتر(mmWave) هو نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بطول موجة يتراوح بين 10 مم (30 جيجاهرتز) و 1 مم (300 جيجاهرتز).يشار إليه على أنه نطاق التردد العالي للغاية (EHF) من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU).تقع موجات المليمتر بين الموجات الميكروية والأشعة تحت الحمراء في الطيف ويمكن استخدامها لمختلف تطبيقات الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة ، مثل وصلات التوصيل من نقطة إلى نقطة.
تعمل اتجاهات الماكرو على تسريع نمو البيانات
مع تزايد الطلب العالمي على البيانات والاتصال ، أصبحت نطاقات التردد المستخدمة حاليًا للاتصالات اللاسلكية مزدحمة بشكل متزايد ، مما أدى إلى زيادة الطلب على الوصول إلى عرض نطاق ترددي أعلى ضمن طيف الموجات المليمترية.أدت العديد من الاتجاهات الكلية إلى تسريع الطلب على سعة وسرعة بيانات أكبر.
1. كمية وأنواع البيانات التي يتم إنشاؤها ومعالجتها بواسطة البيانات الضخمة تتزايد باطراد كل يوم.يعتمد العالم على سرعة نقل كميات كبيرة من البيانات على عدد لا يحصى من الأجهزة كل ثانية.في عام 2020 ، أنتج كل شخص 1.7 ميجا بايت من البيانات في الثانية.(المصدر: آي بي إم).في بداية عام 2020 ، قدر حجم البيانات العالمية بـ 44ZB (المنتدى الاقتصادي العالمي).بحلول عام 2025 ، من المتوقع أن يصل إنشاء البيانات العالمية إلى أكثر من 175 زيبًا.بمعنى آخر ، يتطلب تخزين مثل هذه الكمية الكبيرة من البيانات 12.5 مليار من أكبر محركات الأقراص الثابتة اليوم.(مؤسسة البيانات الدولية)
وفقًا لتقديرات الأمم المتحدة ، كان عام 2007 هو العام الأول الذي يتجاوز فيه عدد سكان الحضر سكان الريف.لا يزال هذا الاتجاه مستمراً ، ومن المتوقع أنه بحلول عام 2050 ، سيقيم أكثر من ثلثي سكان العالم في المناطق الحضرية.وقد أدى ذلك إلى زيادة الضغط على الاتصالات السلكية واللاسلكية والبنية التحتية للبيانات في هذه المناطق المكتظة بالسكان.
3 - إن الأزمة العالمية المتعددة الأقطاب وعدم الاستقرار ، من الأوبئة إلى الاضطرابات السياسية والصراعات ، تعني أن البلدان حريصة بشكل متزايد على تطوير قدراتها السيادية للتخفيف من مخاطر عدم الاستقرار العالمي.تأمل الحكومات في جميع أنحاء العالم في تقليل اعتمادها على الواردات من المناطق الأخرى ودعم تطوير المنتجات والتقنيات والبنية التحتية المحلية.
4. مع الجهود العالمية للحد من انبعاثات الكربون ، تفتح التكنولوجيا فرصًا جديدة لتقليل السفر عالي الكربون.اليوم ، عادة ما تعقد الاجتماعات والمؤتمرات عبر الإنترنت.حتى الإجراءات الطبية يمكن تنفيذها عن بعد دون الحاجة إلى حضور الجراحين إلى غرفة العمليات.يمكن فقط لتدفقات البيانات فائقة السرعة والموثوقية وغير المنقطعة أن تحقق هذه العملية الدقيقة.
تدفع عوامل الماكرو هذه الأشخاص إلى جمع ونقل ومعالجة المزيد والمزيد من البيانات على مستوى العالم ، وتتطلب أيضًا الإرسال بسرعات أعلى وبأقل زمن انتقال.

ما الدور الذي يمكن أن تلعبه موجات المليمتر؟
يوفر طيف الموجات المليمترية طيفًا واسعًا مستمرًا ، مما يسمح بنقل بيانات أعلى.في الوقت الحالي ، أصبحت ترددات الميكروويف المستخدمة في معظم الاتصالات اللاسلكية مزدحمة ومشتتة ، خاصة مع العديد من النطاقات الترددية المخصصة لأقسام محددة مثل الدفاع والفضاء واتصالات الطوارئ.
عندما تقوم بتحريك الطيف لأعلى ، سيكون جزء الطيف غير المنقطع المتاح أكبر بكثير والجزء المحتفظ به سيكون أقل.تؤدي زيادة مدى التردد إلى زيادة حجم "خط الأنابيب" الذي يمكن استخدامه لنقل البيانات ، وبالتالي تحقيق تدفقات بيانات أكبر.نظرًا للنطاق الترددي الأكبر للقناة للموجات المليمترية ، يمكن استخدام مخططات تعديل أقل تعقيدًا لنقل البيانات ، مما قد يؤدي إلى أنظمة ذات زمن انتقال أقل بكثير.
ما هي التحديات؟
هناك تحديات ذات صلة في تحسين الطيف.من الصعب تصنيع المكونات وأشباه الموصلات المطلوبة لإرسال واستقبال الإشارات على موجات المليمتر - وهناك عدد أقل من العمليات المتاحة.يعد تصنيع مكونات الموجة المليمترية أكثر صعوبة أيضًا لأنها أصغر بكثير ، وتتطلب تحملاً أعلى للتجميع وتصميمًا دقيقًا للوصلات والتجاويف لتقليل الخسائر وتجنب التذبذبات.
يعد الانتشار أحد التحديات الرئيسية التي تواجهها إشارات الموجات المليمترية.في الترددات العالية ، من المرجح أن يتم حظر الإشارات أو تقليلها بواسطة أشياء مادية مثل الجدران والأشجار والمباني.في منطقة المبنى ، هذا يعني أن جهاز استقبال الموجات المليمترية يجب أن يكون موجودًا خارج المبنى لنشر الإشارة داخليًا.من أجل التوصيل والاتصال عبر الأقمار الصناعية إلى الأرض ، يلزم تضخيم طاقة أكبر لإرسال الإشارات عبر مسافات طويلة.على الأرض ، لا يمكن أن تتجاوز المسافة بين الوصلات من نقطة إلى نقطة 1 إلى 5 كيلومترات ، بدلاً من المسافة الأكبر التي يمكن أن تحققها الشبكات منخفضة التردد.
وهذا يعني ، على سبيل المثال ، في المناطق الريفية ، أن هناك حاجة إلى المزيد من المحطات والهوائيات الأساسية لإرسال إشارات الموجات المليمترية عبر مسافات طويلة.يتطلب تثبيت هذه البنية التحتية الإضافية مزيدًا من الوقت والتكلفة.في السنوات الأخيرة ، حاول نشر كوكبة الأقمار الصناعية حل هذه المشكلة ، ومرة ​​أخرى تأخذ كوكبة الأقمار الصناعية هذه الموجة المليمترية باعتبارها جوهر بنيتها.
ما هو أفضل انتشار للموجات المليمترية؟
إن مسافة الانتشار القصيرة للموجات المليمترية تجعلها مناسبة جدًا للنشر في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان ذات حركة البيانات العالية.البديل عن الشبكات اللاسلكية هو شبكات الألياف البصرية.في المناطق الحضرية ، يعد حفر الطرق لتركيب ألياف بصرية جديدة مكلفًا للغاية ومدمرًا ويستغرق وقتًا طويلاً.على العكس من ذلك ، يمكن إنشاء اتصالات الموجات المليمترية بكفاءة بأقل تكاليف انقطاع في غضون أيام قليلة.
معدل البيانات الذي تحققه إشارات الموجات المليمترية يمكن مقارنته بمعدلات الألياف الضوئية ، مع توفير زمن انتقال أقل.عندما تحتاج إلى تدفق معلومات سريع جدًا وأقل زمن انتقال ، فإن الروابط اللاسلكية هي الخيار الأول - وهذا هو سبب استخدامها في البورصات حيث يمكن أن يكون زمن الانتقال بالمللي ثانية أمرًا بالغ الأهمية.
في المناطق الريفية ، غالبًا ما تكون تكلفة تركيب كابلات الألياف الضوئية باهظة بسبب المسافة المطلوبة.كما ذكرنا أعلاه ، تتطلب شبكات أبراج الموجات المليمترية أيضًا استثمارات كبيرة في البنية التحتية.الحل المقدم هنا هو استخدام سواتل ذات مدار أرضي منخفض (LEO) أو سواتل زائفة عالية الارتفاع (HAPS) لتوصيل البيانات بالمناطق النائية.تعني شبكات LEO و HAPS أنه ليست هناك حاجة لتثبيت الألياف الضوئية أو بناء شبكات لاسلكية قصيرة المسافة من نقطة إلى نقطة ، مع الاستمرار في توفير معدلات بيانات ممتازة.لقد استخدمت الاتصالات الساتلية بالفعل إشارات الموجات المليمترية ، وعادةً ما تكون في الطرف المنخفض من الطيف - نطاق تردد Ka (27-31 جيجاهرتز).هناك مساحة للتوسع إلى ترددات أعلى ، مثل نطاقي التردد Q / V و E ، وخاصة محطة العودة للبيانات إلى الأرض.
يحتل سوق عودة الاتصالات مكانة رائدة في الانتقال من ترددات الموجات الميكروية إلى الموجات المليمترية.ويرجع ذلك إلى الارتفاع الكبير في الأجهزة الاستهلاكية (الأجهزة المحمولة ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وإنترنت الأشياء (IoT)) على مدار العقد الماضي ، مما أدى إلى تسريع الطلب على المزيد من البيانات بشكل أسرع.
الآن ، يأمل مشغلو الأقمار الصناعية أن يحذوا حذو شركات الاتصالات وأن يوسعوا استخدام الموجات المليمترية في أنظمة المدار الأرضي المنخفض و HAPS.في السابق ، كان المدار الاستوائي الثابت بالنسبة للأرض (GEO) والأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المتوسط ​​(MEO) بعيدًا جدًا عن الأرض لإنشاء روابط اتصالات للمستهلكين عند ترددات الموجات المليمترية.ومع ذلك ، فإن توسع سواتل المدار الأرضي المنخفض يجعل من الممكن الآن إنشاء روابط موجية مليمترية وإنشاء الشبكات عالية السعة المطلوبة عالميًا.
تمتلك الصناعات الأخرى أيضًا إمكانات كبيرة لاستخدام تقنية الموجات المليمترية.في صناعة السيارات ، تتطلب المركبات المستقلة اتصالات مستمرة عالية السرعة وشبكات بيانات بزمن انتقال منخفض للعمل بأمان.في المجال الطبي ، ستكون هناك حاجة إلى تدفقات بيانات فائقة السرعة وموثوق بها لتمكين الجراحين الموجودين عن بُعد من تنفيذ إجراءات طبية دقيقة.
عشر سنوات من ابتكار موجة المليمتر
Filtronic هو خبير رائد في تكنولوجيا اتصالات الموجات المليمترية في المملكة المتحدة.نحن واحدة من الشركات القليلة في المملكة المتحدة التي يمكنها تصميم وتصنيع مكونات اتصالات موجة المليمتر المتقدمة على نطاق واسع.لدينا مهندسون داخليون للترددات اللاسلكية (بما في ذلك خبراء الموجات المليمترية) اللازمين لوضع تصور وتصميم وتطوير تقنيات جديدة للموجات المليمترية.
في العقد الماضي ، تعاونا مع شركات اتصالات متنقلة رائدة لتطوير سلسلة من أجهزة الإرسال والاستقبال ذات الموجات الميكروية والمليمترية ومضخمات الطاقة والأنظمة الفرعية لشبكات التوصيل.يعمل أحدث منتج لدينا في النطاق E ، والذي يوفر حلاً محتملاً لروابط التغذية فائقة السعة في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.على مدار العقد الماضي ، تم تعديله وتحسينه تدريجيًا ، مما أدى إلى تقليل الوزن والتكلفة ، وتحسين الأداء ، وتحسين عمليات التصنيع لزيادة الإنتاج.يمكن لشركات الأقمار الصناعية الآن تجنب سنوات من الاختبار والتطوير الداخلي من خلال اعتماد تقنية نشر الفضاء المثبتة.
نحن ملتزمون في طليعة الابتكار ، وخلق التكنولوجيا داخليًا وتطوير عمليات التصنيع الشامل الداخلية بشكل مشترك.نحن دائمًا نقود السوق في الابتكار لضمان أن تكون تقنيتنا جاهزة للنشر حيث تفتح الوكالات التنظيمية نطاقات تردد جديدة.
نحن نعمل بالفعل على تطوير تقنيات W-band و D-band للتعامل مع الازدحام وزيادة حركة البيانات في النطاق E في السنوات القادمة.نحن نعمل مع عملاء الصناعة لمساعدتهم على بناء ميزة تنافسية من خلال الإيرادات الهامشية عند فتح نطاقات تردد جديدة.
ما هي الخطوة التالية لموجات المليمتر؟
سيتطور معدل استخدام البيانات في اتجاه واحد فقط ، كما أن التكنولوجيا التي تعتمد على البيانات تتحسن باستمرار.لقد وصل الواقع المعزز ، وأصبحت أجهزة إنترنت الأشياء موجودة في كل مكان.بالإضافة إلى التطبيقات المحلية ، يتحول كل شيء بدءًا من العمليات الصناعية الرئيسية إلى حقول النفط والغاز ومحطات الطاقة النووية نحو تكنولوجيا إنترنت الأشياء للمراقبة عن بُعد - مما يقلل الحاجة إلى التدخل اليدوي عند تشغيل هذه المرافق المعقدة.سيعتمد نجاح هذه التطورات التكنولوجية وغيرها على موثوقية وسرعة وجودة شبكات البيانات التي تدعمها - وتوفر موجات المليمتر السعة المطلوبة.
لم تقلل الموجات المليمترية من أهمية الترددات التي تقل عن 6 جيجاهرتز في مجال الاتصالات اللاسلكية.على العكس من ذلك ، فهو مكمل مهم للطيف ، مما يتيح تسليم التطبيقات المختلفة بنجاح ، خاصة تلك التي تتطلب حزم بيانات كبيرة وزمن انتقال منخفض وكثافة اتصال أعلى.

إن حالة استخدام الموجات المليمترية لتحقيق توقعات وفرص التقنيات الجديدة المتعلقة بالبيانات مقنعة.لكن هناك أيضًا تحديات.
التنظيم هو التحدي.من المستحيل الدخول إلى نطاق تردد الموجة المليمترية الأعلى حتى تصدر السلطات التنظيمية تراخيص لتطبيقات محددة.ومع ذلك ، فإن النمو الأسي المتوقع للطلب يعني أن المنظمين يتعرضون لضغوط متزايدة لإطلاق المزيد من الطيف لتجنب الازدحام والتداخل.يتطلب تقاسم الطيف بين التطبيقات المنفعلة والتطبيقات النشطة مثل سواتل الأرصاد الجوية أيضًا مناقشات مهمة حول التطبيقات التجارية ، والتي ستسمح بنطاقات تردد أوسع وطيفًا أكثر استمرارية دون الانتقال إلى تردد آسيا والمحيط الهادئ بالهرتز.
عند الاستفادة من الفرص التي يوفرها النطاق الترددي الجديد ، من المهم أن يكون لديك تقنيات مناسبة لتعزيز الاتصالات ذات التردد العالي.لهذا السبب تقوم Filtronic بتطوير تقنيات W-band و D-band للمستقبل.ولهذا السبب أيضًا نتعاون مع الجامعات والحكومات والصناعات لتعزيز تطوير المهارات والمعرفة في المجالات المطلوبة لتلبية احتياجات التكنولوجيا اللاسلكية المستقبلية.إذا كانت المملكة المتحدة ستأخذ زمام المبادرة في تطوير شبكات اتصالات البيانات العالمية في المستقبل ، فإنها تحتاج إلى توجيه الاستثمار الحكومي إلى المجالات الصحيحة لتكنولوجيا الترددات اللاسلكية.
كشريك في الأوساط الأكاديمية والحكومية والصناعية ، تلعب Filtronic دورًا رائدًا في تطوير تقنيات الاتصال المتقدمة التي تحتاج إلى توفير وظائف وإمكانيات جديدة في عالم تزداد فيه الحاجة إلى البيانات.