การสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตร

คลื่นมิลลิเมตร(mmWave) คือแถบสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 10 มม. (30 GHz) ถึง 1 มม. (300 GHz)เรียกว่าย่านความถี่สูงมาก (EHF) โดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU)คลื่นมิลลิเมตรอยู่ระหว่างคลื่นไมโครเวฟและคลื่นอินฟราเรดในสเปกตรัม และสามารถนำไปใช้กับแอปพลิเคชันการสื่อสารไร้สายความเร็วสูงต่างๆ เช่น ลิงก์แบ็คฮอลแบบจุดต่อจุด
แนวโน้มมาโครช่วยเร่งการเติบโตของข้อมูล
ด้วยความต้องการข้อมูลและการเชื่อมต่อที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก คลื่นความถี่ที่ใช้สำหรับการสื่อสารไร้สายในปัจจุบันจึงมีความหนาแน่นมากขึ้น ส่งผลให้มีความต้องการเข้าถึงแบนด์วิธความถี่ที่สูงขึ้นภายในสเปกตรัมคลื่นระดับมิลลิเมตรแนวโน้มมาโครจำนวนมากได้เร่งความต้องการความจุข้อมูลขนาดใหญ่และความเร็ว
1. จำนวนและประเภทของข้อมูลที่สร้างและประมวลผลโดยบิ๊กดาต้าเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณทุกวันโลกอาศัยการส่งข้อมูลจำนวนมากด้วยความเร็วสูงบนอุปกรณ์จำนวนนับไม่ถ้วนในทุก ๆ วินาทีในปี 2020 แต่ละคนสร้างข้อมูล 1.7 MB ต่อวินาที(ที่มา: ไอบีเอ็ม).ในช่วงต้นปี 2020 ปริมาณข้อมูลทั่วโลกคาดว่าจะอยู่ที่ 44ZB (World Economic Forum)ภายในปี 2568 การสร้างข้อมูลทั่วโลกคาดว่าจะสูงถึง 175 ZBกล่าวอีกนัยหนึ่ง การจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากต้องใช้ฮาร์ดไดรฟ์ที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันถึง 12.5 พันล้านตัว(อินเตอร์เนชั่นแนล ดาต้า คอร์ปอเรชั่น)
ตามการประมาณการของสหประชาชาติ ปี 2550 เป็นปีแรกที่ประชากรในเมืองมีจำนวนมากกว่าประชากรในชนบทแนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไป และคาดว่าภายในปี 2593 ประชากรโลกมากกว่าสองในสามจะอาศัยอยู่ในเขตเมืองสิ่งนี้นำมาซึ่งแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นต่อโครงสร้างพื้นฐานด้านโทรคมนาคมและข้อมูลในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นเหล่านี้
3. วิกฤตโลกหลายขั้วและความไม่มีเสถียรภาพ ตั้งแต่โรคระบาดไปจนถึงความวุ่นวายทางการเมืองและความขัดแย้ง หมายความว่าประเทศต่าง ๆ มีความกระตือรือร้นมากขึ้นที่จะพัฒนาขีดความสามารถในอธิปไตยของตนเพื่อลดความเสี่ยงจากความไม่มั่นคงของโลกรัฐบาลทั่วโลกหวังว่าจะลดการพึ่งพาการนำเข้าจากภูมิภาคอื่นและสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยี และโครงสร้างพื้นฐานภายในประเทศ
4. ด้วยความพยายามของโลกในการลดการปล่อยคาร์บอน เทคโนโลยีกำลังเปิดโอกาสใหม่ ๆ เพื่อลดการเดินทางที่ปล่อยคาร์บอนสูงทุกวันนี้ การประชุมและการประชุมมักจะจัดขึ้นทางออนไลน์แม้แต่หัตถการทางการแพทย์ก็สามารถดำเนินการได้จากระยะไกลโดยไม่ต้องมีศัลยแพทย์มาที่ห้องผ่าตัดเฉพาะสตรีมข้อมูลที่มีความหน่วงต่ำที่รวดเร็ว เชื่อถือได้ และไม่ขาดตอนเท่านั้นที่สามารถบรรลุการทำงานที่แม่นยำนี้ได้
ปัจจัยระดับมหภาคเหล่านี้กระตุ้นให้ผู้คนรวบรวม ส่ง และประมวลผลข้อมูลทั่วโลกมากขึ้นเรื่อยๆ และยังต้องการการส่งข้อมูลด้วยความเร็วที่สูงขึ้นและมีเวลาแฝงน้อยที่สุด

คลื่นมิลลิเมตรมีบทบาทอย่างไร?
สเปกตรัมของคลื่นมิลลิเมตรให้สเปกตรัมต่อเนื่องที่กว้าง ทำให้สามารถรับส่งข้อมูลได้สูงขึ้นปัจจุบัน ความถี่ไมโครเวฟที่ใช้สำหรับการสื่อสารไร้สายส่วนใหญ่เริ่มหนาแน่นและกระจัดกระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแบนด์วิธจำนวนมากที่อุทิศให้กับแผนกเฉพาะ เช่น การป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ และการสื่อสารในกรณีฉุกเฉิน
เมื่อคุณเลื่อนสเปกตรัมขึ้น ส่วนของสเปกตรัมที่ไม่มีการขัดจังหวะที่มีอยู่จะใหญ่ขึ้นมากและส่วนที่คงไว้จะน้อยลงการเพิ่มช่วงความถี่จะเพิ่มขนาดของ "ไปป์ไลน์" ที่สามารถใช้ส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะทำให้ได้สตรีมข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นเนื่องจากแบนด์วิธของช่องสัญญาณที่ใหญ่กว่าของคลื่นมิลลิเมตร จึงสามารถใช้โครงร่างการมอดูเลตที่ซับซ้อนน้อยกว่าในการส่งข้อมูล ซึ่งอาจนำไปสู่ระบบที่มีเวลาแฝงต่ำกว่ามาก
อะไรคือความท้าทาย?
มีความท้าทายที่เกี่ยวข้องในการปรับปรุงสเปกตรัมส่วนประกอบและเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นในการส่งและรับสัญญาณด้วยคลื่นมิลลิเมตรนั้นผลิตได้ยากขึ้น และมีกระบวนการที่ทำได้น้อยกว่าการผลิตชิ้นส่วนคลื่นระดับมิลลิเมตรยังยากกว่าเนื่องจากมีขนาดเล็กกว่ามาก ทำให้ต้องใช้ความอดทนในการประกอบที่สูงขึ้น และการออกแบบการเชื่อมต่อระหว่างกันและโพรงอย่างระมัดระวังเพื่อลดการสูญเสียและหลีกเลี่ยงการแกว่ง
การแพร่กระจายเป็นหนึ่งในความท้าทายหลักที่สัญญาณคลื่นมิลลิเมตรต้องเผชิญที่ความถี่สูง สัญญาณมักจะถูกปิดกั้นหรือลดทอนโดยวัตถุทางกายภาพ เช่น กำแพง ต้นไม้ และอาคารในพื้นที่อาคาร หมายความว่า เครื่องรับคลื่นมิลลิเมตรจะต้องอยู่นอกอาคารเพื่อกระจายสัญญาณภายในสำหรับการสื่อสารแบบแบ็คฮอลและดาวเทียมสู่ภาคพื้นดิน จำเป็นต้องมีกำลังขยายที่มากขึ้นเพื่อส่งสัญญาณในระยะทางไกลบนพื้นดิน ระยะทางระหว่างการเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุดต้องไม่เกิน 1 ถึง 5 กิโลเมตร แทนที่จะเป็นระยะทางที่มากกว่าที่เครือข่ายความถี่ต่ำสามารถทำได้
ซึ่งหมายความว่า ในพื้นที่ชนบท จำเป็นต้องมีสถานีฐานและเสาอากาศมากขึ้นเพื่อส่งสัญญาณคลื่นมิลลิเมตรในระยะทางไกลการติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติมนี้ต้องใช้เวลาและค่าใช้จ่ายมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การปรับใช้กลุ่มดาวบริวารได้พยายามแก้ปัญหานี้ และกลุ่มดาวบริวารเหล่านี้ก็ใช้คลื่นมิลลิเมตรเป็นแกนหลักของสถาปัตยกรรมอีกครั้ง
การติดตั้งคลื่นมิลลิเมตรที่ดีที่สุดคือที่ใด
ระยะการแพร่กระจายของคลื่นมิลลิเมตรสั้นทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในเขตเมืองที่มีประชากรหนาแน่นและมีการรับส่งข้อมูลสูงทางเลือกอื่นสำหรับเครือข่ายไร้สายคือเครือข่ายใยแก้วนำแสงในเขตเมือง การขุดถนนเพื่อติดตั้งใยแก้วนำแสงใหม่นั้นมีราคาแพงมาก ทำลายล้าง และใช้เวลานานในทางตรงกันข้าม การเชื่อมต่อคลื่นมิลลิเมตรสามารถสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยมีค่าใช้จ่ายหยุดชะงักน้อยที่สุดภายในเวลาไม่กี่วัน
อัตราข้อมูลที่ได้รับจากสัญญาณคลื่นระดับมิลลิเมตรเทียบได้กับอัตราของเส้นใยแก้วนำแสง ในขณะที่ให้เวลาแฝงที่ต่ำกว่าเมื่อคุณต้องการการไหลของข้อมูลที่รวดเร็วมากและมีเวลาแฝงน้อยที่สุด ลิงก์ไร้สายคือตัวเลือกแรก นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงถูกนำมาใช้ในตลาดหลักทรัพย์ซึ่งเวลาแฝงระดับมิลลิวินาทีอาจมีความสำคัญ
ในพื้นที่ชนบท ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมักจะถูกห้ามเนื่องจากระยะทางที่เกี่ยวข้องดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เครือข่ายหอคลื่นมิลลิเมตรยังต้องการการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญอีกด้วยวิธีแก้ปัญหาที่นำเสนอนี้คือการใช้ดาวเทียมวงโคจรรอบโลกต่ำ (LEO) หรือดาวเทียมหลอกระดับความสูงสูง (HAPS) เพื่อเชื่อมต่อข้อมูลกับพื้นที่ห่างไกลเครือข่าย LEO และ HAPS หมายความว่าไม่จำเป็นต้องติดตั้งไฟเบอร์ออปติกหรือสร้างเครือข่ายไร้สายแบบจุดต่อจุดระยะทางสั้น ในขณะที่ยังคงให้อัตราข้อมูลที่ดีเยี่ยมการสื่อสารผ่านดาวเทียมใช้คลื่นสัญญาณระดับมิลลิเมตรอยู่แล้ว โดยปกติจะอยู่ในย่านต่ำสุดของสเปกตรัม – ย่านความถี่ Ka (27-31GHz)มีพื้นที่สำหรับขยายไปยังความถี่ที่สูงขึ้น เช่น ย่านความถี่ Q/V และ E โดยเฉพาะสถานีส่งคืนสำหรับข้อมูลลงกราวด์
ตลาดส่งคืนโทรคมนาคมอยู่ในตำแหน่งผู้นำในการเปลี่ยนจากความถี่คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นความถี่ระดับมิลลิเมตรสิ่งนี้ได้รับแรงหนุนจากการเพิ่มขึ้นของอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค (อุปกรณ์พกพา แล็ปท็อป และอินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (IoT)) ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ซึ่งได้เร่งความต้องการข้อมูลที่มากขึ้นและเร็วขึ้น
ตอนนี้ผู้ประกอบการดาวเทียมหวังว่าจะทำตามตัวอย่างของบริษัทโทรคมนาคมและขยายการใช้คลื่นมิลลิเมตรในระบบ LEO และ HAPSก่อนหน้านี้ ดาวเทียมวงโคจรเส้นศูนย์สูตร geostationary (GEO) และดาวเทียมวงโคจรกลางโลก (MEO) แบบดั้งเดิมอยู่ห่างจากโลกเกินกว่าที่จะสร้างการเชื่อมโยงการสื่อสารกับผู้บริโภคที่ความถี่คลื่นระดับมิลลิเมตรอย่างไรก็ตาม การขยายตัวของดาวเทียม LEO ทำให้สามารถสร้างการเชื่อมโยงคลื่นมิลลิเมตรและสร้างเครือข่ายความจุสูงที่จำเป็นทั่วโลกได้
อุตสาหกรรมอื่น ๆ ก็มีศักยภาพที่ดีในการใช้เทคโนโลยีคลื่นมิลลิเมตรในอุตสาหกรรมยานยนต์ รถยนต์ไร้คนขับต้องการการเชื่อมต่อความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องและเครือข่ายข้อมูลความหน่วงต่ำเพื่อให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยในด้านการแพทย์ จำเป็นต้องมีการสตรีมข้อมูลที่รวดเร็วและเชื่อถือได้เป็นพิเศษเพื่อให้ศัลยแพทย์ที่อยู่ห่างไกลสามารถดำเนินขั้นตอนทางการแพทย์ได้อย่างแม่นยำ
สิบปีแห่งนวัตกรรมคลื่นมิลลิเมตร
Filtronic เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตรชั้นนำในสหราชอาณาจักรเราเป็นหนึ่งในไม่กี่บริษัทในสหราชอาณาจักรที่สามารถออกแบบและผลิตส่วนประกอบการสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตรขั้นสูงในขนาดใหญ่ได้เรามีวิศวกร RF ภายใน (รวมถึงผู้เชี่ยวชาญด้านคลื่นมิลลิเมตร) ที่จำเป็นในการวางแนวคิด ออกแบบ และพัฒนาเทคโนโลยีคลื่นมิลลิเมตรใหม่
ในทศวรรษที่ผ่านมา เราได้ร่วมมือกับบริษัทโทรคมนาคมชั้นนำในการพัฒนาชุดอุปกรณ์รับส่งสัญญาณไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร เพาเวอร์แอมป์ และระบบย่อยสำหรับเครือข่ายแบ็คฮอลผลิตภัณฑ์ล่าสุดของเราทำงานใน E-band ซึ่งเป็นโซลูชันที่เป็นไปได้สำหรับลิงก์ฟีดเดอร์ความจุสูงพิเศษในการสื่อสารผ่านดาวเทียมในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มีการปรับเปลี่ยนและปรับปรุงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ลดน้ำหนักและต้นทุน ปรับปรุงประสิทธิภาพ และปรับปรุงกระบวนการผลิตเพื่อเพิ่มการผลิตปัจจุบันบริษัทดาวเทียมสามารถหลีกเลี่ยงการทดสอบและพัฒนาภายในเป็นเวลาหลายปีได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีการปรับใช้พื้นที่ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วนี้
เรามุ่งมั่นที่จะเป็นผู้นำด้านนวัตกรรม สร้างสรรค์เทคโนโลยีภายในองค์กร และร่วมกันพัฒนากระบวนการผลิตจำนวนมากภายในองค์กรเราเป็นผู้นำตลาดในด้านนวัตกรรมอยู่เสมอเพื่อให้แน่ใจว่าเทคโนโลยีของเราพร้อมสำหรับการใช้งานเมื่อหน่วยงานกำกับดูแลเปิดคลื่นความถี่ใหม่
เรากำลังพัฒนาเทคโนโลยี W-band และ D-band เพื่อรับมือกับความแออัดและการรับส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้นใน E-band ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเราทำงานร่วมกับลูกค้าในอุตสาหกรรมเพื่อช่วยสร้างความได้เปรียบทางการแข่งขันผ่านรายได้ส่วนเพิ่มเมื่อมีการเปิดคลื่นความถี่ใหม่
ขั้นตอนต่อไปสำหรับคลื่นมิลลิเมตรคืออะไร?
อัตราการใช้ข้อมูลจะพัฒนาไปในทิศทางเดียวเท่านั้น และเทคโนโลยีที่อาศัยข้อมูลก็พัฒนาอย่างต่อเนื่องเช่นกันความจริงเสริมมาถึงแล้ว และอุปกรณ์ IoT กำลังเป็นที่แพร่หลายนอกเหนือจากการใช้งานในประเทศแล้ว ทุกอย่างตั้งแต่กระบวนการทางอุตสาหกรรมหลักไปจนถึงแหล่งน้ำมันและก๊าซ และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังเปลี่ยนไปสู่เทคโนโลยี IoT สำหรับการตรวจสอบระยะไกล ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการแทรกแซงด้วยตนเองเมื่อใช้งานสิ่งอำนวยความสะดวกที่ซับซ้อนเหล่านี้ความสำเร็จของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้และอื่นๆ จะขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือ ความเร็ว และคุณภาพของเครือข่ายข้อมูลที่สนับสนุน และคลื่นมิลลิเมตรก็มอบความจุที่ต้องการ
คลื่นมิลลิเมตรไม่ได้ลดความสำคัญของความถี่ต่ำกว่า 6GHz ในด้านการสื่อสารไร้สายในทางตรงกันข้าม มันเป็นส่วนเสริมที่สำคัญของสเปกตรัม ทำให้สามารถส่งแอปพลิเคชันต่างๆ ได้สำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแอปพลิเคชันที่ต้องใช้แพ็กเก็ตข้อมูลขนาดใหญ่ เวลาแฝงต่ำ และความหนาแน่นของการเชื่อมต่อที่สูงขึ้น

กรณีของการใช้คลื่นมิลลิเมตรเพื่อให้บรรลุความคาดหวังและโอกาสของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลใหม่นั้นน่าเชื่อแต่ก็มีความท้าทายเช่นกัน
ระเบียบเป็นสิ่งที่ท้าทายเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าสู่ย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตรที่สูงกว่าจนกว่าหน่วยงานกำกับดูแลจะออกใบอนุญาตสำหรับการใช้งานเฉพาะอย่างไรก็ตาม ความต้องการที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณที่คาดการณ์ไว้หมายความว่าหน่วยงานกำกับดูแลอยู่ภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นในการเผยแพร่คลื่นความถี่มากขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงความแออัดและการรบกวนการใช้สเปกตรัมร่วมกันระหว่างแอพพลิเคชั่นแบบพาสซีฟและแอพพลิเคชั่นแบบแอ็คทีฟ เช่น ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา ยังต้องมีการหารือที่สำคัญเกี่ยวกับการใช้งานเชิงพาณิชย์ ซึ่งจะช่วยให้แถบความถี่กว้างขึ้นและสเปกตรัมต่อเนื่องมากขึ้นโดยไม่ต้องย้ายไปยังความถี่เอเชียแปซิฟิก Hz
เมื่อใช้ประโยชน์จากโอกาสที่ได้รับจากแบนด์วิธใหม่ สิ่งสำคัญคือต้องมีเทคโนโลยีที่เหมาะสมเพื่อส่งเสริมการสื่อสารที่มีความถี่สูงขึ้นนั่นเป็นเหตุผลที่ Filtronic กำลังพัฒนาเทคโนโลยี W-band และ D-band สำหรับอนาคตนี่คือเหตุผลที่เราร่วมมือกับมหาวิทยาลัย รัฐบาล และภาคอุตสาหกรรมเพื่อส่งเสริมการพัฒนาทักษะและความรู้ในสาขาที่จำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านเทคโนโลยีไร้สายในอนาคตหากสหราชอาณาจักรเป็นผู้นำในการพัฒนาเครือข่ายการสื่อสารข้อมูลทั่วโลกในอนาคต สหราชอาณาจักรจำเป็นต้องจัดช่องทางการลงทุนของรัฐบาลในด้านเทคโนโลยี RF ที่เหมาะสม
ในฐานะหุ้นส่วนในด้านวิชาการ รัฐบาล และอุตสาหกรรม Filtronic มีบทบาทนำในการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารขั้นสูงที่จำเป็นต้องมอบฟังก์ชันและความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในโลกที่ข้อมูลมีความจำเป็นมากขึ้น