onda milimétrica(mmWave) é a banda do espectro eletromagnético com um comprimento de onda entre 10 mm (30 GHz) e 1 mm (300 GHz).É referido como a banda de frequência extremamente alta (EHF) pela União Internacional de Telecomunicações (ITU).As ondas milimétricas estão localizadas entre as ondas de micro-ondas e infravermelhas no espectro e podem ser usadas para várias aplicações de comunicação sem fio de alta velocidade, como links de backhaul ponto a ponto.
As macrotendências aceleram o crescimento dos dados
Com a crescente demanda global por dados e conectividade, as bandas de frequência atualmente usadas para comunicação sem fio tornaram-se cada vez mais lotadas, impulsionando a demanda por acesso a largura de banda de frequência mais alta dentro do espectro de ondas milimétricas.Muitas macrotendências aceleraram a demanda por maior capacidade e velocidade de dados.
1. A quantidade e os tipos de dados gerados e processados por big data estão aumentando exponencialmente a cada dia.O mundo depende da transmissão em alta velocidade de grandes quantidades de dados em inúmeros dispositivos a cada segundo.Em 2020, cada pessoa gerou 1,7 MB de dados por segundo.(Fonte: IBM).No início de 2020, o volume global de dados foi estimado em 44ZB (Fórum Econômico Mundial).Até 2025, espera-se que a criação global de dados atinja mais de 175 ZB.Em outras palavras, armazenar uma quantidade tão grande de dados requer 12,5 bilhões dos maiores discos rígidos de hoje.(Corporação Internacional de Dados)
Segundo estimativas das Nações Unidas, 2007 foi o primeiro ano em que a população urbana superou a população rural.Esta tendência ainda está em curso, e espera-se que até 2050, mais de dois terços da população mundial resida em áreas urbanas.Isso trouxe uma pressão crescente sobre a infraestrutura de telecomunicações e dados nessas áreas densamente povoadas.
3. A crise e instabilidade global multipolar, desde pandemias a turbulências e conflitos políticos, fazem com que os países estejam cada vez mais ansiosos por desenvolver as suas capacidades soberanas para mitigar os riscos da instabilidade global.Governos de todo o mundo esperam reduzir sua dependência de importações de outras regiões e apoiar o desenvolvimento de produtos, tecnologias e infraestrutura nacionais.
4. Com os esforços mundiais para reduzir as emissões de carbono, a tecnologia está abrindo novas oportunidades para minimizar as viagens com alto teor de carbono.Hoje, as reuniões e conferências são geralmente realizadas online.Mesmo os procedimentos médicos podem ser executados remotamente sem a necessidade de cirurgiões irem à sala de cirurgia.Somente fluxos de dados ultrarrápidos, confiáveis e ininterruptos de baixa latência podem atingir essa operação precisa.
Esses fatores macro levam as pessoas a coletar, transmitir e processar cada vez mais dados globalmente e também exigem transmissão em velocidades mais altas e com latência mínima.
Que papel podem desempenhar as ondas milimétricas?
O espectro de ondas milimétricas fornece um amplo espectro contínuo, permitindo maior transmissão de dados.Atualmente, as frequências de microondas usadas para a maioria das comunicações sem fio estão ficando lotadas e dispersas, especialmente com várias larguras de banda dedicadas a departamentos específicos, como defesa, aeroespacial e comunicação de emergência.
Quando você move o espectro para cima, a porção ininterrupta disponível do espectro será muito maior e a porção retida será menor.Aumentar a faixa de frequência aumenta efetivamente o tamanho do “pipeline” que pode ser usado para transmitir dados, alcançando assim fluxos de dados maiores.Devido à largura de banda do canal muito maior de ondas milimétricas, esquemas de modulação menos complexos podem ser usados para transmitir dados, o que pode levar a sistemas com latência muito menor.
Quais são os desafios?
Existem desafios relacionados na melhoria do espectro.Os componentes e semicondutores necessários para transmitir e receber sinais em ondas milimétricas são mais difíceis de fabricar – e há menos processos disponíveis.A fabricação de componentes de ondas milimétricas também é mais difícil porque são muito menores, exigindo maiores tolerâncias de montagem e um projeto cuidadoso de interconexões e cavidades para reduzir perdas e evitar oscilações.
A propagação é um dos principais desafios enfrentados pelos sinais de ondas milimétricas.Em frequências mais altas, é mais provável que os sinais sejam bloqueados ou reduzidos por objetos físicos, como paredes, árvores e edifícios.Na área do edifício, isso significa que o receptor de ondas milimétricas precisa estar localizado fora do edifício para propagar o sinal internamente.Para backhaul e comunicação satélite-terra, é necessária uma maior amplificação de potência para transmitir sinais em longas distâncias.No solo, a distância entre os enlaces ponto a ponto não pode ultrapassar de 1 a 5 quilômetros, ao contrário da distância maior que as redes de baixa frequência podem atingir.
Isso significa, por exemplo, em áreas rurais, mais estações base e antenas são necessárias para transmitir sinais de ondas milimétricas em longas distâncias.A instalação dessa infraestrutura adicional requer mais tempo e custo.Nos últimos anos, a implantação da constelação de satélites tentou resolver esse problema, e essas constelações de satélites mais uma vez adotam as ondas milimétricas como o núcleo de sua arquitetura.
Onde é a melhor implantação para ondas milimétricas?
A curta distância de propagação de ondas milimétricas as torna muito adequadas para implantação em áreas urbanas densamente povoadas com alto tráfego de dados.A alternativa às redes sem fio são as redes de fibra ótica.Em áreas urbanas, escavar estradas para instalar novas fibras ópticas é extremamente caro, destrutivo e demorado.Pelo contrário, as conexões de ondas milimétricas podem ser estabelecidas de forma eficiente com custos mínimos de interrupção em poucos dias.
A taxa de dados alcançada pelos sinais de onda milimétrica é comparável à das fibras ópticas, ao mesmo tempo em que fornece menor latência.Quando você precisa de um fluxo de informações muito rápido e latência mínima, os links sem fio são a primeira escolha – é por isso que eles são usados em bolsas de valores onde a latência de milissegundos pode ser crítica.
Nas áreas rurais, o custo de instalação de cabos de fibra ótica costuma ser proibitivo devido à distância envolvida.Conforme mencionado acima, as redes de torres de ondas milimétricas também exigem investimentos significativos em infraestrutura.A solução apresentada aqui é usar satélites de órbita terrestre baixa (LEO) ou pseudossatélites de alta altitude (HAPS) para conectar dados a áreas remotas.As redes LEO e HAPS significam que não há necessidade de instalar fibra ótica ou construir redes sem fio ponto-a-ponto de curta distância, enquanto ainda fornecem excelentes taxas de dados.A comunicação via satélite já usou sinais de ondas milimétricas, geralmente na extremidade inferior do espectro – banda de frequência Ka (27-31GHz).Há espaço para expansão para frequências mais altas, como as bandas de frequência Q/V e E, principalmente a estação de retorno de dados para o solo.
O mercado de retorno de telecomunicações está em uma posição de liderança na transição de frequências de microondas para ondas milimétricas.Isso é impulsionado pelo aumento de dispositivos de consumo (dispositivos portáteis, laptops e a Internet das Coisas (IoT)) na última década, o que acelerou a demanda por mais dados e mais rápidos.
Agora, as operadoras de satélite esperam seguir o exemplo das empresas de telecomunicações e expandir o uso de ondas milimétricas nos sistemas LEO e HAPS.Anteriormente, os satélites tradicionais de órbita equatorial geoestacionária (GEO) e órbita média da Terra (MEO) estavam muito longe da Terra para estabelecer links de comunicação do consumidor em frequências de ondas milimétricas.No entanto, a expansão dos satélites LEO agora permite estabelecer links de ondas milimétricas e criar as redes de alta capacidade necessárias globalmente.
Outras indústrias também têm grande potencial para utilizar a tecnologia de ondas milimétricas.Na indústria automotiva, os veículos autônomos exigem conexões contínuas de alta velocidade e redes de dados de baixa latência para operar com segurança.No campo médico, serão necessários fluxos de dados ultrarrápidos e confiáveis para permitir que cirurgiões localizados remotamente executem procedimentos médicos precisos.
Dez anos de inovação em ondas milimétricas
A Filtronic é uma especialista líder em tecnologia de comunicação por ondas milimétricas no Reino Unido.Somos uma das poucas empresas no Reino Unido que pode projetar e fabricar componentes avançados de comunicação por ondas milimétricas em grande escala.Temos engenheiros de RF internos (incluindo especialistas em ondas milimétricas) necessários para conceituar, projetar e desenvolver novas tecnologias de ondas milimétricas.
Na última década, colaboramos com as principais empresas de telecomunicações móveis para desenvolver uma série de transceptores de micro-ondas e ondas milimétricas, amplificadores de potência e subsistemas para redes backhaul.Nosso produto mais recente opera na banda E, que fornece uma solução potencial para links alimentadores de capacidade ultra-alta em comunicação via satélite.Na última década, ele foi gradualmente ajustado e aprimorado, reduzindo peso e custo, melhorando o desempenho e aprimorando os processos de fabricação para aumentar a produção.As empresas de satélites agora podem evitar anos de testes internos e desenvolvimento adotando essa tecnologia de implantação espacial comprovada.
Estamos comprometidos com a vanguarda da inovação, criando tecnologia internamente e desenvolvendo processos internos de fabricação em massa.Sempre lideramos o mercado em inovação para garantir que nossa tecnologia esteja pronta para implantação à medida que as agências reguladoras abrem novas faixas de frequência.
Já estamos desenvolvendo tecnologias de banda W e banda D para lidar com o congestionamento e maior tráfego de dados na banda E nos próximos anos.Trabalhamos com clientes da indústria para ajudá-los a construir vantagem competitiva por meio de receita marginal quando novas bandas de frequência são abertas.
Qual é o próximo passo para ondas milimétricas?
A taxa de utilização de dados só se desenvolverá em uma direção, e a tecnologia que depende de dados também está melhorando constantemente.A realidade aumentada chegou e os dispositivos IoT estão se tornando onipresentes.Além das aplicações domésticas, tudo, desde grandes processos industriais a campos de petróleo e gás e usinas nucleares, está mudando para a tecnologia IoT para monitoramento remoto – reduzindo a necessidade de intervenção manual ao operar essas instalações complexas.O sucesso desses e de outros avanços tecnológicos dependerá da confiabilidade, velocidade e qualidade das redes de dados que os suportam – e as ondas milimétricas fornecem a capacidade necessária.
As ondas milimétricas não reduziram a importância das frequências abaixo de 6 GHz no campo da comunicação sem fio.Pelo contrário, é um complemento importante do espectro, permitindo que diferentes aplicações sejam entregues com sucesso, especialmente aquelas que requerem grandes pacotes de dados, baixa latência e maior densidade de conexão.
O caso de usar ondas milimétricas para atingir as expectativas e oportunidades de novas tecnologias relacionadas a dados é convincente.Mas também há desafios.
Regulamentar é um desafio.É impossível entrar na banda de frequência de onda milimétrica mais alta até que as autoridades reguladoras emitam licenças para aplicações específicas.No entanto, o crescimento exponencial previsto da demanda significa que os reguladores estão sob pressão crescente para liberar mais espectro para evitar congestionamentos e interferências.O compartilhamento de espectro entre aplicações passivas e aplicações ativas, como satélites meteorológicos, também requer discussões importantes sobre aplicações comerciais, que permitirão bandas de frequência mais amplas e espectro mais contínuo sem passar para a frequência Hz da Ásia-Pacífico.
Ao aproveitar as oportunidades oferecidas pela nova largura de banda, é importante ter tecnologias apropriadas para promover a comunicação em frequências mais altas.É por isso que a Filtronic está desenvolvendo tecnologias de banda W e banda D para o futuro.É também por isso que colaboramos com universidades, governos e indústrias para promover o desenvolvimento de habilidades e conhecimentos nas áreas necessárias para atender às futuras necessidades de tecnologia sem fio.Se o Reino Unido deseja assumir a liderança no desenvolvimento de futuras redes globais de comunicação de dados, ele precisa canalizar o investimento do governo para as áreas certas da tecnologia de RF.
Como parceira na academia, governo e indústria, a Filtronic desempenha um papel de liderança no desenvolvimento de tecnologias avançadas de comunicação que precisam fornecer novas funcionalidades e possibilidades em um mundo onde os dados são cada vez mais necessários.
Horário de postagem: 27 de abril de 2023
