unde milimetrice impinge limitele viitorul tehnologiei fără fir

Tehnologia modernă a făcut în cele din urmă într-un val milimetru adecvat pentru utilizarea practică, permițând comunicații fără fir continuă să se dezvolte înainte de a fi epuizat spectrul disponibil

banda milimetrică ocupă un spectru de frecvențe de la 30 până la 300 GHz. Acesta este situat între microunde (1 până la 30 GHz) și domeniul infraroșu, care este uneori numită regiunea de frecvență extrem de ridicată (EHF). Wavelength (λ) este cuprinsă în intervalul de la 1 la 10 mm. Odată ce această parte a spectrului, în esență, nu este utilizat, pur și simplu pentru componente electronice capabile să genereze sau să primească unde milimetrice, nu a fost foarte puțin, și poate fi, și nu a fost deloc.

Dar, în ultimul deceniu sau cam asa ceva, totul sa schimbat. unde milimetrice sunt acum practice și disponibile pentru utilizare, acestea sunt tot mai multe noi domenii de aplicare. Cel mai util este faptul că acestea au fost „descărcate“ frecvențele joase și de fapt, a extins limitele de comunicații fără fir înseamnă oportunități (a se vedea. Tabelul 1). Dacă vom crește frecvența în continuare, începe deja să utilizați lumina.

variază centimetru
și unde milimetrice

Argumente pro și contra

unde milimetrice extind un interval utilizabil. Astăzi, gama de la DC la microunde (30 GHz) este aproape epuizat. Agențiile guvernamentale din întreaga lume au luat toate „bune“ o parte a spectrului, și arată deja deficitul și conflictele asociate. Dezvoltarea serviciilor de comunicații mobile folosind tehnologia 4G, cum ar fi LTE, depinde de disponibilitatea părții necesare a spectrului. Și problema este că nu este suficient.

Ca urmare, spectrul a devenit similar cu imobiliare de lux - a devenit scump. Iar expresia «locație, locație, locație», care în limba engleză indică importanța amplasării proprietății atunci când este selectat, este aplicabilă pentru spectrul. unde milimetrice sunt rezolvate parțial problema prin furnizarea de mai multe oportunități de extindere. Acum puteți lua toate frecvențele utilizate de banda de la DC la microunde și puneți-l în partea inferioară a zonei graficului, stânga au încă 240 GHz.

unde milimetrice, de asemenea, face posibilă pentru a transmite date digitale la o viteză mai mare. Acum, rata de transmisie pe canalele fără fir în domeniul UHF și de mai jos este limitată la 1 Gb / s. În banda de frecvență milimetru, se poate ajunge la 10 Gb / s sau mai mult.

Vestea proastă este că, deși această parte a spectrului se extinde capacitățile, acesta nu poate fi utilizat pentru toate tipurile de aplicații fără fir. Ea are limitele sale. Depășirea acestor deficiențe a fost o provocare majoră pe drumul de a asigura un val milimetru practic și ușor de utilizat. Și acel moment este acum.

Unul dintre principalele obstacole în calea utilizării undelor milimetrice este gama limitată de distribuție a acestora. Legile fizicii spun, lungimea de undă mai scurtă, cu atât mai mic intervalul de transmisie pentru o anumită putere. La niveluri de putere rezonabile, în multe cazuri, această restricție nu permite să crească o distanță mai mare de 10 m.

Pierderea spatiu liber (în dB) se calculează folosind următoarea formulă:

L = 92.4 + 20log (f) + 20log (R)

R - distanța dintre transmiterea și recepția antenele în linia de vedere, exprimată în kilometri
f - frecvența în GHz.

De exemplu, pierderea la o distanță de 10 m la o frecvență de 60 GHz se va ridica la:

L = 92.4 + 35.6-40 = 88 dB

Dezvoltatorii pot reduce aceste pierderi sunt cauzate de sensibilitatea receptorului mai bine, transmițător de mare putere și o antenă de mare câștig.
Mai mult decât atât, unde milimetrice absorbită de atmosferă, care limitează, de asemenea, intervalul de distribuție a acestora. Ploaie, ceață, și orice umezeala din aer crește foarte mult Segal amortizare, reducerea distanței de transmisie. Absorbția undelor radio prin oxigen (O2), este deosebit de mare, la o frecvență de 60 GHz (Figura 1). Absorbanta de apă (H2O) este maximă la alte valori. Selectarea frecvențelor corespunzătoare secțiunilor netede ale curbei pentru a minimiza pierderile. În plus, matrice cu câștig mare poate crește puterea efectivă de radiații, crescând foarte mult distanța de comunicare.

Construit pe un grafic scara logaritmica de mărime față de atenuare frecvență de înmulțire la nivelul mării, la o temperatură de 20 °, se arată absorbție considerabilă a oxigenului (în regiunea de 60 GHz) și apă (alte vârfuri).

De fapt, o distanță de propagare mică poate fi un avantaj. De exemplu, se reduce interferența de la alte stații din apropiere. Ajutor pentru a reduce zgomotul și o antenă de câștig mare având o directivitate ridicată. Astfel de antene cu model de radiație îngustă pentru a mări capacitatea și distanța de transmisie. Mai mult, ele oferă protecție împotriva semnalelor de interceptare.

Un alt avantaj este dimensiunea redusă a echipamentelor care funcționează la lungimi de undă milimetrice. Chips-urile sunt întotdeauna permisiunea de a crea dispozitive miniaturale, și unde milimetrice antene ele însele pot fi reduse la dimensiunea cip. Normal vibrator semiundă proiectat să funcționeze la o frecvență de 900 MHz, are o lungime de 15 cm, dar antena semiundă pentru o frecvență de 60 GHz, poate avea o lungime de numai 2,5 mm în spațiu liber, sau chiar mai puțin în cazul în care se face pe un substrat dielectric. Aceasta înseamnă că întreaga construcție a radioului, inclusiv antena, poate fi foarte compact. Ușor de chip de pe substrat pentru a crea o antenă matrice pe etape, cu un număr mare de elemente care vor fi în măsură să ghideze și să se concentreze energia pentru a crește distanța de câștig, de putere și de transmisie.

Provocarea este de a oferi un circuit capabil să funcționeze la frecvențe undelor milimetrice. Dar, din cauza unor astfel de materiale semiconductoare ca siliciu germanide (SiGe), arseniura de galiu (GaAs), fosfura indiu (InP) și nitrură de galiu (GaN), precum și noi procese tehnologice, tranzistori submicronice de fabricație care funcționează la frecvențe astfel este posibilă.

În prezent, există un interes în punerea în aplicare a unei versiuni fără fir USB 3.0. Această interfață începe să ocupe o poziție de lider nu numai în PC-uri și tablete, dar, de asemenea, în televizoare și alte dispozitive de consum. Conform descrierii de USB 3.0, rata maximă de date este de 5 Gb / s; în aplicațiile reale a ajuns la 80% din această valoare. A lucrat ca o versiune USB care funcționează la o viteză de 10 Gb / s. Sunt de acord, cum frumos de a avea o gamă milimetrice adaptor USB, este în măsură să furnizeze o astfel de viteză.

Printre alte aplicații, echipamente pentru gama de milimetri poate fi observat hub-uri de stații de bază fără fir, și o rază scurtă de scanere radar în aeroporturi. Un domeniu interesant de aplicare ar putea fi o conexiune fără fir, „board-la-bord“ sau „cip-cip“. La frecvențe milimetru val, cablurile, conectorii și chiar scurt placa de circuite de cale sunt surse de atenuare. Organizarea de scurte (cativa inci sau mai puțin) de comunicație fără fir rezolvă această problemă.

Acum, o mulțime de atenție atras de fără licență ISM-Band (dispozitive industriale, științifice și medicale), care acoperă frecvențele 57-64 GHz. El este deja utilizat pentru hub-uri fără fir, și în viitor, este de așteptat să fie utilizat pe scară mai largă. Se presupune că acest interval va fi în cerere ca standardele wireless IEEE 802.11ad rază scurtă de acțiune și WirelessHD.

Desemnarea 802.11ad extensie este IEEE introdus (de Institutul de Inginerie Electrică și Electronică) Familia populare standardele LAN wireless 802.11, cunoscut sub numele de WiFi. Versiunea 11ad este proiectat pentru gama de 60 gigahertzi. Este compatibil cu toate versiunile anterioare, inclusiv 11a / b / g / n / ac, ca și controlul accesului la mediu (MAC) strat acestea sunt similare. 11ad este, de asemenea, cunoscut sub numele comercial WiGig. Wireless Gigabit Alliance (WiGig), Alianța sprijină și promovează 11ad și recent, a anunțat planurile de a consolida Wi-Fi Alliance sub numele de Wi-Fi Alliance.

La o frecvență de 60 GHz, datorită dimensiunii lor mici, pentru amplificarea semnalului și creșterea distanței de transmisie, de obicei folosesc antene direcționale. distanța maximă de comunicare tipică este de 10 m. Produsele utilizate WiGig matrice de antene care asigură controlul formei fasciculului. O astfel de formare a fasciculului adaptiv vă permite să urmăriți calea fasciculului între emițător și receptor, pentru a evita obstacolele și pentru a maximiza viteza, chiar și atunci când condițiile din jur.

O caracteristică interesantă a standardului este de a utiliza adaptarea protocolului strat (protocol de nivel de adaptare - PAL). Această structură de program interacționează cu MAC-strat și permite implementarea simplificată a altor interfețe standard, wireless de mare viteză, cum ar fi USB, HDMI, DisplayPort și PCI Express.

Combinația dintre cip standard Qualcomm Atheros 802.11n și 60 GHz de emisie-recepție gama Wilocity de modul forme triband, care pot fi utilizate la punctele de acces la cald, routere și alte dispozitive de rețele fără fir.

Compania Wilocity, principalul producator de radio, WiGig, transceivere cu un singur cip produce o gama de 60 GHz. Cel mai adesea, acestea sunt utilizate în legătură cu soluțiile standard 802.11n. De exemplu, un Qualcomm Atheros chip seturi pe o singură placă cu standardul 802.11n transceiver AR9642, rezultat modulul obținut capabil să funcționeze în trei benzi majore Wi-Fi - 2,4, 5 și 60 GHz (Figura 2). Wilocity Avem, de asemenea, un acord cu privire la utilizarea dispozitivelor lor în emisie-recepție Wi-Fi de Marvell. Astăzi, LAN fără fir, routere și puncte fierbinți sunt tot mai folosite pentru a avea acces la trei intervale, dintre care una poate fi o serie de 11ac dotare standard.