Милиметрови вълни прокара границите на бъдещето на безжичната технология

Модерните технологии е най-накрая направи милиметрови вълни, подходящ за практическо приложение, което позволява на безжичните комуникации продължават да се развиват, преди да бъдат изчерпани наличния спектър

Милиметрови лента заема честотния спектър, от 30 до 300 GHz. Той се намира между микровълновата (1 до 30 GHz) и инфрачервения диапазон, който понякога се нарича също региона с най-висока честота (EHF). Дължина на вълната (λ) е в границите от 1 до 10 мм. След като тази част от спектъра, по същество, не се използва, просто защото електронни компоненти, способни да генерират или получаване милиметрови вълни, имаше много малко, и може да бъде, и изобщо не беше.

Но през последните десет години, или така, всичко се промени. Милиметрови вълни сега са практични и достъпни за използване, те са все повече и повече нови области на приложение. Най-полезните е фактът, че те са били "разтоварват" по-ниските честоти и всъщност разширява границите на безжичните комуникации означава възможности (вж. Таблица 1). Ако се увеличи честотата нататък, вече започват да използват светлината.

варира cm
и милиметрови вълни

Доводи за и против

Милиметрови вълни простират използваема диапазон. Днес гама от DC към микровълнова (30 GHz) е почти изчерпано. Държавните агенции по целия свят са взели всички "добри" част на спектъра, и вече показват оскъдните водни и свързаните с конфликти. Развитието на мобилни съобщителни услуги, използващи технологията 4G, като LTE, зависи от наличието на необходимата част от спектъра. И проблемът е, че това не е достатъчно.

В резултат на това на спектъра стана подобен на луксозни недвижими имоти - стана скъпо. И израз «местоположение, местоположение, местоположение», което на английски показва важността на местоположението на имота, когато е избрана, тя е приложима за спектъра. Милиметрови вълни са частично решен проблема чрез осигуряване на повече възможности за разширение. Сега можете да вземете всички честоти, използвани от групата от DC до микровълновата и я поставете в долната част на областта на графиката, в ляво все още има 240 GHz.

Милиметрови вълни също дават възможност за предаване на цифрови данни при по-висока скорост. Сега скоростта на предаване на безжични канали в диапазон UHF и по-долу, е ограничен до 1 Gb / сек. В вълните на милиметър, тя може да достигне до 10 GB / сек или повече.

Лошата новина е, че въпреки че тази част от спектъра се разширява възможностите, не може да се използва за всички видове безжични приложения. Тя има своите ограничения. Преодоляването на тези недостатъци е голямо предизвикателство по пътя към осигуряване на милиметрови вълни практичен и лесен за използване. И това време е сега.

Една от основните пречки пред използването на милиметрови вълни е ограниченият обхват на тяхното разпределение. Законите на физиката казано, колкото по дължината на вълната, толкова по-малък обхват на предаване за дадена власт. На разумни нива на мощност, в много случаи, това ограничение не позволява да се увеличи на разстояние повече от 10 м.

Свободно място загуба (в децибели) се изчислява по следната формула:

L = 92.4 + 20log (е) + 20log (R)

R - разстоянието между предаване и получаване на антени в пряка видимост, изразена в km
F - честота в GHz.

Например, загубата на разстояние от 10 м при честота от 60 GHz ще възлиза на:

L = 92.4 + 35.6 - 40 = 88 db

Разработчиците могат да намалят тези загуби се дължат на по-добра чувствителност приемник, висока мощност предавател и антена с високо усилване.
Освен това, милиметрови вълни абсорбира от атмосферата, което ограничава обхвата на тяхното разпределение. Дъжд, мъгла и влагата във въздуха увеличава значително затихване Сегал, намаляване на предаване разстояние. Абсорбцията на радиовълни от кислород (О2) е особено голям при честота от 60 GHz (Фигура 1). Поглъщането на вода (Н 2О) е максимална при други стойности. Избирането на честотите, съответстващи на гладките участъци на кривата се сведат до минимум загубите. В допълнение, масиви с висока печалба може да се увеличи ефективната мощност на излъчване, значително увеличаване на разстоянието за връзка.

Изградена върху логаритмична скала графика на величина спрямо честота затихване размножителен на морското равнище при температура от 20 °, това показва значителна абсорбция на кислород (около 60 GHz) и вода (други пикове).

В действителност, малко размножаване разстояние може да бъде предимство. Например, намалява смущения от съседните станции. Помощ за намаляване на шума и висока печалба антена с висока насоченост. Такива антени с тясна радиация модел за увеличаване на капацитета и увеличаване на разстоянието. Освен това те осигуряват защита срещу пресичане сигнали.

Друго предимство е, малкия размер на оборудването, работещи при дължини на вълните милиметрови. Чипове винаги е разрешено да създават миниатюрни устройства, както и с милиметрови вълни антени себе си може да бъде намалена до размера на чипа. Нормално полувълнов вибратор проектиран да работи при честота 900 MHz има дължина от 15 см, но антена полувълнов за честота от 60 GHz, може да има дължина от само 2.5 mm в свободно пространство, или дори по-малко, ако тя е направена от диелектричен субстрат. Това означава, че цялата конструкция на радиото, включително антената, може да бъде много компактен. Лесно да чип върху основата за създаване на фазирана антенна решетка с голям брой елементи, които ще бъдат в състояние да ръководи и да се съсредоточи енергията да се увеличи разстоянието на печалба, и преноса.

Предизвикателство е да се осигури една верига способни да работят при честота милиметрови вълни. Но поради подобни полупроводникови материали като силиций germanide (SiGe), галиев арсенид (GaAs), индий фосфид (INp) и галиев нитрид (GaN), както и на нови технологични процеси, производствени микрон транзистори, работещи при тези честоти е възможно.

В момента има интерес към прилагане на безжичната версия на USB 3.0. Този интерфейс започва да заемат водеща позиция не само в компютри и таблети, но и в телевизори и други потребителски устройства. Според описанието на USB 3.0, максималната скорост на данните е 5 GB / сек; в реални приложения достигна 80% от тази стойност. Работил е като USB версия, която работи със скорост от 10 Gb / сек. Съгласете се, колко е хубаво да има обхват USB-адаптер мм, е в състояние да осигури такава скорост.

Наред с другите приложения, оборудване гама мм може да се отбележи в средища на безжични базови станции, както и с малък обхват, радарни скенери по летищата. Интересен област на приложение могат да бъдат потенциално безжична връзка, "борд до борд" или "чип-чип". В милиметрови вълни честоти, кабели, конектори и дори късо съединение борда следа източници на затихване. Организация на къси (няколко инча или по-малко) безжична комуникация решава този проблем.

Сега много внимание привлечени от нелицензирани ISM-Band (промишлени, научни и медицински изделия), които обхващат честоти 57-64 GHz. Той вече се използва за безжични центрове, така и в бъдеще се очаква да бъде по-широко приложение. Предполага се, че този кръг ще бъде в търсенето, тъй като безжичните стандарти IEEE 802.11ad близко разстояние и WirelessHD.

Определяне 802.11ad разширение се въвежда IEEE (от Института на електроинженерите и инженерите по електроника) популярна семейството на безжичните стандарти 802.11 LAN, известни като Wi-Fi. 11ad версия е предназначена за 60-гигахерцов диапазон. Той е съвместим с всички предишни версии, включително 11а / б / г / п / AC, като за достъп до медия (МАС) слой са подобни. 11ad е известен също под името WiGig търговския. Wireless Gigabit Alliance (WiGig) Alliance подкрепя и насърчава 11ad и наскоро обяви плановете си за консолидиране на Wi-Fi Alliance под името Wi-Fi Alliance.

При честота от 60 GHz, поради малкия си размер, за усилване на сигнала и увеличаване на предаване на разстояние от обикновено използват насочени антени. Типични максимална комуникация разстояние е 10 m. Продуктите се използват WiGig антенни решетки, които осигуряват контрол на формата на диаграма. Такава адаптивно формиране на лъча ви позволява да проследите пътя на лъча между предавателя и приемника да се избегнат пречките и да увеличите скоростта, дори когато околните условия.

Една интересна особеност на стандарта е да се използва адаптационен слой протокол (Протокол Адаптиране Layer - PAL). Тази програма структура взаимодейства с MAC-слой и дава възможност за опростено прилагане на други безжични високоскоростни стандартни интерфейси като USB, HDMI, DisplayPort и PCI Express.

Комбинацията на стандартно чип на Qualcomm Atheros 802.11n и 60 GHz приемо Wilocity гама от форми Triband модул, който може да се използва в горещи точки за достъп, рутери и други устройства за безжични мрежи.

Фирма Wilocity, основен производител на радио WiGig, едночипови приемо произвежда широка гама от 60 GHz. Най-често те се използват във връзка с 802.11n стандарт решения. Например, Qualcomm Atheros комплекти чипове на един борда си с предавателно AR9642 стандарт 802.11n, полученият резултат модул може да работи в три основни групи Wi-Fi - 2.4, 5 и 60 GHz (Фигура 2). Wilocity Ние също имаме споразумение за използването на техните устройства в Wi-Fi радиостанцията на Marvell. Днес, безжични локални мрежи, маршрутизатори и горещи точки все повече се използват за достъп до три диапазона, единият от които могат да бъдат набор от стандартни 11ac.