Comunicación de ondas milimétricas

Onda milimétrica(mmWave) es la banda del espectro electromagnético con una longitud de onda entre 10 mm (30 GHz) y 1 mm (300 GHz).La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) la denomina banda de frecuencia extremadamente alta (EHF).Las ondas milimétricas se ubican entre las microondas y las ondas infrarrojas en el espectro y se pueden usar para varias aplicaciones de comunicación inalámbrica de alta velocidad, como enlaces de backhaul punto a punto.
Las macrotendencias aceleran el crecimiento de los datos
Con la creciente demanda mundial de datos y conectividad, las bandas de frecuencia que se utilizan actualmente para la comunicación inalámbrica se han vuelto cada vez más pobladas, lo que impulsa la demanda de acceso a un ancho de banda de mayor frecuencia dentro del espectro de ondas milimétricas.Muchas tendencias macro han acelerado la demanda de mayor capacidad y velocidad de datos.
1. La cantidad y los tipos de datos generados y procesados ​​por big data aumentan exponencialmente todos los días.El mundo depende de la transmisión a alta velocidad de grandes cantidades de datos en innumerables dispositivos cada segundo.En 2020, cada persona generó 1,7 MB de datos por segundo.(Fuente: IBM).A principios de 2020, el volumen global de datos se estimó en 44ZB (Foro Económico Mundial).Para 2025, se espera que la creación de datos globales alcance más de 175 ZB.En otras palabras, almacenar una cantidad tan grande de datos requiere 12 500 millones de los discos duros más grandes de la actualidad.(Corporación Internacional de Datos)
Según estimaciones de Naciones Unidas, 2007 fue el primer año en el que la población urbana superó a la población rural.Esta tendencia aún continúa, y se espera que para 2050, más de dos tercios de la población mundial resida en áreas urbanas.Esto ha generado una presión cada vez mayor sobre las telecomunicaciones y la infraestructura de datos en estas áreas densamente pobladas.
3. La crisis global multipolar y la inestabilidad, desde pandemias hasta agitación política y conflictos, significan que los países están cada vez más ansiosos por desarrollar sus capacidades soberanas para mitigar los riesgos de inestabilidad global.Los gobiernos de todo el mundo esperan reducir su dependencia de las importaciones de otras regiones y apoyar el desarrollo de productos, tecnologías e infraestructura nacionales.
4. Con los esfuerzos del mundo para reducir las emisiones de carbono, la tecnología está abriendo nuevas oportunidades para minimizar los viajes con alto contenido de carbono.Hoy en día, las reuniones y conferencias generalmente se realizan en línea.Incluso los procedimientos médicos se pueden ejecutar de forma remota sin necesidad de que los cirujanos acudan al quirófano.Solo los flujos de datos ultrarrápidos, confiables e ininterrumpidos de baja latencia pueden lograr esta operación precisa.
Estos factores macro impulsan a las personas a recopilar, transmitir y procesar más y más datos a nivel mundial, y también requieren una transmisión a velocidades más altas y con una latencia mínima.

¿Qué papel pueden jugar las ondas milimétricas?
El espectro de ondas milimétricas proporciona un amplio espectro continuo, lo que permite una mayor transmisión de datos.Actualmente, las frecuencias de microondas utilizadas para la mayoría de las comunicaciones inalámbricas se están saturando y dispersando, especialmente con varios anchos de banda dedicados a departamentos específicos como defensa, aeroespacial y comunicaciones de emergencia.
Cuando mueve el espectro hacia arriba, la porción de espectro ininterrumpido disponible será mucho mayor y la porción retenida será menor.Aumentar el rango de frecuencia aumenta efectivamente el tamaño de la "tubería" que se puede usar para transmitir datos, logrando así flujos de datos más grandes.Debido al ancho de banda de canal mucho mayor de las ondas milimétricas, se pueden usar esquemas de modulación menos complejos para transmitir datos, lo que puede conducir a sistemas con una latencia mucho más baja.
¿Cuáles son los retos?
Existen desafíos relacionados con la mejora del espectro.Los componentes y semiconductores necesarios para transmitir y recibir señales en ondas milimétricas son más difíciles de fabricar y hay menos procesos disponibles.La fabricación de componentes de ondas milimétricas también es más difícil porque son mucho más pequeños, lo que requiere mayores tolerancias de ensamblaje y un diseño cuidadoso de las interconexiones y las cavidades para reducir las pérdidas y evitar las oscilaciones.
La propagación es uno de los principales retos a los que se enfrentan las señales de ondas milimétricas.A frecuencias más altas, es más probable que las señales sean bloqueadas o reducidas por objetos físicos como paredes, árboles y edificios.En el área del edificio, esto significa que el receptor de ondas milimétricas debe ubicarse fuera del edificio para propagar la señal internamente.Para backhaul y comunicación de satélite a tierra, se requiere una mayor potencia de amplificación para transmitir señales a largas distancias.En tierra, la distancia entre enlaces punto a punto no puede exceder de 1 a 5 kilómetros, en lugar de la mayor distancia que pueden alcanzar las redes de baja frecuencia.
Esto significa, por ejemplo, que en las zonas rurales se necesitan más estaciones base y antenas para transmitir señales de ondas milimétricas a largas distancias.La instalación de esta infraestructura adicional requiere más tiempo y costo.En los últimos años, el despliegue de constelaciones de satélites ha intentado solucionar este problema, y ​​estas constelaciones de satélites vuelven a tomar las ondas milimétricas como núcleo de su arquitectura.
¿Dónde está el mejor despliegue para las ondas milimétricas?
La corta distancia de propagación de las ondas milimétricas las hace muy adecuadas para su despliegue en áreas urbanas densamente pobladas con alto tráfico de datos.La alternativa a las redes inalámbricas son las redes de fibra óptica.En áreas urbanas, la excavación de caminos para instalar nuevas fibras ópticas es extremadamente costosa, destructiva y requiere mucho tiempo.Por el contrario, las conexiones de ondas milimétricas se pueden establecer de manera eficiente con costos de interrupción mínimos en unos pocos días.
La tasa de datos alcanzada por las señales de ondas milimétricas es comparable a la de las fibras ópticas, al tiempo que proporciona una latencia más baja.Cuando necesita un flujo de información muy rápido y una latencia mínima, los enlaces inalámbricos son la primera opción, por eso se utilizan en las bolsas de valores donde la latencia de milisegundos puede ser crítica.
En áreas rurales, el costo de instalar cables de fibra óptica suele ser prohibitivo debido a la distancia involucrada.Como se mencionó anteriormente, las redes de torres de ondas milimétricas también requieren una importante inversión en infraestructura.La solución que se presenta aquí es utilizar satélites de órbita terrestre baja (LEO) o pseudosatélites de gran altitud (HAPS) para conectar datos a áreas remotas.Las redes LEO y HAPS significan que no hay necesidad de instalar fibra óptica o construir redes inalámbricas de punto a punto de corta distancia, al mismo tiempo que brindan excelentes velocidades de datos.La comunicación por satélite ya ha utilizado señales de ondas milimétricas, generalmente en el extremo inferior del espectro: la banda de frecuencia Ka (27-31 GHz).Hay espacio para expandirse a frecuencias más altas, como las bandas de frecuencia Q/V y E, especialmente la estación de retorno de datos a tierra.
El mercado de retorno de las telecomunicaciones se encuentra en una posición de liderazgo en la transición de frecuencias de microondas a ondas milimétricas.Esto se debe al aumento de los dispositivos de consumo (dispositivos de mano, portátiles e Internet de las cosas (IoT)) durante la última década, lo que ha acelerado la demanda de más datos y más rápidos.
Ahora, los operadores de satélites esperan seguir el ejemplo de las empresas de telecomunicaciones y expandir el uso de ondas milimétricas en los sistemas LEO y HAPS.Anteriormente, los satélites tradicionales de órbita ecuatorial geoestacionaria (GEO) y de órbita terrestre media (MEO) estaban demasiado lejos de la Tierra para establecer enlaces de comunicación de consumo en frecuencias de ondas milimétricas.Sin embargo, la expansión de los satélites LEO ahora hace posible establecer enlaces de ondas milimétricas y crear las redes de alta capacidad necesarias a nivel mundial.
Otras industrias también tienen un gran potencial para utilizar la tecnología de ondas milimétricas.En la industria automotriz, los vehículos autónomos requieren conexiones continuas de alta velocidad y redes de datos de baja latencia para operar de manera segura.En el campo médico, se necesitarán flujos de datos ultrarrápidos y confiables para permitir que los cirujanos ubicados de forma remota ejecuten procedimientos médicos precisos.
Diez años de innovación en ondas milimétricas
Filtronic es un experto líder en tecnología de comunicación de ondas milimétricas en el Reino Unido.Somos una de las pocas empresas del Reino Unido que puede diseñar y fabricar componentes avanzados de comunicación por ondas milimétricas a gran escala.Tenemos ingenieros de RF internos (incluidos expertos en ondas milimétricas) necesarios para conceptualizar, diseñar y desarrollar nuevas tecnologías de ondas milimétricas.
En la última década, hemos colaborado con las principales empresas de telecomunicaciones móviles para desarrollar una serie de transceptores de microondas y ondas milimétricas, amplificadores de potencia y subsistemas para redes backhaul.Nuestro producto más reciente opera en la banda E, lo que proporciona una solución potencial para enlaces de alimentación de capacidad ultraalta en comunicaciones satelitales.Durante la última década, se ha ajustado y mejorado gradualmente, reduciendo el peso y el costo, mejorando el rendimiento y mejorando los procesos de fabricación para aumentar la producción.Las empresas de satélites ahora pueden evitar años de pruebas y desarrollo internos al adoptar esta tecnología comprobada de despliegue espacial.
Estamos comprometidos con la vanguardia de la innovación, creando tecnología internamente y desarrollando conjuntamente procesos internos de fabricación en masa.Siempre lideramos el mercado en innovación para garantizar que nuestra tecnología esté lista para su implementación a medida que las agencias reguladoras abren nuevas bandas de frecuencia.
Ya estamos desarrollando tecnologías de banda W y banda D para hacer frente a la congestión y al mayor tráfico de datos en la banda E en los próximos años.Trabajamos con clientes de la industria para ayudarlos a desarrollar una ventaja competitiva a través de ingresos marginales cuando se abren nuevas bandas de frecuencia.
¿Cuál es el siguiente paso para las ondas milimétricas?
La tasa de utilización de los datos solo se desarrollará en una dirección, y la tecnología que se basa en los datos también mejora constantemente.Ha llegado la realidad aumentada y los dispositivos IoT se están volviendo omnipresentes.Además de las aplicaciones domésticas, todo, desde los principales procesos industriales hasta los campos de petróleo y gas y las plantas de energía nuclear, se está desplazando hacia la tecnología IoT para el monitoreo remoto, lo que reduce la necesidad de intervención manual al operar estas instalaciones complejas.El éxito de estos y otros avances tecnológicos dependerá de la confiabilidad, la velocidad y la calidad de las redes de datos que los respaldan, y las ondas milimétricas brindan la capacidad requerida.
Las ondas milimétricas no han reducido la importancia de las frecuencias por debajo de 6 GHz en el campo de la comunicación inalámbrica.Por el contrario, es un complemento importante al espectro, que permite entregar con éxito diferentes aplicaciones, especialmente aquellas que requieren grandes paquetes de datos, baja latencia y mayor densidad de conexión.

El caso del uso de ondas milimétricas para lograr las expectativas y oportunidades de las nuevas tecnologías relacionadas con los datos es convincente.Pero también hay desafíos.
La regulación es un desafío.Es imposible ingresar a la banda de frecuencia de ondas milimétricas más alta hasta que las autoridades reguladoras emitan licencias para aplicaciones específicas.Sin embargo, el crecimiento exponencial previsto de la demanda significa que los reguladores están bajo una presión cada vez mayor para liberar más espectro para evitar la congestión y la interferencia.La compartición de espectro entre aplicaciones pasivas y aplicaciones activas, como los satélites meteorológicos, también requiere discusiones importantes sobre aplicaciones comerciales, lo que permitirá bandas de frecuencia más amplias y un espectro más continuo sin pasar a la frecuencia de Hz de Asia Pacífico.
Al aprovechar las oportunidades que brinda el nuevo ancho de banda, es importante contar con tecnologías apropiadas para promover la comunicación de mayor frecuencia.Es por eso que Filtronic está desarrollando tecnologías de banda W y banda D para el futuro.Esta es también la razón por la que colaboramos con universidades, gobiernos e industrias para promover el desarrollo de habilidades y conocimientos en los campos necesarios para satisfacer las futuras necesidades de tecnología inalámbrica.Si el Reino Unido quiere tomar la iniciativa en el desarrollo de futuras redes globales de comunicación de datos, debe canalizar la inversión del gobierno hacia las áreas correctas de la tecnología de RF.
Como socio en la academia, el gobierno y la industria, Filtronic desempeña un papel de liderazgo en el desarrollo de tecnologías de comunicación avanzadas que deben brindar nuevas funcionalidades y posibilidades en un mundo donde los datos son cada vez más necesarios.