Onde millimétrique(mmWave) est la bande du spectre électromagnétique avec une longueur d'onde comprise entre 10 mm (30 GHz) et 1 mm (300 GHz).L'Union internationale des télécommunications (UIT) l'appelle la bande des fréquences extrêmement élevées (EHF).Les ondes millimétriques sont situées entre les ondes micro-ondes et infrarouges dans le spectre et peuvent être utilisées pour diverses applications de communication sans fil à haut débit, telles que les liaisons de liaison point à point.
Les tendances macro accélèrent la croissance des données
Avec la demande mondiale croissante de données et de connectivité, les bandes de fréquences actuellement utilisées pour les communications sans fil sont de plus en plus encombrées, entraînant la demande d'accès à une bande passante de fréquence plus élevée dans le spectre des ondes millimétriques.De nombreuses tendances macroéconomiques ont accéléré la demande de capacité et de vitesse de données plus importantes.
1. La quantité et les types de données générées et traitées par le big data augmentent chaque jour de façon exponentielle.Le monde dépend de la transmission à grande vitesse de grandes quantités de données sur d'innombrables appareils chaque seconde.En 2020, chaque personne a généré 1,7 Mo de données par seconde.(Source : IBM).Début 2020, le volume mondial de données était estimé à 44ZB (Forum économique mondial).D'ici 2025, la création mondiale de données devrait atteindre plus de 175 ZB.En d'autres termes, le stockage d'une telle quantité de données nécessite 12,5 milliards des plus gros disques durs actuels.(Société internationale de données)
Selon les estimations des Nations Unies, 2007 a été la première année où la population urbaine a dépassé la population rurale.Cette tendance se poursuit et on s'attend à ce que d'ici 2050, plus des deux tiers de la population mondiale résideront dans des zones urbaines.Cela a exercé une pression croissante sur les infrastructures de télécommunications et de données dans ces zones densément peuplées.
3. La crise mondiale multipolaire et l'instabilité, des pandémies aux troubles et conflits politiques, signifient que les pays sont de plus en plus désireux de développer leurs capacités souveraines pour atténuer les risques d'instabilité mondiale.Les gouvernements du monde entier espèrent réduire leur dépendance vis-à-vis des importations en provenance d'autres régions et soutenir le développement de produits, de technologies et d'infrastructures nationaux.
4. Avec les efforts mondiaux pour réduire les émissions de carbone, la technologie ouvre de nouvelles opportunités pour minimiser les déplacements à forte teneur en carbone.Aujourd'hui, les réunions et les conférences se tiennent généralement en ligne.Même les procédures médicales peuvent être exécutées à distance sans que les chirurgiens aient besoin de venir au bloc opératoire.Seuls des flux de données à faible latence ultra rapides, fiables et ininterrompus peuvent réaliser cette opération précise.
Ces macro-facteurs incitent les gens à collecter, transmettre et traiter de plus en plus de données à l'échelle mondiale, et nécessitent également une transmission à des vitesses plus élevées et avec une latence minimale.
Quel rôle peuvent jouer les ondes millimétriques ?
Le spectre d'ondes millimétriques fournit un large spectre continu, permettant une transmission de données plus élevée.Actuellement, les fréquences micro-ondes utilisées pour la plupart des communications sans fil sont de plus en plus encombrées et dispersées, en particulier avec plusieurs bandes passantes dédiées à des départements spécifiques tels que la défense, l'aérospatiale et les communications d'urgence.
Lorsque vous déplacez le spectre vers le haut, la portion de spectre ininterrompue disponible sera beaucoup plus grande et la portion retenue sera moindre.L'augmentation de la gamme de fréquences augmente efficacement la taille du « pipeline » qui peut être utilisé pour transmettre des données, ce qui permet d'obtenir des flux de données plus importants.En raison de la bande passante de canal beaucoup plus large des ondes millimétriques, des schémas de modulation moins complexes peuvent être utilisés pour transmettre des données, ce qui peut conduire à des systèmes avec une latence beaucoup plus faible.
Quels sont les défis ?
L'amélioration du spectre présente des défis connexes.Les composants et les semi-conducteurs nécessaires pour transmettre et recevoir des signaux sur des ondes millimétriques sont plus difficiles à fabriquer – et il y a moins de procédés disponibles.La fabrication de composants à ondes millimétriques est également plus difficile car ils sont beaucoup plus petits, nécessitant des tolérances d'assemblage plus élevées et une conception soignée des interconnexions et des cavités pour réduire les pertes et éviter les oscillations.
La propagation est l'un des principaux défis auxquels sont confrontés les signaux à ondes millimétriques.À des fréquences plus élevées, les signaux sont plus susceptibles d'être bloqués ou réduits par des objets physiques tels que des murs, des arbres et des bâtiments.Dans la zone du bâtiment, cela signifie que le récepteur d'ondes millimétriques doit être situé à l'extérieur du bâtiment pour propager le signal à l'intérieur.Pour les liaisons terrestres et les communications satellite-sol, une plus grande amplification de puissance est nécessaire pour transmettre des signaux sur de longues distances.Au sol, la distance entre les liaisons point à point ne peut pas dépasser 1 à 5 kilomètres, plutôt que la plus grande distance que les réseaux basse fréquence peuvent atteindre.
Cela signifie, par exemple, que dans les zones rurales, davantage de stations de base et d'antennes sont nécessaires pour transmettre des signaux d'ondes millimétriques sur de longues distances.L'installation de cette infrastructure supplémentaire nécessite plus de temps et d'argent.Ces dernières années, le déploiement de la constellation de satellites a tenté de résoudre ce problème, et ces constellations de satellites prennent à nouveau les ondes millimétriques comme cœur de leur architecture.
Où est le meilleur déploiement pour les ondes millimétriques ?
La courte distance de propagation des ondes millimétriques les rend très adaptées au déploiement dans les zones urbaines densément peuplées avec un trafic de données élevé.L'alternative aux réseaux sans fil est la fibre optique.Dans les zones urbaines, creuser des routes pour installer de nouvelles fibres optiques est extrêmement coûteux, destructeur et chronophage.Au contraire, les connexions à ondes millimétriques peuvent être établies efficacement avec des coûts d'interruption minimes en quelques jours.
Le débit de données atteint par les signaux à ondes millimétriques est comparable à celui des fibres optiques, tout en offrant une latence plus faible.Lorsque vous avez besoin d'un flux d'informations très rapide et d'une latence minimale, les liaisons sans fil sont le premier choix - c'est pourquoi elles sont utilisées dans les bourses où la latence en millisecondes peut être critique.
Dans les zones rurales, le coût d'installation des câbles à fibres optiques est souvent prohibitif en raison de la distance à parcourir.Comme mentionné ci-dessus, les réseaux de pylônes à ondes millimétriques nécessitent également d'importants investissements dans les infrastructures.La solution présentée ici consiste à utiliser des satellites en orbite terrestre basse (LEO) ou des pseudo-satellites à haute altitude (HAPS) pour connecter les données aux zones éloignées.Les réseaux LEO et HAPS signifient qu'il n'est pas nécessaire d'installer des fibres optiques ou de construire des réseaux sans fil point à point à courte distance, tout en offrant d'excellents débits de données.La communication par satellite a déjà utilisé des signaux d'ondes millimétriques, généralement dans le bas du spectre - la bande de fréquences Ka (27-31 GHz).Il y a de la place pour s'étendre à des fréquences plus élevées, telles que les bandes de fréquences Q/V et E, en particulier la station de retour pour les données au sol.
Le marché du retour des télécommunications occupe une position de leader dans la transition des fréquences micro-ondes aux fréquences millimétriques.Cela est dû à la montée en flèche des appareils grand public (appareils portables, ordinateurs portables et Internet des objets (IoT)) au cours de la dernière décennie, qui a accéléré la demande de données plus nombreuses et plus rapides.
Désormais, les opérateurs de satellites espèrent suivre l'exemple des entreprises de télécommunications et étendre l'utilisation des ondes millimétriques dans les systèmes LEO et HAPS.Auparavant, les satellites géostationnaires traditionnels en orbite équatoriale (GEO) et en orbite terrestre moyenne (MEO) étaient trop éloignés de la Terre pour établir des liaisons de communication grand public à des fréquences millimétriques.Cependant, l'expansion des satellites LEO permet désormais d'établir des liaisons à ondes millimétriques et de créer les réseaux à haute capacité nécessaires à l'échelle mondiale.
D'autres industries ont également un grand potentiel pour utiliser la technologie des ondes millimétriques.Dans l'industrie automobile, les véhicules autonomes nécessitent des connexions continues à haut débit et des réseaux de données à faible latence pour fonctionner en toute sécurité.Dans le domaine médical, des flux de données ultra rapides et fiables seront nécessaires pour permettre aux chirurgiens situés à distance d'exécuter des procédures médicales précises.
Dix ans d'innovation en ondes millimétriques
Filtronic est l'un des principaux experts en technologie de communication par ondes millimétriques au Royaume-Uni.Nous sommes l'une des rares entreprises au Royaume-Uni à pouvoir concevoir et fabriquer à grande échelle des composants de communication avancés à ondes millimétriques.Nous avons des ingénieurs RF internes (y compris des experts en ondes millimétriques) nécessaires pour conceptualiser, concevoir et développer de nouvelles technologies en ondes millimétriques.
Au cours de la dernière décennie, nous avons collaboré avec des sociétés de télécommunications mobiles de premier plan pour développer une série d'émetteurs-récepteurs à micro-ondes et à ondes millimétriques, d'amplificateurs de puissance et de sous-systèmes pour les réseaux de liaison.Notre dernier produit fonctionne dans la bande E, ce qui offre une solution potentielle pour les liaisons de connexion à très haute capacité dans les communications par satellite.Au cours de la dernière décennie, il a été progressivement ajusté et amélioré, réduisant le poids et les coûts, améliorant les performances et améliorant les processus de fabrication pour augmenter la production.Les sociétés de satellites peuvent désormais éviter des années de tests et de développement internes en adoptant cette technologie de déploiement spatial éprouvée.
Nous nous engageons à être à la pointe de l'innovation, en créant des technologies en interne et en développant conjointement des processus de fabrication de masse internes.Nous menons toujours le marché en matière d'innovation pour nous assurer que notre technologie est prête à être déployée à mesure que les organismes de réglementation ouvrent de nouvelles bandes de fréquences.
Nous développons déjà des technologies en bande W et en bande D pour faire face à la congestion et à l'augmentation du trafic de données dans la bande E dans les années à venir.Nous travaillons avec des clients de l'industrie pour les aider à créer un avantage concurrentiel grâce à des revenus marginaux lorsque de nouvelles bandes de fréquences sont ouvertes.
Quelle est la prochaine étape pour les ondes millimétriques ?
Le taux d'utilisation des données n'évoluera que dans un sens, et la technologie qui s'appuie sur les données s'améliore également constamment.La réalité augmentée est arrivée et les appareils IoT deviennent omniprésents.En plus des applications domestiques, tout, des grands processus industriels aux champs de pétrole et de gaz et aux centrales nucléaires, évolue vers la technologie IoT pour la surveillance à distance, ce qui réduit le besoin d'intervention manuelle lors de l'exploitation de ces installations complexes.Le succès de ces avancées technologiques et d'autres dépendra de la fiabilité, de la vitesse et de la qualité des réseaux de données qui les prennent en charge - et les ondes millimétriques fournissent la capacité requise.
Les ondes millimétriques n'ont pas réduit l'importance des fréquences inférieures à 6 GHz dans le domaine des communications sans fil.Au contraire, il s'agit d'un complément important au spectre, permettant à différentes applications d'être livrées avec succès, en particulier celles qui nécessitent de gros paquets de données, une faible latence et une densité de connexion plus élevée.
Le cas de l'utilisation d'ondes millimétriques pour répondre aux attentes et aux opportunités des nouvelles technologies liées aux données est convaincant.Mais il y a aussi des défis.
La réglementation est un défi.Il est impossible d'entrer dans la bande de fréquence supérieure des ondes millimétriques tant que les autorités réglementaires n'ont pas délivré de licences pour des applications spécifiques.Néanmoins, la croissance exponentielle prévue de la demande signifie que les régulateurs sont soumis à une pression croissante pour libérer plus de spectre afin d'éviter la congestion et les interférences.Le partage du spectre entre les applications passives et les applications actives telles que les satellites météorologiques nécessite également des discussions importantes sur les applications commerciales, qui permettront des bandes de fréquences plus larges et un spectre plus continu sans passer à la fréquence Hz Asie-Pacifique.
Lorsque l'on profite des opportunités offertes par la nouvelle bande passante, il est important de disposer de technologies appropriées pour promouvoir une communication à plus haute fréquence.C'est pourquoi Filtronic développe des technologies en bande W et en bande D pour l'avenir.C'est aussi pourquoi nous collaborons avec les universités, les gouvernements et les industries pour promouvoir le développement des compétences et des connaissances dans les domaines requis pour répondre aux besoins futurs en matière de technologie sans fil.Si le Royaume-Uni veut prendre la tête du développement des futurs réseaux mondiaux de communication de données, il doit canaliser les investissements gouvernementaux vers les domaines appropriés de la technologie RF.
En tant que partenaire des universités, des gouvernements et de l'industrie, Filtronic joue un rôle de premier plan dans le développement de technologies de communication avancées qui doivent offrir de nouvelles fonctionnalités et possibilités dans un monde où les données sont de plus en plus nécessaires.
Heure de publication : 27 avril 2023
