Tämä on langatonta WiFi-teknologiaa käsittelevän teknologiasivuston artikkeli vuodelta 2001. Artikkeli kertoo aika selväsanaisesti miten 5G-teknologia tulee aiheuttamaan HAPENPUUTETTA ihmisillä. Vähän niinkuin koronaviruskin…
Kysyntä kaistalle kasvaa tasaiseen tahtiin. International Data Corporation ennustaa, että USA:ssa internet-kauppa tulee kasvamaan vuoden 1999 $74 miljardista vuoden 2003 $708 miljardiin, ja tietokoneiden käyttäjien määrä tulee tuplaantumaan 81 miljoonasta 177 miljoonaan pelkästään USA:ssa. Johtuen suuresta eksponentiaalisesta kasvusta, tulee asentaa luotettavia kuituoptisia verkkoja nopeasti.
USA:ssa alle 5% kaikista kaupallisista toimistorakennuksista pääsee käsiksi kuituoptiikkaan. Fyysisen kuitukaapelin asentaminen maksaa paljon, jopa $250000 per maili, joten monenlaisia välimallin teknologioita on otettu käyttöön tämän ”viimeisen mailin” haasteen kuromiseksi umpeen, kuten ISDN, DSL, satelliitti- ja mikroaaltokommunikaatiolinkit. Kuitenkin nämä teknologiat, kuten ISDN ja DSL, ovat vain väliaikaisia ratkaisuja, sillä ne vaativat fyysisen välittäjäaineen joka ei ole suunniteltu internetin käyttöä varten, ja saatavilla olevat mikroaaltotaajuudet 900 MHz:sta 40 GHz:n sekä satelliittitaajuudet 6 GHz:sta 30 GHz:n ovat rajoitettuja.
Lyhyen matkan, korkean intensiteetin langattomien kommunikaatiolaitteiden käyttöönotto metropolialueilla ja bisnespuistoissa USA:ssa ovat tarpeen. Kaikkein useimmin toimistorakennukset, vaikka ne eivät olekaan fyysisesti kytkettyjä kuiturunkoverkkoon, ovat keskimäärin puolen mailin päässä paikallisesta kuiturunkoverkosta. Langattomat kommunikaatiolaitteet, jotka toimivat korkeammilla taajuuksilla kuten 60 GHz, mahdollistavat firmojen kytkeytyä runkoverkkoon helposti, ilman fyysisen kuidun vetämisen kustannuksia ja viivästymisiä.
Johtuen kasvaneesta kaistavaatimuksesta ja mikroaaltojen allokaation harvinaisuudesta, langaton kommunikaatioteollisuus on alkanut keskittyä korkeampiin, aiemmin allokoimattomiin osiin millimetriaaltojen spektristä 40 gigahertsistä 300:n gigahertsiin taajuuksilla. Johtuen ilmakehän radioaaltojen energian absorption suuresta määrästä, millimetritaajuusalue ei ole käytännöllinen langattomien kommunikaatiosegmenttien pitkillä matkoilla. Kuitenkin lyhyillä matkoilla, ”viimeisen mailin” segmenteillä laajennettu RF-datakaista millimetritaajuusalueella mahdollistaa ideaalin, interferenssistä vapaan kuituoptisilla nopeuksilla toimivan yhteyden.
Kuva 1 illustroi ilmakehän millimteriaaltojen absorptiota.
60 gigahertsin millimetritaajuusalueella absorptio on erittäin suurta, jossa 98 prosenttia välitetystä energiasta absorboituu ilmakehän happeen. Vaikka happiabsorptio 60 gigahertsin taajuudella rajoittaa etäisyyttä huomattavasti, se myös eliminoi interferenssin saman taajuuden vastaanottimien välillä.
Kuva 1: Kuivan ilman absorptio per kilometri
Happiabsorption hyöty suhteessa taajuuden uusiokäyttöön on kuvattu kuvassa 2. Kuva 2 illustroi etäisyyden suhdetta 60 gigahertsin taajuudella tapahtuvan uusiokäytön etäisyyteen, vihreä alue, sekä tavallista aluetta, sininen alue. Happiabsorptio mahdollistaa saman taajuuden uusiokäytön erittäin lokalisoidussa ilmatilassa. Toiminta 60 gigahertsin aaltospektrillä mahdollistaa usean interferenssistä vapaiden saman taajuuden radioterminaalien asentamisen tiheästi vierekkäin.
Kuva 2: Taajuuden uusiokäyttö, lähde: FCC Bulletin 70A
60 GHz:n kommunikaatiojärjestelmän tulee jotenkin ratkaista happiabsorption ongelma, 16dB/KM. Jotta systeemi voisi toimia luotettavasti edes lyhyillä matkoilla, erittäin keskitetty, kapean kaistan sädeantenni täytyy ottaa käyttöön, jotta kasvatettaisiin vastaanottajalle saatavilla olevan signaalin tasoa. Tämä happiabsorption ja kapean säteen lähetyksen yhdistelmä tehostaa 60 gigahertsin radiolinkin tehoa, ja minimoi luvattoman lähetyksen sieppaamisen mahdollisuuden.
Perinteiset langattomat kommunikaatiojärjestelmät, jotka toimivat alemmilla taajuuskaistoilla 900 megahertsistä 40 gigahertsiin, usein interferoivat toistensa kanssa kun ne on sijoitettu liian lähekkäin toisiaan. Tämä interferenssi, joka johtuu radiotaajuisen energian dispersiosta ja kontrolloimattomasta etenemisestä ilmakehässä minimoituu FCC:n taajuuskoordinoinnilla, lisensoinnilla ja interferenssiä vähentävien tekniikoiden kuten leveän spektrimodulaation käytöllä. FCC:n lisensointi edeltää tiheää laitteiden käyttöönottoa paikallisten lisenssien lukumäärän rajoittamisella ja leveän spektrin tekniikat ovat osoittautuneet ainoastaan marginaalisesti tehokkaiksi, sillä kohinan kokonaismäärä on kasvanut. 60 gigahertsin taajuusalueella happiabsorption vaikutukset ja kapean säteen antennien käyttö minimoivat interferenssin todennäköisyyden radioiden välillä. Teoreettisesti 100000 60 gigahertsin taajuudella operoivaa järjestelmää on mahdollista sijoittaa kymmenen neliökilometrin alueelle ilman interferenssiongelmia.
Sääolosuhteilla on negatiivisia vaikutuksia kaikkiin radiolähetyksiin, erityisesti millimetritaajuusalueella, jossa vakavat myrskysateet voivat aiheuttaa niinkin suuren kuin 20 desibelin menetyksen signaalin vahvuuteen jokaista lähetyskilometria kohden. Kun radiolähetysten etäisyys kasvaa, häivemarginaali, joka tarvitaan komepnsoimaan sääolosuhteita, kasvaa samassa suhteessa. Koska 60 gigahertsin taajuudella toimivat radiot lähettävät ainoastaan lyhyitä matkoja, sääolosuhteiden komepnsaatio ei ole yhtä suuri kuin systeemeille, jotka lähettävät yli kilometrin pituisia matkoja.
60 gigahertsin taajuudella äärimmäisen suuri ilmakehän absorptio johtuu pääosin ilmakehän molekyylikoostumuksesta. Kuva 3 illustroi ilmakehän vaimennusominaisuuksia aallonpituuksille 3 senttimetristä 0.3 millimetriin. Millimetriaalloille absorptiomolekyylit ovat pääasiallisesti H2O, O2, CO2 ja O3. Koska O2:ta on pääosin varsin johdonmukaisesti tarjolla maanpinnan tasolla, sen vaikutukset 60 gigahertsin radiolähetyksen etenemiseen ovat helposti mallinnettavissa marginaalin budjetointitarkoituksia varten. Lisäksi suuret vaimenemiset happiabsorptiosta johtuen tekevät jopa pahimman luokan sääolosuhteiden vaimennusvaikutuksista merkityksettömiä, erityisesti lyhyillä matkoilla joissa 60 gigahertsin systeemit toimivat. Jopa äärimmäiset sademäärät, 25mm/hr (5dB/KM), tulevat kontribuoimaan ainoastaan pienen prosenttiosuuden aggregaattivaimennukseen 60 gigahertsin happiabsorption taajuusalueella.
Kuva 3: Ilmakehän vaimennusominaisuudet aallonpituuksille 3 senttimetristä 0.3 millimetriin.
Tällä hetkellä Federal Communications Commission (FCC) on allokoinut millimetriradioaaltospektrin 57.05:sta 64:n gigahertsiin lisensoimattomaan käyttöön Part 15:n alaisuuteen. Kaikkien langattomien laitteiden, jotka toimivat 60 gigahertsin taajuudella, tulee hankkia Part 15 -tyypin sertifiointi. Kun ne on sertifioitu, tuote voidaan ottaa käyttöön lisenssivapaasti ympäri USA:ta. Tämä lisensoimaton taajuuskaista mahdollistaa loppukäyttäjän välttyä ylimääräisiltä kuluilta, jotka aiheutuvat FCC:n pitämistä taajuuskaistojen huutokaupoista tai rajoitettujen lisenssimäärien aiheuttamasta kilpailutilanteesta.
Johtuen 60 gigahertsin taajuuskaistan ainutlaatuisista ominaisuuksista sekä saatavilla olevan raakakaistan määrästä, 60 gigahertsin taajuudella toimiva langaton kommunikaatio tarjoaa luotettavan ”viimeisen mailin” vaihtoehdon fyysisen kuitukaapelin vetämiselle. 60 gigahertsin kommunikaatiojärjestelmiä voidaan käyttää erilaisiin sovellustarkoituksiin, mm. metropolialueiden verkkoihin, kampuksien verkkoihin, runkoverkkoihin, verkkojen haaralinkkeihin, tilapäisiin hätäverkkoihin ja paikalliseen käyttöön.
Artikkelin julkaissut RF Globalnet
