Tecnología de PCB - Características de la tecnología inalámbrica de 60 GHz

La aplicación de la interconexión inalámbrica es cada vez más amplia. Esta tendencia es evidente en los productos electrónicos de consumo, donde el mercado de teléfonos móviles y tabletas ha impulsado rápidamente la adopción de varios estándares inalámbricos en la última década. El número de puntos calientes de Wi - Fi en la región ha superado los 175 millones y se espera que alcance los 330 millones en 2018. El número total de productos compatibles con bluetooth también ha aumentado, y el número de dispositivos de audio compatibles con bluetooth aumentó un 400% entre 2014 y 2018. La mayoría de las tecnologías inalámbricas utilizan las mismas bandas de 2,4 GHz y 5 ghz, que están cada vez más abarrotadas. Se estima que el número de suscripciones a teléfonos inteligentes en 2015 fue de 3.400 millones, cada uno de los cuales significa más demanda de datos, empujando constantemente los recursos de las redes móviles y las bandas de frecuencia autorizadas al límite.

En los últimos años, ha surgido una nueva solución que puede resolver las limitaciones de recursos que enfrentan las bandas de frecuencia existentes y romper las limitaciones de las soluciones inalámbricas existentes. En la banda de ondas milimétricas (30 GHz - 300 ghz), la banda de 60 GHz destaca por su potencial. Esta banda de frecuencia no está autorizada en muchos campos, por lo que es muy conveniente para muchas aplicaciones. Esto abre la posibilidad de la aparición de un nuevo conjunto de transceptores Gigabit integrados capaces de proporcionar un gran ancho de banda en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz ya abarrotadas.

Muchas aplicaciones se benefician de la tecnología de 60 ghz. En el campo de la transmisión de datos, la tecnología de 60 GHz se está utilizando para reemplazar las aplicaciones Wi - Fi existentes para lograr una velocidad de transmisión de datos de hasta 4,6 gbps, cinco veces más rápida que el estándar existente 802.11ac [4]. ¿Alta definición inalámbrica? El estándar permite la transmisión de vídeo entre dispositivos electrónicos de consumo. Los fabricantes ya están aumentando el soporte de Wireless HD para computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, televisores digitales, proyectores de vídeo y auriculares de realidad virtual, y esperan que wiress HD se utilice en aplicaciones móviles, cines en casa y otros dispositivos informáticos. Otras áreas también comenzaron a desarrollar la tecnología de 60 ghz, incluidas las aplicaciones de retorno inalámbrico para edificios de oficinas y campus, que se basan en aplicaciones de transmisión de datos de 60 GHz para establecer interconexiones rápidas y fáciles entre edificios y conectores inalámbricos para lograr dispositivos más ligeros y estables. Sin embargo, la demanda de mayor ancho inalámbrico y transmisión de vídeo de alta velocidad y alta definición no se limita a los productos electrónicos de consumo. La industria también puede beneficiarse de la tecnología de ondas milimétricas. Este artículo ofrece a los lectores una visión general de la tecnología de 60 ghz, que no solo cubre las aplicaciones electrónicas de consumo existentes, sino que también explora las aplicaciones potenciales de la tecnología de ondas milimétricas en muchos campos industriales diferentes.

Visión general de la tecnología inalámbrica de 60 GHz

Los reguladores, incluida la Comisión Federal de comunicaciones de Estados unidos, han designado niveles de exención para varias industrias. El ancho de banda de 60 GHz supera los 7 GHz [5]. En comparación con el ancho de banda de 5ghz, proporciona más de 20 veces los recursos de ancho de banda.

La banda de 60 GHz tiene un amplio rango espectral, ofrece una capacidad de red a nivel de gigabytes y tiene varias características clave de propagación y atenuación de las que pueden beneficiarse nuevas soluciones inalámbricas de alto rendimiento.

Las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz son adecuadas para la transmisión de alcance medio y son ideales para arquitecturas de red locales como Wi - fi. La banda de 60 GHz tiene una distancia de propagación de señal relativamente corta y se atenua a medida que atraviesa el aire y estructuras sólidas, convirtiéndola en una opción ideal para aplicaciones de corto alcance. Para aprovechar al máximo las ventajas de la banda de 60 ghz, se necesitan antenas de matriz por fases, haces de alta localización y tecnología de control de haces. Redis Semiconductor ofrece transceptores de radiofrecuencia (rf) basados en la tecnología sibeam, fabricados y encapsulados utilizando la tecnología estándar CMOS ic.

Aplicación

La tecnología de ondas milimétricas se caracteriza por que la antena necesita girar dentro de un cierto rango para apuntar y puede clasificar diferentes tipos de aplicaciones en función de diferentes rangos. Para mostrar la tecnología relacionada, nos dividimos en tres tipos de aplicaciones: 10 mm, 1 - 10 m y 100 m o más.

[10m] conector inalámbrico

A distancias muy cortas (generalmente alrededor de 10 mm), la tecnología de 60 GHz puede usarse como una alternativa efectiva a los cables. Los transmisores inalámbricos y receptores IC especialmente diseñados pueden utilizarse para transmitir datos a velocidades muy altas a corta distancia, reemplazando las conexiones por cable.

La tecnología de 60 GHz también se puede utilizar como una solución alternativa a la interfaz física. Se aplica a aplicaciones que requieren durabilidad del dispositivo, ya que elimina las interfaces físicas, una de las fallas comunes del dispositivo electrónico y una de las principales entradas de agua, polvo y otras partículas que pueden poner en peligro el dispositivo electrónico. Además de la tasa de falla, algunas interfaces especializadas, como conectar un cuaderno de tableta móvil a un dispositivo básico o a una base de cuaderno tradicional, suelen requerir costos de desarrollo e implementación mucho más altos que los conectores estandarizados.

[1 - 10m] datos / audio inalámbricos

En aplicaciones de media distancia (1 - 10m), la tecnología de 60 GHz puede usarse como una solución alternativa de alta velocidad para aplicaciones inalámbricas existentes, como Wi - Fi y soluciones alternativas de cable para video inalámbrico.

802.11ad es el estándar de transmisión de datos de 60 GHz definido por ieee, que también define los estándares 802.11a, 802.11b, 802.11n y 802.11ac Wi - fi. Las principales empresas de la industria, como qualcomm, están integrando 802.11ad en sus productos [6] para lograr una transmisión de video y datos súper rápida para los usuarios.

La tecnología de 60 GHz es especialmente adecuada para soluciones de reemplazo de cables inalámbricos. El Alto ancho de banda, la baja latencia, la arquitectura punto a punto y las características de transmisión interior lo convierten en una solución alternativa ideal para los cables interiores. Esta tecnología puede funcionar en el sistema de cine en casa (figura 1) para la transmisión de vídeo de alta definición. Esta tecnología permite a los consumidores colocar dispositivos de salida de contenido de vídeo y pantallas de televisión de manera libre y flexible, lo que brinda una gran comodidad a los consumidores. El estándar Wireless HD se está convirtiendo en una tecnología en el campo de la transmisión de vídeo de alta calidad, que aprovecha al máximo la banda de 60 GHz para lograr una excelente experiencia de usuario inalámbrica.

Gigabit outdoor radio link

La tecnología de ondas milimétricas también puede desempeñar un papel importante en las futuras aplicaciones de la infraestructura de retorno inalámbrico, la siguiente generación de infraestructura de comunicaciones móviles 5g, la expansión de retorno de acceso fijo y los enlaces punto a punto del campus. La capacidad inalámbrica del canal de 60 GHz y los enlaces de radiofrecuencia altamente optimizados pueden lograr una "fibra óptica inalámbrica" ideal para reemplazar las aplicaciones de retorno óptico existentes.

Hay muchas soluciones en el mercado que compiten entre sí, pero actualmente la mayoría de los sistemas se basan en el estándar IEEE 802.11ad. Además de las aplicaciones interiores mencionadas anteriormente, la revisión del estándar 802.11 existente cubre las aplicaciones que permiten enlaces de larga distancia (hasta 500 metros) con una frecuencia de 60 ghzmm. Utiliza la misma tecnología de control de haz desarrollada para la interconexión de habitaciones de 10 metros para soportar otras aplicaciones como conexiones de puntos de acceso y enlaces de retorno al aire libre.

Aplicaciones industriales

Las enormes oportunidades que brinda la tecnología de 60 GHz al campo de la electrónica de consumo ya son obvias, y el desarrollo tecnológico en este campo continuará desarrollándose rápidamente. A medida que las soluciones de 60 GHz continúan expandiéndose en el mercado de la electrónica de consumo, los fabricantes del sector también están explorando cómo usar la tecnología. Para muchas aplicaciones industriales, también pueden beneficiarse de la tecnología de 60 ghz, al igual que muchas aplicaciones en productos electrónicos de consumo, la tecnología de ondas milimétricas permite a los fabricantes eliminar cables y mejorar la movilidad y la flexibilidad. Además, muchas aplicaciones nuevas, como la detección de objetivos o el reconocimiento de gestos con tecnología de ondas milimétricas, han atraído mucha atención en el campo industrial.

Visión mecánica

Los sistemas de visión mecánica industrial se utilizan principalmente para detectar o guiar robots en productos de fabricación [7]. Son herramientas indispensables para las fábricas modernas que ayudan a fabricar productos de alta calidad y precisos en diversos campos industriales, como la electrónica, la fabricación y la producción de ropa de vanguardia. La visión mecánica consta de tres elementos básicos: el captador de imágenes (similar a una cámara, el sensor de imagen capta los datos brutos), el ordenador o procesador que analiza los datos y el enlace de interconexión. Las captadoras de imágenes de visión artificial soportan ahora una resolución cada vez mayor, generalmente conectadas a un ordenador a través de un cable multicéntrico, y luego procesan las imágenes.

Actualmente hay muchos estándares para la transmisión de datos por cable. Sin embargo, las soluciones de cable se enfrentan a muchas restricciones. Para las aplicaciones guiadas por robots, los cables pueden afectar la acción y es necesario planificar y organizar cuidadosamente la captura de imágenes y los cables. Además, la longitud estándar del cable (generalmente entre 5 y 30 metros, a menos que se utilice fibra óptica cara) es una de las principales desventajas, especialmente teniendo en cuenta que el cable debe atravesar maquinaria industrial y muchos obstáculos, lo que significa que la computadora necesita estar cerca de la zona de la fábrica. Debido a que las computadoras y los cables necesitan ser gestionados, hay muchos obstáculos, y las computadoras expuestas a entornos industriales hostiles pueden causar una vida útil más corta.

Las soluciones inalámbricas tradicionales no son una alternativa ideal para los cables, ya que tienen una alta latencia y requieren compresión de imagen. Debido a que la línea de producción debe ralentizarse para adaptarse al tiempo de procesamiento requerido por la computadora, cualquier retraso causado por el uso de soluciones inalámbricas aumentará el tiempo de fabricación y los costos. Al mismo tiempo, la compresión de la imagen dificultará que la computadora analice las imágenes capturadas.

Con una solución inalámbrica de 60 ghz, se puede instalar una o más capturas de imágenes en la máquina sin usar un cable de vídeo. Estos captadores de imágenes pueden transmitir datos directamente a la computadora o conectarse a un enlace inalámbrico para conectarse al Centro de control. Los vídeos inalámbricos permiten que los robots se muevan libremente, ayudan a reducir los peligros ocultos en el área de la fábrica, facilitan la instalación de nuevos equipos y permiten que las computadoras se muevan del área de la fábrica a un entorno más controlado. La demanda de visión mecánica ha aumentado drásticamente en los últimos años, y la tecnología de 60 GHz se compromete a proporcionar flexibilidad y comodidad a los sistemas en áreas de trabajo complejas hoy en día.

Monitor

El monitoreo industrial es otro campo en el que la tecnología de ondas milimétricas puede funcionar. Los sistemas de vigilancia en muchas oficinas, fábricas e instalaciones de fabricación están obsoletos y solo pueden proporcionar una resolución de imagen más baja. Actualizar estos sistemas suele requerir reinstalar los cables existentes para coincidir con los nuevos dispositivos y suele costar millones de dólares. Wirelesshd simplifica considerablemente el proceso de renovación de estas instalaciones mediante la transmisión inalámbrica de vídeos de mayor calidad a receptores cercanos, siempre que esté conectado a la red eléctrica existente en el antiguo sistema.

Atención médica

Las aplicaciones médicas también pueden beneficiarse mucho de la tecnología de 60 ghz. Las imágenes digitales son una herramienta clave de diagnóstico para los médicos, especialmente en los quirófanos, que pueden mejorar imágenes de mayor calidad y proporcionar un tratamiento más eficaz a los pacientes. Sin embargo, la inserción de un conjunto completo de equipos informáticos en el quirófano plantea muchos problemas, y el problema será un rayo de cables difíciles de desinfectar que puede causar riesgos de Seguridad. Por ejemplo, la tecnología de ondas milimétricas puede ayudar a transmitir vídeos en tiempo real de forma inalámbrica desde cámaras en miniatura a monitores cercanos o directamente a monitores de auriculares instalados en gafas de cirujano. Esto garantiza el entorno de la Sala estéril y reduce la carga de trabajo para instalar nuevos equipos.

Otra innovación potencial de la tecnología de 60 GHz en el quirófano es el control de gestos. El reconocimiento de gestos de ondas milimétricas permite detectar y leer la trayectoria de los dedos, lo que dificulta su funcionamiento en entornos de iluminación variables y tendrá un impacto significativo sobre la tecnología existente de cámaras infrarrojas. Un control de gestos confiable puede reemplazar los botones de la máquina para facilitar la desinfección del equipo.

Resumen

La tecnología de 60 GHz es una nueva dirección popular en el campo de la interconexión inalámbrica. Además de la emocionante variedad de productos electrónicos de consumo en el mercado actual, hay un gran número de aplicaciones industriales basadas en la tecnología de ondas milimétricas. La tecnología de 60 GHz tiene ventajas sobresalientes como baja latencia, alto ancho de banda e interfaces estandarizadas, y es una opción ideal para muchas aplicaciones industriales con perspectivas brillantes.