PCB技術 - 60 GHz無線技術の特性

無線相互接続がますます広く用いられている。この傾向は、携帯電話とタブレット市場が急速に過去10年にわたって様々な無線標準の採用を促進したコンシューマエレクトロニクスにおいて明らかである。この地域のWi - Fiホットスポット数は1億7500万人を超え、2018年には330万人に達すると予想されている。ブルートゥース対応製品の総数も増加しており、2014年から2018年の間にBluetooth対応のオーディオデバイス数が400 %増加した。大部分の無線技術は、同じ2.4 GHzと5 GHzのバンドを使います。2015年のスマートフォンのサブスクリプションは、440億と推定され、それぞれがより多くのデータニーズを意味し、常に携帯電話ネットワークのリソースと制限されたバンドを制限している。

近年，既存の帯域に直面した資源制約を解決し，既存の無線ソリューションの制約を破る新しい解決策が浮上している。ミリ波（30 GHz〜300 GHz）帯では、その可能性から60 GHz帯が目立つ。このバンドは多くの地域で認可されませんので、多くのアプリケーションにとって非常に便利です。これは、すでに混雑した2.4 GHzと5 GHzのバンドの上に広大な量の帯域幅を提供することができる統合ギガビットトランシーバの新しいセットの出現の可能性を開きます。

多くのアプリケーションは、60 GHzの技術から利益を得ます。データ伝送の分野では、既存のWi - Fiアプリケーションを置き換えるために60 GHzの技術が使用されており、4.6 Gbps、既存の802.11 ac [ 4 ]標準よりも5倍速いデータ転送速度を達成する。Wirelesshd？標準は、家電製品間のビデオストリーミングを可能にする。メーカーはすでにラップトップ、スマートフォン、デジタルテレビ、ビデオプロジェクター、およびバーチャルリアリティヘッドフォンのWireless SheDのサポートを追加し、モバイルアプリケーション、ホームシアターおよび他のコンピューティングデバイスで使用されるWirelesshdを期待している。他の分野は、60 GHzのデータ転送アプリケーションに頼りに、オフィスビルとキャンパスのために無線復帰アプリケーションを含む60 GHzのテクノロジーを開発し始めました。そして、より簡単で簡単にビルトインとより簡単でより軽い装置のために無線コネクタを構築しました。しかし、より高い無線幅および高速HDビデオ伝送のための要求は、家電製品に限られていない。産業はまた、ミリ波技術の恩恵を受けることができます。この記事では、60 GHzの技術の概観を読者に提供します。そして、それは既存の家電製品をカバーするだけでなく、多くの異なる工業ドメインの向こう側にミリ波技術の潜在的応用を調査します。

60 GHz無線技術の概観

米国FCCを含む規制機関は、様々な産業のために免除帯を指定しました。60 GHz帯は7 GHz [ 5 ]以上の帯域幅を有する。それは、5 GHzの帯域幅に比較して20倍以上の帯域幅資源を提供します。

60 GHz帯は広いスペクトル範囲を持ち，ギガバイトレベルのネットワーク容量を提供し，新しい高性能無線ソリューションが恩恵をもたらすいくつかの主要な伝搬と減衰特性を有する。

2.4 ghzと5 ghz帯は中距離伝送に適しており，wi‐fiなどのローカルネットワークアーキテクチャに理想的である。60 GHz帯は、比較的短い信号伝搬距離を有し、空気及び固体構造を通過するとき減衰し、短距離用途にとって理想的な選択となる。60 ghz帯の利点を活かすために，フェイズドアレイアンテナ，指向性ビーム，ビーム制御技術が必要である。Redis半導体はsibeam技術に基づく無線周波数トランシーバ（RF）を提供します。そして、それは標準的なCMOS IC技術を使って製造されて、パックされます。

アプリケーション

ミリ波技術の特徴は、アンテナをある範囲内でターゲットにする必要があることであり、異なる種類の用途を異なる範囲に応じて分類することができる。関連技術を実証するために，10 mm，1〜10 m，100 m以上の3つの応用タイプを分割した。

[ 10 mm ]無線コネクタ

非常に短い距離（通常10 mm程度）の範囲内で、60 GHzの技術は、ケーブルに対する有効な代替として使われることができます。特別に設計された無線送信機及び受信機ICは、短距離にわたって非常に高速でデータを伝送し、有線接続を置き換えるために使用することができる。

60 GHzの技術はまた、物理的インターフェースのための代替の解決策として使用することができる。それは電子機器の共通の障害の一つであり、電子機器を傷つけることができる水、ほこりや他の粒子の主な入り口の一つである物理的なインターフェイスを排除するため、機器の耐久性を必要とするアプリケーションに便利です。失敗率に加えて、取り外し可能なタブレット・ノートブックをベース・デバイスまたは従来のノート・ベースに接続するそれらのようないくつかの特殊なインターフェースは、しばしば標準化されたコネクタよりかなりの開発および実装コストを必要とする。

ワイヤレスデータ/オーディオ

媒体距離アプリケーション（1 - 10 M）で、60 GHzのテクノロジーは、無線ビデオのためにWi - Fiとケーブル代わりの解決のような既存の無線アプリケーションへの高速代替解決として使われることができます。

802.11 adは、802.11 a、802.11 b、802.11 nと802.11 ac Wi - Fi規格も定義するIEEEによって定義される60 GHzのデータ伝送標準です。Qualcommのような産業の主要なプレーヤーは彼らの製品［6］に802.11 adを集積しています。そして、それはユーザーのために超高速ビデオとデータ伝送を可能にします。

60 GHzのテクノロジーは、無線ケーブル置き換え解決に特に適しています。高帯域幅、低レイテンシ、ポイントツーポイントアーキテクチャと屋内伝送特性は、それを屋内のケーブルの理想的な代わりの解決にします。この技術は、高精細ビデオ伝送のためのホームシアターシステム（図1）で役割を果たすことができる。この技術は、消費者に大きな利便性を提供し、消費者に自由に柔軟にビデオコンテンツの出力デバイスとテレビ画面を配置することができます。Wirelesshd標準は、優れた無線ユーザー経験を成し遂げるために60 GHzのバンドをフルに活用する高品質ビデオ伝送の分野のテクノロジーとして現れています。

ギガビット屋外無線リンク

ミリ波技術は、次世代5 G移動通信インフラ、固定アクセスリターン拡張、およびキャンパス上のポイントツーポイントリンクのような、ワイヤレスリターンインフラストラクチャの将来の応用においても重要な役割を果たすことができる。60 GHzのチャネルの無線容量および非常に最適化された無線周波数リンクは、既存の光帰還アプリケーションに代わる理想的な「無線光ファイバ」を達成することができる。

多くの方式が市場で競合しているが、ほとんどのシステムは現在IEEE 802.11 ad規格に基づいている。以前に述べた屋内のアプリケーションに加えて、既存の802.11標準への改正は、長距離リンク（最高500メートル）アプリケーションをサポートするために、60 GHZMMバンドの使用をカバーします。それは、アクセスポイント接続とアウトドアリターンのリンクなどの他のアプリケーションをサポートするために10メートルルームの相互接続のために開発された同じビーム制御技術を使用しています。

産業応用

60 GHzの技術が民生用エレクトロニクス分野にもたらす巨大な機会は既に明らかであり、この分野での技術開発は急速に発展し続けるだろう。60 GHzのソリューションが消費者向け電子機器市場で拡大し続けているので、業界の製造業者はまた、その技術の使用方法を模索している。多くの産業応用のために、彼らはまた、ミリ波技術がメーカーをケーブルを除去して、移動性と柔軟性を改善するのを可能にして、コンシューマエレクトロニクスで多くのアプリケーションと同様に60 GHzのテクノロジーから利益を得ることができます。さらに，ミリ波技術を用いたターゲット検出やジェスチャ認識などの多くの新しい応用が，産業分野で注目を集めている。

機械視覚

産業機械ビジョンシステムは、主に製造製品のロボットの検査やガイドに使用されます。彼らはエレクトロニクス、製造、最先端の衣服の生産を含む様々な産業分野で高品質、正確な製品の製造を支援するために近代的な工場で不可欠なツールです。機械視覚は3つの基本的な要素から成ります：イメージcapturer（カメラに類似して、イメージセンサーは生のデータを捕えます）、データを分析するコンピュータまたはプロセッサーと相互接続リンク。マシンビジョンイメージcapturersは、より高い解像度をサポートし、通常、マルチコアケーブルを介してコンピュータに接続して画像を処理することによって。

現在、ケーブルのデータ伝送には多くの規格があります。しかし、ケーブルソリューションは多くの制限に直面している。ロボット誘導アプリケーションのために、ケーブルは行動に影響を及ぼすことができます、そして、イメージ捕獲とケーブルは慎重に計画されて、レイアウトされる必要があります。そのうえ、ケーブルが産業機械と多くの障害を通過しなければならないと考えるとき、特に、標準的なケーブル長（しばしば5～30メートルの間、しばしば高価な光ファイバが使われない限り）は大きな欠点です。そして、それはコンピュータが工場域に近くなければならないことを意味します。コンピュータとケーブルが管理される必要があるので、多くの障壁があります、そして、厳しい産業環境にさらされるコンピュータはより短い生命につながることができます。

彼らが高い待ち時間を持って、イメージ圧縮を必要とするので、従来の無線解決はケーブルに理想的な選択肢でありません。無線ソリューションの使用に起因するいかなる遅延も、製造ラインがコンピュータによって、必要なプロセッサ時間を収めるために遅くなければならないので、製造時間およびコストを増やす。同時に、画像圧縮は、コンピュータがキャプチャされた画像を解析することをより困難にする。

60 GHzの無線解決で、一つ以上のイメージ捕獲は、ビデオケーブルなしで機械にインストールされることができます。これらのイメージcapturersは、直接コンピュータにデータを転送することができて、または制御センターに接続するために無線リンクに接続することができます。ワイヤレスビデオは、ロボットが自由に移動することができます、工場エリアの隠れた危険性を減らすのを助けて、それが新しい器材をセットアップするのを簡単にして、コンピュータがより多くの制御された環境に工場地域から動くのを許します。近年、機械視覚の需要は劇的に増加しました、そして、60 GHzのテクノロジーは今日の複雑な仕事域でシステムに柔軟性と便宜を提供することに捧げられます。

モニター

産業監視は、ミリ波技術が働くことができるもう一つの地域です。多くのオフィス、工場、製造設備の監視システムは時代遅れであり、低い画像分解能しか提供しない。これらのシステムをアップグレードすることはしばしば新しい機器に匹敵するために既存のケーブルを再インストールする必要があります。Wirelesshdは、それが古いシステムで既存の電力網に接続されている限り、ワイヤレスで近くのレシーバーにワイヤレスで高品質のビデオを移すことによってこれらの設備を改装するプロセスを大いに簡素化します。

医療

医療応用は、60 GHzの技術から大いに利益を得ることもできます。デジタルイメージングは、特に高品質の画像を患者のためのより効果的な治療を提供するために強化することができる手術室で医師のための重要な診断ツールです。しかし、コンピュータ機器の完全なセットを操作室に挿入することは、多数の問題を引き起こします、そして、問題は滅菌するのが難しいケーブルの束であるでしょう。そして、おそらく、危険危険に至ります。ミリ波技術は、例えば、マイクロカメラからリアルタイムのビデオを近くのモニタに、または、直接に外科医のゴーグルに取り付けられるヘッドセット・ディスプレイに移すことによって、助けることができる。これは無菌ルーム環境を保証し、新しい機器をインストールするのハードワークを削減します。

手術室における60 GHzの技術のもう一つの可能な革新はジェスチャ制御である。ミリ波ジェスチャ認識は、あなたの指の動きトラックを検出して、読むことができます。そして、それは可変照明環境で働くのがより難しいです、そして、既存の赤外線カメラ技術より重要な影響を持ちます。信頼性の高いジェスチャーコントロールは、それが簡単にデバイスを殺菌すること、マシン上のボタンを置き換えることができます。

概要

60 GHzの技術は無線相互接続の分野で最も新しい方向である。現在市販されている家電製品の魅力的なバラエティに加え、ミリ波技術に基づく多くの産業応用がある。低遅延、高帯域幅および標準化されたインターフェースのような60 GHzの技術の顕著な利点は、明るい見通しを持つ多くの産業用アプリケーションにとって理想的な選択となる。