Langaton runkoverkko millimetriaalloilla

Lancasterin yliopiston insinöörien johtama 2,9 miljoonan euron Euroopan unionin Horizon 2020 Ultrawave -hankkeen tavoitteena on rakentaa ensimmäistä kertaa tekniikoita, jotka pystyvät hyödyntämään koko millimetriaaltojen spektriä yli 100 GHz:n taajuusalueella.

Ultrawave -konseptissa on tarkoitus luoda ultrakapasiteettinen verkkokerros, joka pyrkii saavuttamaan 100 gigabittiä dataa sekunnissa tason. Tällainen kerros pystyy syöttämään dataa satoihin pien- ja pikosoluihin riippumatta mobiililaitteiden tiheydestä soluissa, joten se avaa tietä uusille verkkoarkkitehtuureille, jotka tähtäävät täyden 5G:n toteuttamiseen.

Kehitettävä runkoverkkokerros tarjoaa yli 100 Gbps per neliökilometrin alalle Point to Multipoint tavalla D-kaistalla (141 - 174,8 GHz) yli 500 metrisen säteen kattavuudella ja sitä syöttää uudenlaiset G-kaistan (300 GHz) 600 metriset point-to-point linkit.

Vain millimetriaaltojen taajuudet 30 - 300 GHz ja niiden usean GHz:n kaistanleveydet voivat tukea langatonta tiedonsiirtonopeutta kymmeniä gigabittejä sekunnissa. Valitettavasti sade voi heikentää tai estää tiedonsiirtoa ja muutkin tekniset rajat ovat toistaiseksi estäneet tämän taajuusalueen täyden hyödyntämisen.

Järjestelmän vaativa lähetysteho saavutetaan kolmella keskeisellä teknologialla; tyhjiöelektroniikka, solid-state-elektroniikka ja -fotoniikkaa, joilla muodostettava langaton järjestelmä mahdollistaa lähetystehon useiden wattien tasolla.

Näitä tehotasoja voidaan tuottaa vain uudenlaisilla millimetriaaltojen kulkuaalto-putkilla (Traveling wave tube). Sellaisia on jo toteutettu 140 Ghz:n tasolla käytännössä ja laboratorioissa jopa 1 THz demonstaatioina.

D-kaistalla käytetään EU:n FP7 Terascreen -hankkeessa kehitettyä uutta OMMIC D004IH 40 nm -prosessia LNA:lle sekä ylös- ja alasmuuntimille. G-kaistan piirisarja sisältää tehovahvistimen ohjaimen TWT:lle ja alasmuuntimen Ferdinand Braun Instituutin suunnittelema ja valmistamana. Fotonista teknologiaa käytetään G-kaistan fotonisen lähettimen toteuttamiseen.