Comunicações sem fios a grandes distâncias a 6Gbit/s

Transmissão de dados a 6Gbit por segundo a uma distância 36,7 quilómetros é o novo recorde mundial de taxa de comunicações sem fios. Esta transmissão usou frequências de rádio da banda E, de 71-76 GHz.

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Antena parabólica de transmissão em banda E
Antena parabólica de transmissão em banda E. Foto: Jörg Eisenbeis, KIT

O novo recorde mundial de taxa de transmissão de dados de 6 Gbit/s, sem fios, foi alcançado pelos investigadores envolvidos no projeto ACCESS, que executaram o teste de transmissão de dados entre as cidades de Colónia e de Wachtberg, na Alemanha, numa distância de 36,7 quilómetros.

No projeto ACCESS (Advanced E Band Satellite Link Studies) esteve envolvida uma equipa de investigadores liderados por Ingmar Kallfass do “Institute of Robust Power Semiconductor Systems (ILH) da University of Stuttgart, e investigadores do Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) do KIT, Radiometer Physics GmbH, e do Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF”.

Os investigadores conseguiram alcançar a taxa de transmissão de 6 Gbit/s com recurso a eficientes transmissores e recetores na gama de frequência de rádio de 71-76 GHz, na chamada banda E. Uma banda que é regulada para radiodifusão terrestre e por satélite. Apenas nesta faixa de ondas de frequência milimétricas são disponíveis grandes larguras de banda, e só nesta faixa se conseguem taxas elevadas de transmissão.

Uma das dificuldades adicionais na transmissão de sinais a grandes distâncias é a atenuação do sinal, neste caso, a transmissão tem de ser especialmente potente e os amplificadores têm de ser igualmente eficientes.

Os investigadores indicam que a chave para atingir altos débitos de transmissão, da ordem dos Gigabit, e a grandes distâncias, obriga a conjugar eficientes transmissores e recetores em circuitos integrados monolíticos para ondas milimétricas.

Os circuitos são baseados em duas inovadoras tecnologias de transístores desenvolvidos e fabricados pelo Fraunhofer IAF. No transmissor os sinais são amplificados para uma potência de transmissão relativamente elevada até 1 W. Os amplificadores de potência têm por base o novo composto semicondutor de nitreto de gálio.

Os investigadores recorreram a antenas parabólicas altamente direcionadas para emitir os sinais. Os recetores utilizaram amplificadores de baixo ruído construídos na base de transístores de alta velocidade usando camadas de semicondutores de arsénio de gálio e índio – com muita alta mobilidade de eletrões, ou seja, foram usados recetores que detetam sinais fracos a grandes distâncias.

De acordo com os investigadores a transmissão de grandes quantidades de dados por rádio, ao longo de grandes distâncias, são fundamentais para um grande número de aplicações. Um dos exemplos dado pelos investigadores é o da próxima geração de comunicações por satélite sobre Observação da Terra, onde o volume de dados é de proporções gigantescas.

Outros dos exemplos é a necessidade de fornecer conexões Internet rápidas em regiões remotas e nas áreas rurais. Um teste já executado permitiu concluir que é possível fornecer 250 conexões à Internet com ADSL a 24 Mbit/s.

Os investigadores concluíram que transmissões de rádio terrestres em Banda E são uma alternativa de baixo custo à fibra ótica ou como redes ‘ad hoc’ no caso de crises ou catástrofes, e para conectar ponto a ponto as estações de base de sistemas de comunicações móveis.

A procura de maiores taxas de transmissão de dados é cada vez maior em redes de fibra ótica e em comunicações sem fio. Uma procura que só pode ser satisfeita através de inovações tecnológicas, na infraestrutura de rede, indicam os investigadores.

Mas as necessidades de maiores taxas de dados está ainda no início, se tivermos em atenção os novos desenvolvimentos como a Internet das Coisas e a Indústria 4.0. Estas são áreas que vão exigir quantidades de dados sem precedentes.

Verifica-se que a transmissão de serviços baseados na nuvem já está a colocar no limite a atual infraestrutura de comunicações. As comunicações por satélite, incluindo os dados da Observação da Terra e da investigação espacial, bem como os planos para uma rede de satélite à escala do planeta estão a colocar desafios tecnológicos no domínio das infraestruturas de comunicação.

O Projeto ‘ACCESS’ foi concluído no passado dia 30 de abril e agora está a ter continuidade pelo projeto ‘ELIPSE’, Um projeto para testar as comunicações por satélite em Banda E. O objetivo é encontrar soluções para a próxima geração de sistemas de comunicação para a conexão rápida de satélites. Ligações terrestres fixas sem fios, também se encontram a ser estudadas.

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