Communications sans fil à 60GHz. Propriétés uniques d'absorption de l'oxygène

Publié le par Marguerite Rothe

Cet article date de 2001, cependant, comme il donne des explications de fonctionnement sur la fréquence d'onde millimétrique de 60 GHz et son action sur l'oxygène, cela me paraît intéressant de le relayer. 

 

« La demande de bande passante augmente à un rythme rapide. International Data Corporation prévoit que le commerce sur Internet aux États-Unis passera de 74 milliards de dollars en 1999 à 708 milliards de dollars en 2003, et que le nombre d'utilisateurs d'ordinateurs fera plus que doubler, passant de 81 millions à 177 millions rien qu'aux États-Unis. En raison de l'énorme croissance prévue, des réseaux de fibres optiques fiables doivent être installés rapidement.


Aux États-Unis, moins de cinq pour cent de tous les immeubles de bureaux commerciaux ont accès à des câbles en fibre optique. Compte tenu du coût élevé de l'installation de la fibre physique, qui peut atteindre 250 000 dollars par kilomètre, de nombreuses techniques palliatives, notamment le RNIS, le DSL, les liaisons de communication par satellite et par micro-ondes, ont été déployées pour surmonter ce défi du "dernier kilomètre". Toutefois, ces techniques ne constituent que des solutions temporaires, car le RNIS et le DSL nécessitent une bande passante provenant de supports physiques qui n'ont pas été conçus pour l'utilisation de l'Internet, et les fréquences micro-ondes sous licence disponibles, de 900 MHz à 40 GHz, et les fréquences satellites, de 6 GHz à 30 GHz, sont limitées.

Des déploiements à courte distance et à haute densité de dispositifs de communication sans fil sont nécessaires dans les zones métropolitaines et les parcs d'affaires partout aux États-Unis. Le plus souvent, les immeubles de bureaux, même s'ils ne sont pas physiquement reliés à la dorsale en fibre optique, se trouvent à moins d'un demi-mille d'une fibre locale. Les dispositifs de communication sans fil fonctionnant à des fréquences plus élevées, comme 60 GHz, permettent aux entreprises de se connecter facilement à la fibre, sans les coûts et les délais associés à l'installation physique de la fibre.
En raison de l'augmentation de la demande de bande passante et de la rareté des attributions de fréquences micro-ondes, l'industrie des communications sans fil commence à se concentrer sur des parties du spectre plus élevées, non attribuées auparavant, dans les fréquences d'ondes millimétriques de 40GHz à 300GHz. En raison des niveaux élevés d'absorption de l'énergie RF atmosphérique, la région des ondes millimétriques du spectre RF n'est pas utilisable dans les segments de communications sans fil à longue distance. Cependant, pour les segments de courte distance, le "dernier kilomètre", la largeur de bande de données RF élargie disponible dans la région des ondes millimétriques la rend idéale pour une connectivité sans interférence, à la vitesse de la fibre.

La figure 1 illustre l'absorption atmosphérique pour les fréquences d'ondes millimétriques.
À la fréquence d'onde millimétrique de 60 GHz, l'absorption est très élevée, avec 98 % de l'énergie transmise absorbée par l'oxygène atmosphérique. Si l'absorption d'oxygène à 60GHz limite fortement la portée, elle élimine également les interférences entre les terminaux de même fréquence.

Fig. 1 • Absorption atmosphérique pour les fréquences d'ondes millimétriques.

L'avantage de l'absorption d'oxygène par rapport à la réutilisation des fréquences est détaillé dans la figure 2. La figure 2 illustre la relation de distance entre la gamme de réutilisation des fréquences de 60GHz, la région verte, et la gamme traditionnelle, la région bleue. L'absorption d'oxygène rend possible la réutilisation d'une même fréquence dans une région très localisée de l'espace aérien. Le fonctionnement dans le spectre des ondes millimétriques de 60GHz permet un déploiement très dense et sans interférence de terminaux radio de même fréquence.

Fig. Frequency Reuse Source FCC Bulletin 70A

Un système de communication de 60GHz doit surmonter les effets de l'absorption d'oxygène, 16dB/KM. Afin de fonctionner de manière fiable, même à courte distance, une antenne à faisceau étroit très focalisée doit également être utilisée pour augmenter le niveau de signal disponible pour le récepteur cible. Cette combinaison d'absorption d'oxygène et de transmission à faisceau étroit renforce la sécurité de la liaison radio de 60 GHz, en minimisant la probabilité d'une interception non autorisée.

Les systèmes de communication sans fil traditionnels fonctionnant dans les gammes de fréquences inférieures de 900 MHz à 40 GHz interfèrent souvent les uns avec les autres lorsqu'ils sont placés trop près les uns des autres. Ces interférences, dues à la dispersion et à la propagation incontrôlée de l'énergie RF dans l'atmosphère, sont réduites par la coordination des fréquences de la FCC, l'octroi de licences et la mise en œuvre de techniques d'évitement des interférences telles que la modulation à spectre étalé. L'octroi de licences par la FCC empêche un déploiement dense en raison du nombre limité de licences régionales accordées et les techniques d'étalement du spectre ne se sont révélées que très peu efficaces, car le plancher de bruit global a augmenté. Dans la région de 60 GHz, les effets de l'absorption d'oxygène et l'utilisation d'antennes à faisceau étroit minimisent la probabilité d'interférence entre les radios. Théoriquement, 100 000 systèmes fonctionnant à 60 GHz peuvent être co-localisés dans une zone de dix kilomètres carrés sans problème d'interférence.

Les conditions météorologiques ont un effet négatif sur toutes les transmissions RF, en particulier dans la région des ondes millimétriques où de violentes tempêtes de pluie peuvent entraîner une perte de 20 dB de la puissance du signal pour chaque kilomètre de transmission. Plus la distance de la transmission radio augmente, plus la marge d'affaiblissement nécessaire pour compenser les effets météorologiques augmente proportionnellement. Comme les radios fonctionnant à 60 GHz ne transmettent que sur de courtes distances, la compensation des effets météorologiques n'est pas aussi importante que pour les systèmes transmettant sur un kilomètre et plus.

À 60GHz, le niveau d'absorption atmosphérique extrêmement élevé est dû principalement à la composition moléculaire de l'atmosphère. La figure 3 illustre les caractéristiques de l'atténuation atmosphérique pour les longueurs d'onde de 3 cm à 0,3 mm. Pour les ondes millimétriques, les principales molécules d'absorption sont H2O, O2, CO2 et O3. Comme la présence de O2 est assez constante au niveau du sol, son effet sur la propagation radioélectrique à 60 GHz est facilement modélisé à des fins de budgétisation de la marge. En outre, le niveau élevé d'atténuation dû à l'absorption d'oxygène rend insignifiante même la pire atténuation liée aux conditions météorologiques, en particulier sur les trajets courts où fonctionnent les systèmes 60GHz. Même des précipitations extrêmement fortes, 25mm/h (5dB/KM), ne contribueront que pour un très faible pourcentage à l'atténuation globale dans la région d'absorption d'oxygène de 60GHz.

Fig. 3 illustre les caractéristiques de l'atténuation atmosphérique pour les longueurs d'onde de 3 cm à 0,3 mm.

Actuellement, la Federal Communications Commission (FCC) a alloué le spectre RF des ondes millimétriques de 57,05 à 64GHz pour une utilisation sans licence dans le cadre de la partie 15. Tous les équipements sans fil fonctionnant à 60GHz doivent obtenir une certification de type FCC Part 15. Une fois certifié, le produit peut être déployé sans licence sur tout le territoire des États-Unis. Ce spectre de fréquences sans licence permet à l'utilisateur final d'éviter le coût supplémentaire des ventes aux enchères régionales du spectre organisées par la FCC ou la concurrence pour le nombre limité de bandes sous licence.

En raison des caractéristiques uniques de la région des ondes millimétriques de 60GHz et de la bande passante brute disponible, la communication sans fil à 60GHz offre une alternative fiable de "dernier kilomètre" à l'installation de la fibre physique. Les systèmes de communication à 60GHz peuvent être utilisés pour une variété d'applications, notamment les réseaux métropolitains, les réseaux de campus, les dorsales de réseau, les liaisons de branchement de réseau, la restauration temporaire d'urgence et l'accès local. »

Source 

2019 / 2020 • Concernant ces pertes de connaissance foudroyantes, certains ont avancé qu'elles étaient liées à la CinqGermaine déployée à Wuhan. Est-ce un manque massif d'oxygène ?

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