Oameni de știință din Japonia au descoperit o modalitate de a transmite date cu o viteză de 112 gigabiți pe secundă (Gbps) într-o bandă specifică de spectru, esențială pentru dezvoltarea rețelelor wireless 6G de nouă generație, scrie Live Science.
Pentru a obține această descoperire, cercetătorii au dezvoltat un nou tip de sistem de comunicații wireless în domeniul terahertzilor, alimentat de microcombs – dispozitive fotonice speciale montate pe microcipuri, care generează frecvențe optice pentru rețelele wireless. Folosindu-le împreună cu tehnici de modulație de ordin superior – metode avansate care permit rate mai mari de transfer într-o lățime de bandă limitată –, echipa a atins aceste viteze fulgerătoare de comunicație în banda de spectru de 560 gigahertzi.
Obținerea unor astfel de viteze – pentru prima dată la o frecvență de peste 420 GHz – a demonstrat cum acest sistem poate depăși limitările legate de puterea semnalului și de zgomot care afectează electronica convențională la aceste frecvențe ultraînalte, limitând-o astfel la rate de transfer mult mai mici. Cercetătorii și-au prezentat concluziile pe 16 mai în revista Communications Engineering.
„Acest rezultat reprezintă un pas major către sisteme wireless 6G practice și către un backhaul mobil de viteză ultraînaltă”, a declarat Takeshi Yasui, profesor la Institutul de Fotonică Post-LED al Universității Tokushima și coautor al studiului.
Să se facă lumină
Deși vitezele wireless 5G sunt remarcabil de mari – cu o medie de aproximativ 300 de megabiți pe secundă (Mbps) în SUA –, lucrările pentru proiectarea și implementarea rețelelor 6G la nivel mondial sunt deja în desfășurare. În viitor, oamenii de știință estimează că vitezele ar putea atinge un maxim teoretic de 1 terabit pe secundă – de peste 3.000 de ori mai rapid decât viteza medie 5G de astăzi și de 50 de ori mai rapid decât limita teoretică a 5G.
Rețelele 6G comerciale ar urma să fie lansate în jurul anului 2030 sau mai târziu, dar mai este nevoie de muncă semnificativă pentru a le construi. Pentru a susține, în cele din urmă, livrarea 6G, este necesară o rețea wireless de backhaul rapidă, care să folosească undele terahertz de frecvență foarte înaltă. Acestea se află în banda de spectru de peste 350 GHz. Sub această frecvență, spectrul electronic este deja aglomerat cu semnale 5G și nu dispune de frecvența necesară pentru a transmite cantități mari de date la viteze de nouă generație.
Atunci când electronica convențională este folosită pentru a pătrunde în spectrul terahertz, semnalele sale electronice sunt afectate de lipsa de putere sau de „zgomotul de fază” – în esență, fluctuații ale semnalului – care fac dificilă separarea semnalelor dorite de cele nedorite. Aceasta duce la limitări ale stabilității semnalului și ale cantității de date pe care semnalele electronice o pot transporta la frecvențe de peste 350 GHz.
Fotonica – utilizarea luminii pentru a transporta date – este, prin urmare, văzută ca o cale de a deschide drumul spre rețelele 6G. Însă sistemele fotonice convenționale au necesitat sisteme laser voluminoase, care au nevoie de o aliniere optică precisă pentru a funcționa bine, și sunt în continuare afectate de zgomotul de fază.
Pentru a aborda aceste provocări, oamenii de știință explorează microcombs optice ca modalitate de a genera o serie de linii de lumină precise. Stabilitatea lor optică minimizează zgomotul de fază. Totuși, ele au nevoie de o aliniere optică precisă; într-o implementare reală a rețelei, vibrațiile ar putea perturba astfel de alinieri și ar interfera cu conexiunile stabilite.
În noul studiu, cercetătorii au remarcat că aceste microcombs nu reușeau „să obțină simultan o generare stabilă a semnalului și o modulație de ordin superior pentru transmisia de date la viteză mare”.
Legături directe
Descoperirea provine din lipirea directă a unei fibre optice de un microrezonator din nitrură de siliciu – o structură fotonică de tip microcomb folosită pentru a converti lumina laser în milioane de linii laser precise. Combinarea fibrei optice cu microcombs ocolește provocarea alinierii optice precise, în timp ce, în sistemele fotonice mai convenționale, lumina laser trebuie aliniată cu grijă pe mai multe axe și etape, cu ajutorul microscoapelor optice, pentru a putea fi direcționată către microcipuri.
Pentru a transmite date cu ajutorul sistemului microcomb, cercetătorii au generat doi purtători de semnal optic – cu stabilitate ridicată și un raport semnal-zgomot mare – prin „injection locking” al microcombului cu lasere. Au codat date în aceste semnale folosind formatele de modulație de ordin superior QPSK și 16QAM – în esență, o modalitate de a comprima cât mai multe date posibil într-o singură transmisie de undă. Apoi au convertit semnalele optice în unda terahertz de 560 GHz printr-o tehnică numită fotomixaj, înainte de a le transmite către un receptor.
În cadrul experimentelor, au atins viteze de 84 Gbps cu QPSK și de 112 Gbps cu 16QAM. Rezultatele înseamnă că echipa de cercetători a realizat o sursă de semnal terahertz compactă și stabilă, capabilă de viteze de transmisie de peste 100 Gbps, printr-un transmițător de doar 5 milimetri. Pentru comparație, un sistem microcomb convențional măsoară 450 de milimetri.
Cercetătorii au integrat și o funcție de control al temperaturii în microrezonator, pentru ca acesta să poată rezista la fluctuațiile de temperatură și să reproducă astfel mai fiabil caracteristicile de rezonanță optică necesare.
Echipa intenționează să găsească modalități de a reduce și mai mult zgomotul de fază și de a spori puterea de ieșire a sistemelor, pentru a obține viteze de transfer și mai mari.
Studiul deschide însă calea către crearea unei fundații tehnologice pentru o rețea wireless de backhaul de viteză ultraînaltă. O astfel de rețea ar putea elimina nevoia de cabluri subterane din fibră optică drept coloană vertebrală a rețelelor de mare viteză și ar putea conduce spre implementări practice ale 6G.
Ştiri video recomandate
