Терахерцов приемник обещава 6G безжична комуникация

Мрежите от шесто поколение ще разчитат на терхерцови честоти за предаване на данни
(снимка: CC0 Public Domain)

Телекомуникациите от пето поколение едва прохождат, но изследователите вече проектират комуникационните компоненти на следващата генарация мрежи. Бъдещите безжични мрежи от шесто поколение (6G) ще се състоят от множество малки радио клетки, които ще трябва да бъдат свързани чрез широколентови комуникационни връзки. В този контекст безжичното предаване на терахерцови честоти представлява особено атрактивно и гъвкаво решение.

Изследователите от Технологичния институт Карлсруе (KIT) са разработили нова концепция за евтини терахерцови приемници, които се състоят от един диод в комбинация със специална техника за обработка на сигнала. В експеримент, представляващ т.нар. доказателство за концепция, екипът демонстрира предаване на данни със скорост на трансфер на данни от 115 гигабита в секунда при носеща честота от 0,3 THz на разстояние от 110 метра. Резултатите бяха оповестени в Nature Photonics.

5G ще бъде последван от 6G: шестото поколение мобилни комуникации обещава още по-висока скорост на предаване на данни, по-малка латентност и значително увеличена плътност на крайните устройства. Това ново поколение комуникации ще е различно, защото същевременно ще използва изкуствен интелект за управление на устройствата в бъдещия свят на постоянна и повсеместна свързаност, където автомобилите ще са автономни и милиарди уреди ще са в мрежа, благодарение на интернета на нещата.

„За да обслужват едновременно възможно най-много потребители и да предават данни с максимална скорост, бъдещите безжични мрежи ще се състоят от голям брой малки радио клетки”, обяснява професор Кристиан Коос, който работи по 6G технологии в KIT заедно със своя колега професор Себастиан Рандел.

При тези радио клетки разстоянията са малки, в резултат на което високите скорости на предаване на данни могат да бъдат постигнати с минимално потребление на енергия и много ниско електромагнитно излъчване. Свързаните базови станции ще бъдат компактни и лесно ще се монтират към фасади на сгради или стълбове на уличното осветление.

За да образуват мощна и гъвкава мрежа, тези базови станции ще трябва да бъдат свързани чрез високоскоростни безжични връзки, които предлагат скорост на предаване на данни от десетки или дори стотици гигабити в секунда (Gbit/s). Това може да бъде постигнато от терахерцови носещи вълни. Те заемат честотния диапазон между микровълновите и инфрачервените светлинни вълни.

Терахерцовите приемници обаче са все още доста сложни и скъпи. Затова често пъти те представляват „тясното място”, що се касае до честотната лента на цялата връзка, обясняват учените от KIT. В сътрудничество с щатската фирма Virginia Diodes (VDI) изследователите от три дивизии на KIT – Института по фотоника и квантова електроника, Института по микроструктури технологии и Института по лъчева физика и технологии – успяха да демонстрират особено прост евтин приемник за терахерцови сигнали.

„В основата си приемникът се състои от един диод, който коригира терахерцовия сигнал”, казва д-р Тобиас Хартър, който проведе демонстрацията заедно с колегата си Кристоф Фюлнер в рамките на докторската си дисертация. Диодът е така нареченият бариерен диод на Шотки, който предлага голяма честотна лента и се използва като външен детектор за възстановяване на амплитудата на терахерцовия сигнал.

Правилното декодиране на данните обаче изисква и допълнително времево-зависимата фаза на терахерцовата вълна, която обикновено се губи по време на коригирането. За да преодолеят този проблем, изследователите са използвали техники за цифрова обработка на сигнали в комбинация със специален клас сигнали, за които фазата може да бъде реконструирана от амплитудата чрез така наречените отношения на Крамерс-Крониг. Релацията на Крамерс-Крониг описва математическа връзка между реалната част и въображаемата част на аналитичния сигнал.

Използвайки концепцията си за приемник, учените постигнаха скорост на предаване от 115 Gbit/s при носеща честота от 0,3 THz на разстояние от 110 метра. „Това е най-високата скорост на предаване на данни досега за безжично предаване при терахерцови честоти над 100 метра”, казва Фюлнер, цитиран от Science Daily.

Терахерцовият приемник, разработен от KIT, се отличава с простота и може лесно да бъде въведен в масово производство – рентабилно и евтино.