Første datatransmission gennem terahertz multiplexer rapporteret

Multiplexing, evnen til at sende flere signaler gennem en enkelt kanal, er et grundlæggende træk ved ethvert tale- eller datakommunikationssystem. Et internationalt forskerhold har for første gang demonstreret en metode til multiplexering af data transporteret på terahertz -bølger, højfrekvent stråling, der muliggør den næste generation af ultrahøj båndbredde trådløse netværk.

I journalen Naturkommunikation , forskerne rapporterer transmission af to real-time videosignaler gennem en terahertz-multiplexer med en samlet datahastighed på 50 gigabit pr. sekund, cirka 100 gange den optimale datahastighed for nutidens hurtigste mobilnetværk.

"Vi viste, at vi kan transmittere separate datastrømme på terahertz -bølger ved meget høje hastigheder og med meget lave fejlhastigheder, "sagde Daniel Mittleman, en professor i Brown's School of Engineering og papirets tilsvarende forfatter. "Dette er første gang, nogen har karakteriseret et terahertz -multipleksingssystem, der bruger faktiske data, og vores resultater viser, at vores tilgang kunne være levedygtig i fremtidige terahertz trådløse netværk. "

Nuværende tale- og datanetværk bruger mikrobølger til at transportere signaler trådløst. Men efterspørgslen efter dataoverførsel bliver hurtigt mere end mikrobølgenetværk kan klare. Terahertz -bølger har højere frekvenser end mikrobølger og derfor en meget større kapacitet til at transportere data. Imidlertid, forskere er kun lige begyndt at eksperimentere med terahertz -frekvenser, og mange af de grundlæggende komponenter, der er nødvendige for terahertz -kommunikation, eksisterer ikke endnu.

Et system til multiplexing og demultiplexing (også kendt som mux/demux) er en af ​​disse grundlæggende komponenter. Det er teknologien, der tillader et kabel at transportere flere tv-kanaler eller hundredvis af brugere for at få adgang til et trådløst Wi-Fi-netværk.

Mux/demux tilgang Mittleman og hans kolleger udviklede bruger to metalplader placeret parallelt med hinanden for at danne en bølgeleder. På en af ​​pladerne er der skåret et hul. Når terahertz -bølger bevæger sig gennem bølgelederen, noget af strålingen lækker ud af spalten. Den vinkel, ved hvilken strålingsstråler slipper ud, afhænger af bølgens frekvens.

"Vi kan sætte flere bølger ved flere forskellige frekvenser - hver af dem bærer en datastrøm - ind i bølgelederen, og de vil ikke forstyrre hinanden, fordi de er forskellige frekvenser; det er multiplexering, "Sagde Mittleman." Hver af disse frekvenser lækker ud af spalten i en anden vinkel, adskillelse af datastrømme; det er demultiplexering. "

På grund af terahertz -bølgernes karakter, signaler i terahertz kommunikationsnetværk vil forplante sig som retningsbestemte stråler, ikke rundstrålende udsendelser som i eksisterende trådløse systemer. Dette retningsforhold mellem udbredelsesvinkel og frekvens er nøglen til at muliggøre mux/demux i terahertz -systemer. En bruger på et bestemt sted (og derfor i en bestemt vinkel fra multiplexingsystemet) vil kommunikere på en bestemt frekvens.

I 2015, Mittlemans laboratorium offentliggjorde først et papir, der beskriver deres bølgeleder -koncept. Til det første arbejde, holdet brugte en bredbånds terahertz lyskilde til at bekræfte, at der faktisk kom forskellige frekvenser fra enheden i forskellige vinkler.

Selvom det var et effektivt bevis på konceptet, Mittleman sagde, dette seneste arbejde tog det kritiske trin med at teste enheden med rigtige data.

Arbejder med Guillaume Ducournau ved Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS/Universitetet i Lille, i Frankrig, forskerne kodede to high-definition tv-udsendelser på terahertz-bølger med to forskellige frekvenser:264,7 GHz og 322,5 GHz. De strålede derefter begge frekvenser sammen til multiplexersystemet, med en fjernsynsmodtager indstillet til at registrere signalerne, når de kom frem fra enheden. Da forskerne justerede deres modtager til den vinkel, hvorfra 264,7 GHz bølger blev udsendt, de så den første kanal. Når de flugter med 322,5 GHz, de så den anden.

Yderligere forsøg viste, at transmissioner var fejlfrie op til 10 gigabit pr. Sekund, hvilket er meget hurtigere end nutidens standard Wi-Fi-hastigheder. Fejlhastigheder steg noget, da hastigheden blev øget til 50 gigabit pr. Sekund (25 gigabit pr. Kanal), men var stadig godt inden for det område, der kan rettes ved hjælp af fremadrettet fejlkorrektion, som almindeligvis bruges i nutidens kommunikationsnetværk.

Udover at demonstrere, at enheden fungerede, Mittleman siger, at forskningen afslørede nogle overraskende detaljer om transmission af data om terahertz -bølger. Når en terahertz -bølge moduleres til at kode data - det vil sige at tænde og slukke for at lave nuller og ener - ledsages hovedbølgen af ​​sidebåndsfrekvenser, som også skal detekteres af en modtager for at kunne overføre alle dataene. Undersøgelsen viste, at detektorens vinkel i forhold til sidebåndene er vigtig for at holde fejlprocenten nede.

"Hvis vinklen er lidt slukket, vi opdager muligvis signalets fulde effekt, men vi modtager det ene sidebånd lidt bedre end det andet, hvilket øger fejlprocenten. "forklarede Mittleman." Så det er vigtigt at have vinklen rigtigt. "

Grundlæggende detaljer som den vil være kritiske, Mittleman sagde, når det er tid til at begynde at designe arkitekturen til komplette terahertz datasystemer. "Det er noget, vi ikke havde forventet, og det viser, hvor vigtigt det er at karakterisere disse systemer ved hjælp af data frem for bare en umoduleret strålingskilde. "

Forskerne planlægger at fortsætte med at udvikle denne og andre terahertz -komponenter. Mittleman modtog for nylig en licens fra FCC til at udføre udendørs test ved terahertz -frekvenser på Brown University -campus.

"Vi tror, ​​at vi har den højeste frekvenslicens, der i øjeblikket er udstedt af FCC, og vi håber, at det er et tegn på, at bureauet begynder at tænke alvorligt over terahertz -kommunikation, "Sagde Mittleman." Virksomheder vil være tilbageholdende med at udvikle terahertz -teknologier, indtil der er en seriøs indsats fra tilsynsmyndighederne for at tildele frekvensbånd til specifikke anvendelser, så dette er et skridt i den rigtige retning. "