Terahertz -modtager til 6G trådløs kommunikation

Fremtidige trådløse netværk af 6. generation (6G) vil bestå af et væld af små radioceller, der skal forbindes via bredbåndskommunikationsforbindelser. I denne sammenhæng, trådløs transmission ved THz -frekvenser repræsenterer en særlig attraktiv og fleksibel løsning. Forskere ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu udviklet et nyt koncept til billige terahertz-modtagere, der består af en enkelt diode i kombination med en dedikeret signalbehandlingsteknik. I et proof-of-concept eksperiment, holdet demonstrerede transmission ved en datahastighed på 115 Gbit/s og en bærefrekvens på 0,3 THz over en afstand på 110 meter. Resultaterne er rapporteret i Natur fotonik .

5G vil blive fulgt af 6G:Sjette generation af mobilkommunikation lover endnu højere datahastigheder, kortere latenstid, og stærkt øget tæthed af terminalenheder, mens man udnytter kunstig intelligens (AI) til at styre enheder eller autonome køretøjer i Internet-of-Things-æraen. "For samtidig at betjene så mange brugere som muligt og at overføre data med største hastighed, fremtidige trådløse netværk vil bestå af et stort antal små radioceller, "forklarer professor Christian Koos, der arbejder med 6G -teknologier på KIT sammen med sin kollega professor Sebastian Randel. I disse radioceller, afstande er korte, så høje datahastigheder kan overføres med minimalt energiforbrug og lav elektromagnetisk immission. De tilhørende basestationer vil være kompakte og kan let monteres på bygningsfacader eller gadelamper.

For at danne et stærkt og fleksibelt netværk, disse basestationer skal forbindes med trådløse højhastighedsforbindelser, der tilbyder datahastigheder på titalls eller endda hundredvis af gigabit per sekund (Gbit/s). Dette kan opnås ved hjælp af terahertz -bærerbølger, som optager frekvensområdet mellem mikrobølger og infrarøde lysbølger. Imidlertid, terahertz -modtagere er stadig temmelig komplekse og dyre og repræsenterer ofte flaskehalsen på båndbredden for hele linket. I samarbejde med Virginia Diodes (VDI) i Charlottesville, OS., forskere ved KIT's Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ), Institute of Microstructure Technology (IMT), og Institute for Beam Physics and Technology (IBPT) har nu demonstreret en særlig enkel billig modtager til terahertz -signaler. Konceptet præsenteres i Natur fotonik .

Højeste datahastighed vist hidtil for trådløs THz -kommunikation over mere end 100 meter

"Kernen, modtageren består af en enkelt diode, som retter terahertz -signalet, siger Dr. Tobias Harter, der gennemførte demonstrationen sammen med sin kollega Christoph Füllner inden for rammerne af sin doktorafhandling. Dioden er en såkaldt Schottky barriere diode, der tilbyder stor båndbredde, og som bruges som en kuvertdetektor til at gendanne amplituden af ​​terahertz -signalet. Korrekt afkodning af data, imidlertid, kræver desuden den tidsafhængige fase af terahertz-bølgen, der normalt går tabt under rektifikation.

For at overvinde dette problem, forskere bruger digitale signalbehandlingsteknikker i kombination med en særlig klasse datasignaler, for hvilken fasen kan rekonstrueres fra amplituden via de såkaldte Kramers-Kronig-relationer. Kramers-Kronig-forholdet beskriver et matematisk forhold mellem den virkelige del og den imaginære del af et analytisk signal. Ved hjælp af deres modtager koncept, forskerne opnåede en transmissionshastighed på 115 Gbit/s ved en bærefrekvens på 0,3 THz over en afstand på 110 m.

"Dette er den hidtil højeste datahastighed påvist for trådløs terahertz -transmission over mere end 100 m, "Siger Füllner. Terahertz-modtageren udviklet af KIT skiller sig ud på grund af sin tekniske enkelhed og egner sig til omkostningseffektiv masseproduktion.