Forscher der Universität Tokushima in Japan haben eine drahtlose Datenübertragung mit 112 Gigabit pro Sekunde erreicht (Gbit/s) im 560-GHz-Frequenzband.
Dieser Fortschritt wurde durch ein optisches Gerät namens „Soliton-Mikrokamm“ ermöglicht », überwindet eine große Einschränkung der Elektronik und legt einen Grundstein für die Entwicklung zukünftiger Mobilfunknetze.
Die Herausforderung ist groß: die Infrastruktur für zukünftige Netzwerke vorzubereiten 6G Dies erfordert Geschwindigkeiten und Kapazitäten, die weit über das hinausgehen, was 5G bieten kann, insbesondere für Verbindungen. Backhaul » (Verbindungen zwischen den Antennen und dem Kern des Netzwerks).
Warum wird diese neue Technologie für 6G benötigt?
Diese Technologie ist unerlässlich, da herkömmliche elektronische Komponenten Schwierigkeiten haben, stabile und leistungsstarke Signale über 350 GHz zu erzeugen.
So nennen Ingenieure das „ 350-GHz-Wand „. Jenseits dieser Schwelle verliert das Signal an Leistung und geht in der „ Phasenrauschen » (eine Art Jitter oder Signalinstabilität), was eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung extrem erschwert und unzuverlässig.
Um die Geschwindigkeiten zu erreichen, die das zukünftige 6G versprichtist es notwendig, sehr hohe Frequenzen im Terahertz-Band auszunutzenwo noch Autobahnen mit großem Spektrum verfügbar sind.
Umgehung der traditionellen Elektronik zugunsten eines photonischen Ansatzesalso auf Basis von Licht, gelang es japanischen Forschern, eine hochreine Trägerwelle zu erzeugen bei 560 GHz, was einen Kommunikationsweg eröffnet, der scheinbar unzugänglich schien.
Was ist ein „Soliton-Mikrokamm“ und wie funktioniert er?
Ein Soliton-Mikrokamm ist ein winziges optisches Gerät, oft ein Siliziumnitrid-Mikroring, der einen einzelnen Laserstrahl in Dutzende neuer, perfekt verteilter und stabiler Lichtfrequenzen umwandelt.
Es fungiert als eine Art hochpräzises optisches Lineal. Diese Stabilität ist von entscheidender Bedeutung, da sie es ermöglicht, durch einen Prozess namens Photomixing (Umwandlung optischer Signale in Terahertz-Wellen) eine außergewöhnlich saubere Hochfrequenzwelle zu erzeugen.
In der Praxis wählte das Team zwei „Zähne“ dieses leichten Kamms aus. Einer diente als Referenzträgerder andere wurde moduliert, um die Daten über komplexe Formate (QPSK und 16QAM) zu kodieren, die die Komprimierung weiterer Informationen ermöglichen im Signal.
Durch die Kombination dieser beiden Lichtstrahlen in einer speziellen Fotodiode entstand dann die 560-GHz-Welle, die Daten mit Rekordgeschwindigkeit überträgt für diesen Frequenzbereich.
Was war der wirkliche Fortschritt dieser Erfahrung?
Die wichtigste Errungenschaft dieser Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur besteht darin, den Mikrokamm über lange Zeiträume stabil und robust zu machen. Zuvor erforderten diese Geräte eine optische Ausrichtung im Mikrometerbereich, die so empfindlich war, dass die geringste Vibration oder Temperaturschwankung das Signal innerhalb weniger Augenblicke unterbrechen konnte.
Diese Innovation verwandelte eine empfindliche Laborvorrichtung in eine kompakte und zuverlässige Komponente. Die Signallebensdauer erhöhte sich kontinuierlich von durchschnittlich vier Minuten auf über 27 Stunden.
Die eigentliche Leistung liegt also in der erreichten Zuverlässigkeit, die die Technologie für kommerzielle Anwendungen nutzbar macht.
Ist diese Technologie wirklich bereit für unsere Smartphones?
Das für die Demonstration verwendete 560-GHz-Band leidet unter einer hohen Dämpfung durch Wasserdampf in der Atmosphäre vorhanden, was seinen Wirkungsbereich stark einschränkt. Es handelte sich also vor allem um einen auf das Labor beschränkten Proof of Concept.
Das System kann jedoch auch auf andere Frequenzen angepasst werden, beispielsweise auf das 500-GHz-Band wo die Reichweite mit verbesserten Antennen mehrere zehn Meter erreichen könnte.
Mittelfristig wahrscheinlichste Anwendung ist der mobile „Backhaul“. Anstatt kilometerlange teure Glasfaserkabel zu verlegen, könnten Betreiber diese Technologie für umfangreiche Datenaufnahmen nutzen zwischen den Relaisantennen und dem Herzstück des Internetnetzwerks.
Es handelt sich um einen wichtigen, wenn auch verborgenen Teil der Infrastruktur, der künftige 6G-Dienste ermöglichen wird. Unsere Telefone werden etwas länger warten, bevor sie im Terahertz-Frequenzbereich chatten.
