Мультиплексоры терагерцового диапазона частот для следующего поколения мобильной связи 6G и выше

Мультиплексоры терагерцового диапазона частот для следующего поколения мобильной связи 6G и выше

Новая конструкция сверхмалой интегральной схемы кремниевого мультиплексора позволит эффективно управлять волнами терагерцового диапазона, которые являются ключом к следующему поколению коммуникаций 6G и выше.

Исследователи Университета Осаки, Япония, и Университета Аделаиды, Австралия, совместно работали над созданием нового мультиплексора на основе чистого кремния, предназначенного для устройств связи терагерцового диапазона в полосе около 300 ГГц.

«Для обеспечения управления в широкой полосе терагерцовых волн решающее значение имеет мультиплексор — устройство для разделения и объединения сигналов, разделяющее информацию на управляемые фрагменты, которые при этом проще обрабатывать, и, следовательно, они быстрее передаются с одного устройства на другое», — говорит доцент Витават Витаячумнанкул из Школы электротехники и электроники Университета Аделаиды.

«До настоящего времени компактные и практичные мультиплексоры для терагерцового диапазона разработаны не были. Новые экономически эффективные для производства терагерцовые мультиплексоры будут чрезвычайно полезны для обеспечения сверхширокополосной беспроводной связи».

«Ключом к объединению и разделению каналов является форма разработанных нами кристаллов, позволяющая обрабатывать больше данных с более высокой скоростью. Их красота – это простота».

В терагерцовой части электромагнитного спектра имеется неиспользуемая полоса, которая намного шире, чем полоса обычной беспроводной связи, организованной в микроволновом диапазоне. Для обеспечения связи в терагерцовом диапазоне команда разработала ультракомпактные и эффективные терагерцовые мультиплексоры, используя новый техпроцесс оптического туннелирования.

«Типовой четырехканальный оптический мультиплексор может иметь длину более 2000 длин волн. В диапазоне 300 ГГц это составит около двух метров», — говорит доктор Дэниел Хедленд из Университета Осаки, являющийся ведущим автором исследования.

«Наше устройство имеет размер всего 25 длин волн, что обеспечивает значительное уменьшение размера в 6000 раз».

Новый мультиплексор имеет полосу пропускания, более чем в 30 раз превышающую общую полосу, выделенную в Японии на 4G/LTE связь, самую быструю доступную в настоящее время мобильную технологию, и 5G, являющуюся следующим поколением, вместе взятые. Поскольку пропускная способность связана со скоростью передачи данных, с помощью нового мультиплексора возможна организация сверхскоростной передачи цифровых сигналов.

«Наш четырехканальный мультиплексор потенциально может поддерживать совокупную скорость передачи данных в 48 гигабит в секунду (Гбит/с), что эквивалентно скорости передачи несжатого видео сверхвысокой четкости 8K в режиме реального времени», — заявляет доцент Масаюки Фудзита, руководитель команды из Университета Осаки.

«Для того чтобы сделать всю систему портативной, в конструкции компактных многоканальных терагерцовых приемопередатчиков мы планируем объединить этот мультиплексор с резонансными туннельными диодами».

Исследованная командой схема модуляции была весьма простой; для передачи двоичных данных просто включалась и выключалась терагерцовая мощность. Существуют также более продвинутые методы, которые позволяют обеспечить в заданной полосе пропускания еще более высокие скорости передачи данных до 1 терабит/с.

«Новый мультиплексор может выпускаться серийно, как и компьютерные микросхемы, но он гораздо проще. В итоге возможно крупномасштабное проникновение на рынок», — говорит профессор Тадао Нагацума из Университета Осаки.

«Это позволило бы использовать устройство для обеспечения мобильной связи поколения 6G и выше, в Интернете вещей, а также в малогабаритных летательных аппаратах, таких как автономные беспилотные летательные аппараты, обеспечивая низкую вероятность перехвата сигналов связи».

Это исследование, опубликованное в журнале Optica и финансируемое программой финансирования CREST Японского агентства по науке и технологиям (JST), грантом KAKENHI и грантом на научные исследования Австралийского исследовательского совета (ARC), основано на проведенной в 2020 году работе команды, в ходе которой они создали кремниевое микрофотоэлектронное устройство, не содержащее подложки или металлов, для применения в высокоэффективных терагерцовых устройствах. Эта инновация открыла путь для перехода существующих нанофотонных мультиплексоров в терагерцовую область.

Рисунок: Схема встраиваемого мультиплексора, показывающая, как широкополосная волна терагерцового диапазона разделяется на четыре различные частоты, каждая из которых способна передавать цифровую информацию. Изображение предоставлено Университетом Осаки.

Статья: «Безрешеточный встраиваемый мультиплексор на туннельных диодах для терагерцовых волн», опубликована в журнале Optics at DOI: https://doi.org/10.1364/OPTICA.420715
Университет Осаки
Японское агентство по науке и технике (JST)

Жан-Пьер Джустинг
03 мая 2021 г.


Поделиться:



На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.