Japán kutatók áttörést értek el a 6G technológia fejlesztésében: egy új, mikrohullámú kommunikációs rendszer segítségével 112 gigabit/másodperces (Gbps) adatátviteli sebességet sikerült elérniük az 560 gigahertzes spektrumsávban. Ez az eredmény kulcsfontosságú mérföldkő a következő generációs vezeték nélküli hálózatok kiépítésében, hiszen a hagyományos elektronikai megoldások ezen az ultra-magas frekvencián már nem képesek ilyen teljesítményre.
A fejlesztés alapját a mikrokombok nevű speciális fotonikai eszközök képezik, amelyeket mikrochipekre szerelve optikai frekvenciákat generálnak a vezeték nélküli hálózatok számára. A kutatók ezeket a mikrokombokat magas rendű modulációs technikákkal kombinálták, amelyek lehetővé teszik, hogy a korlátozott sávszélességen belül minél több adatot lehessen továbbítani. Az eredmény egy olyan rendszer, amely első alkalommal képes 420 GHz feletti frekvencián is ilyen kiemelkedő sebesség elérésére.
A kísérletek során a csapat 84 Gbps sebességet ért el a QPSK, és 112 Gbps sebességet a 16QAM modulációs formátummal. Ez azt jelenti, hogy sikerült egy kompakt és stabil terahertzes jelforrást létrehozniuk, amely mindössze 5 milliméter átmérőjű adóval képes meghaladni a 100 Gbps adatátviteli sebességet. Ez a méret a hagyományos mikrokombos rendszerekhez képest 90-szer kisebb.
Fény segítségével a gyorsabb kapcsolatért
Bár az 5G hálózatok sebessége már így is figyelemre méltó, a szakemberek már a 6G hálózatok kiépítésén dolgoznak, amelyek várhatóan 2030-ra vagy később jelenhetnek meg kereskedelmi forgalomban. A jövőbeni 6G hálózatok elméleti maximuma 1 terabit/másodperc lehet, ami több mint 3000-szer gyorsabb a mai átlagos 5G sebességnél. Ehhez azonban egy olyan gyors gerinchálózatra van szükség, amely az ultra-magas frekvenciájú terahertzes hullámokat használja.
A hagyományos elektronikai eszközök a terahertzes spektrumban jelgyengüléssel és fáziszajjal küzdenek, ami megnehezíti a kívánt jelek elkülönítését a nem kívántaktól. Ez korlátozza a jel stabilitását és az adatmennyiséget, amelyet 350 GHz feletti frekvenciákon továbbítani lehet. A fotonika, vagyis a fény adathordozóként való használata ezért ígéretes alternatívát kínál a 6G hálózatok felé vezető úton.
A kutatók által alkalmazott optikai mikrokombok képesek egy sor precíz fényvonalat generálni, amelyek optikai stabilitása minimálisra csökkenti a fáziszajt. A hagyományos fotonikai rendszerekkel ellentétben azonban ezek a mikrokombok pontos optikai beállítást igényelnek, ami a valós hálózati környezetben a rezgések miatt könnyen megszakadhat. Az új tanulmányban a kutatóknak sikerült áthidalniuk ezt a problémát.
Stabil kapcsolat a jövő hálózataihoz
A kutatók áttörését az jelentette, hogy közvetlenül összekapcsoltak egy optikai szálat egy szilícium-nitrid mikrorezonátorral, ami egy olyan mikrokombos fotonikai szerkezet, amely a lézerfényt milliónyi precíz lézervonallá alakítja. Ez a megoldás kiküszöböli a pontos optikai beállítás szükségességét, ami a hagyományos fotonikai rendszerekben elengedhetetlen. Az adatok továbbításához a kutatók két optikai jelvivőt hoztak létre, amelyekbe a QPSK és 16QAM modulációs formátumok segítségével kódolták az adatokat.
Az optikai jeleket ezután egy fotokeverésnek nevezett technikával alakították át 560 GHz-es terahertzes hullámokká, majd továbbították azokat egy vevőegységhez. A kísérletek során a QPSK-val 84 Gbps, a 16QAM-mal pedig 112 Gbps sebességet értek el. Az eredmény egy olyan kompakt és stabil terahertzes jelforrás, amely mindössze 5 milliméter átmérőjű adóval képes meghaladni a 100 Gbps adatátviteli sebességet.
A kutatók a mikrorezonátorba hőmérséklet-szabályozó funkciót is integráltak, hogy az ellenálljon a hőmérséklet-ingadozásoknak, és megbízhatóan reprodukálja a szükséges optikai rezonancia jellemzőket. A jövőben a csapat a fáziszaj további csökkentésén és a rendszer kimeneti teljesítményének növelésén dolgozik, hogy még gyorsabb adatátviteli sebességet érjen el. Ez a tanulmány megnyitja az utat egy olyan ultra-gyors vezeték nélküli gerinchálózat létrehozása előtt, amely akár a föld alatti optikai kábeleket is kiválthatja, és elősegítheti a 6G hálózatok gyakorlati bevezetését.
© Tokushima University
Forrás: LiveScience.com ↗̱
