RW Space

Представьте себе будущее, в котором подключение к Интернету будет не только молниеносным, но и удивительно надежным даже в многолюдных местах. Это видение быстро приближается к реальности благодаря новым исследованиям в области терагерцовых технологий связи.

Эти инновации призваны преобразовать беспроводную связь, особенно по мере того, как коммуникационные технологии продвигаются к сетям следующего поколения, 6G.

Я инженер, специализирующийся на фотонике — изучении того, как генерируются и обнаруживаются световые и другие электромагнитные волны. В этом исследовании мы с коллегами разработали кремниевый топологический чип формирователя луча.

Топологический относится к физическим особенностям кремния, которые помогают управлять терагерцовыми волнами, а термин «формирователь луча» относится к назначению чипа: формированию терагерцовых волн. в направленные лучи.

Терагерцовые частоты имеют решающее значение для 6G, который телекоммуникационные компании планируют развернуть примерно в 2030 году. Радиочастотный спектр, используемый нынешними беспроводными сетями, становится все более перегруженным.

Терагерц волны предлагают решение, используя относительно незанятую часть электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным излучением. Эти более высокие частоты могут передавать огромные объемы данных, что делает их идеальными для приложений будущего с интенсивным использованием данных.

Наш чип принимает терагерцовый сигнал из одного источника и разделяет его на 54 более мелких сигнала, которые затем прошел через 184 крошечных канала со 134 крутыми поворотами. Каждый луч может передавать и получать данные со скоростью от 40 до 72 гигабит в секунду, что во много раз быстрее, чем современные сети 5G.

С помощью искусственного интеллекта мы разработали чип, имеющий особую микроскопическую сотовую структуру. чтобы сформировать полосы для терагерцовых волн. Массив каналов излучает мощные, сфокусированные лучи, охватывающие все 360 градусов вокруг чипа.

Это позволяет телефону или другому беспроводному устройству в любом месте вокруг маршрутизатора Wi-Fi или другого коммуникационного устройства, использующего чип, получить высокоскоростной сигнал. Мы продемонстрировали работу чипа, разделив входной сигнал потокового HD-видео на четыре выходных луча.

Формирователи луча в беспроводных сетях

Терагерцовые волны имеют меньший диапазон по сравнению с низкочастотными сигналами, используемыми в сетях 4G и 5G. . Терагерцовые формирователи луча решают эту проблему, точно направляя высокочастотные сигналы, чтобы гарантировать, что они достигнут места назначения без потерь или ухудшения качества.

Формирователи луча необходимы для беспроводной связи следующего поколения.

В отличие от традиционных антенны, передающие сигналы без разбора, формирователи луча фокусируют сигналы в определенных направлениях, повышая как эффективность, так и надежность. Наш чип гарантирует, что эти лучи обеспечивают покрытие во всех направлениях.

Такой целенаправленный подход не только расширяет диапазон сигнала, но и улучшает его качество даже на больших расстояниях. Формирователи луча, вероятно, будут иметь решающее значение для управления стабильными соединениями за счет уменьшения помех, поскольку в мире появляются миллиарды подключенных устройств.

Будущее с терагерцовым формированием луча

Потенциальное влияние чипов формирования терагерцового луча на повседневную жизнь жизнь глубока. Например, эти чипы позволят загрузить фильм сверхвысокой четкости 4K за считанные секунды по сравнению с 11 минутами по сегодняшнему Wi-Fi или поддерживать захватывающие впечатления от виртуальной и дополненной реальности без каких-либо задержек.

Beyond развлечения, они могли бы сделать реальностью голографическую связь в реальном времени, где люди выглядят как реалистичные голограммы. Умные города могут использовать эту технологию для беспрепятственной координации транспортных систем и реагирования на чрезвычайные ситуации, а здравоохранение может извлечь выгоду из удаленных операций, когда врачи управляют роботизированными инструментами издалека.

Терагерцовый чип формирования луча представляет собой значительный шаг вперед на этом пути. к более быстрой и надежной беспроводной связи за счет преодоления проблем, связанных с передачей высокочастотных сигналов.

Ранджан Сингх, профессор электротехники, Университет Нотр-Дам

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.