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秒杀5G!德国团队完成迄今最高速无线传输,每秒14G数据

尽管5G没有遍及,但科学家们早已开端探究6G技能。在第六代移动通讯技能道路中,以太赫兹(THz)频率进行无线传输成为一种特别有吸引力且灵敏的解决计划。日前,德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员提出一种低本…

尽管 5G 没有遍及,但科学家们早已开端探究 6G 技能。在第六代移动通讯技能道路中,以太赫兹 (THz) 频率进行无线传输成为一种特别有吸引力且灵敏的解决计划。

日前,德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员提出一种低本钱太赫兹接纳器规划,在概念验证实验中,该团队演示了在 110 米的间隔内以 115 Gbit/s 的数据速率和 0.3THz 的载波频率进行传输的状况,这完成了迄今为止,在超越 100 米的间隔上无线太赫兹通讯的最高数据速率,研究结果宣布在《天然 · 光子学》(Nature Photonics )上。

115 Gbit/s 是什么概念呢?转化成咱们日子中一般说的网速,依照 1B=8bits 单位换算,那 115 Gbit/s=14.375GB/s,也就是说,这个 “网速” 每秒可传输超越 14GB 的数据,比照而言,依据国际电信联盟推行的 5G 网络建造标准,标准要求速度高达 20 Gbit/s,以完成宽信道带宽和大容量,其峰值理论传输速度才 2.5GB/s。

为什么太赫兹通讯能够完成每秒十几 GB 级的传输速率?这儿需求简略介绍下无线通讯技能中载波频率与传输速率的联系。

图|传输速率与载波频率

一般来讲,传输速率跟着载波频率添加而添加,太赫兹波段是指频率在 0.1~10THz 范围内的电磁波,其频率介于微波和红外波段之间,兼有微波和光波的特性,太赫兹频段大约是长波、中波、短波、微波全体带宽的 1000 倍,这决议了太赫兹通讯是高宽带通讯,甚至具有 100Gbit/s 以上高速数据传输才能。

太赫兹通讯有望满意未来人们对无线网络速率不断添加的需求,也有望缓解近年来无线通讯频谱资源严重,且太赫兹波作为电磁空间中没有有用开发运用的频谱资源,已成为各大科技强国竟相攀爬的技能制高点,被视为是改动未来国际的十大科学技能之一。

尽管太赫兹通讯如此强壮,但这些信号的相干接纳在很大程度上依赖于十分复杂的太赫兹电路,其包含例如高速混频器和太赫兹本地振荡器等,这些电路本钱昂扬,也往往是传输链路的带宽瓶颈。

图|未来高速无线网络展望,Tx:发射,Rx: 接纳,Amp.: 放大器

来自 KIT 的研究人员展现了一个十分简化的太赫兹数据信号相干接纳计划。它依赖于一个简略的包络检测器和随后的数字信号处理,该计划答应从丈量的包络线重建太赫兹波形的相位,并依赖于光通讯中所谓的 Kramers–Kronig接纳器的推行。

“为了一起为尽可能多的用户供给网络服务,并以最大的速度传输数据,未来的无线网络或将由很多小型无线蜂窝基站子体系组成。”来自 KIT 的 6G 技能研究专家克里斯蒂安 · 库斯教授表明,这些无线蜂窝子体系设备,会间隔较短,因而能够以最小的能量消耗和较低的电磁搅扰来传输高数据速率,相关基站会比较紧凑,并且可轻松设备在建筑物或路灯上,之间经过太赫兹波来衔接。

在这项实验中,研究人员运用了一种高速肖特基势垒二极管作为一个宽频带和紧凑的包络检测器。

该论文的榜首作者托比亚斯 · 哈特博士进一步解说其原理:“接纳器的中心是一个二极管,它能够对太赫兹信号进行整流。”这种二极管是一种所谓的肖特基势垒二极管,它供给大带宽,用作包络检测器来康复太赫兹信号的振幅。但是,数据的正确解码还需求太赫兹波的时变相位,这在校对过程中一般会丢掉。

图|实验设备与原理

为了战胜上述问题,研究人员运用数字信号处理技能,结合一类特别的数据信号,经过所谓的 Kramers-Kronig 联系,能够从振幅重构相位,Kramers-Kronig 联系描绘了剖析信号的实部和虚部之间的数学联系,运用这样的接纳器概念,科学家们在 110 米的间隔上以 0.3THz 的载波频率完成了 115Gbit/s 的传输速率。此外,实验还证明了运用 QPSK、16QAM 和 32QAM 等数字调制方法的计划可行性。

太赫兹通讯尽管强,但也有着许多特性,比方大气不透明性,因为大气中的水汽对太赫兹波有较强的吸收效果,因而太赫兹通讯不适合地上长途通讯,间隔过远太赫兹信号就会呈现很大的衰减,使得接纳通讯信号难度倍增,因而它更适合地上短程安全通讯。根据这样的特性,太赫兹通讯在卫星间星际通讯、同温层内空对空通讯、短程地上无线局域网或大气通讯等方面,可有较大用武之地。

研究人员以为,本次创造的太赫兹接纳机在技能简略性上体现出共同的优势,加上太赫兹技能的进一步开展,这可能是使太赫兹通讯体系成为未来大容量无线基础设施的可行挑选的要害。

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