این فناوری جدید، محدودیتهای سامانههای الکترونیکی سنتی را در فرکانسهای بالاتر از 350 گیگاهرتز پشت سر گذاشته و راه را برای ایجاد شبکههای فوقسریع 6G و لینکهای پرسرعت انتقال داده میان دکلهای مخابراتی هموار کرده است.
پروفسور تاکشی یاسویی از دانشگاه توکوشیما ژاپن اعلام کرد که این رکورد جدید سرعت انتقال داده بی سیم، گام بزرگی به سوی پیادهسازی عملی شبکههای 6G و سامانههای فوقسریع انتقال داده بی سیم محسوب میشود.
مهندسان در سالهای اخیر تلاش کردهاند نسل بعدی ارتباطات بی سیم فوقسریع را توسعه دهند، اما با یک مانع جدی روبهرو بودهاند. برای دستیابی به سرعتهای وعدهدادهشده در 6G، دادهها باید از طریق امواج تراهرتز منتقل شوند، اما مدارهای الکترونیکی رایج در این فرکانسها با افت شدید توان و نویز بالا مواجه میشوند.
پژوهشگران توضیح دادند که وقتی فرکانس از 350 گیگاهرتز عبور میکند، سیگنالهای الکترونیکی ضعیف میشوند و «نویز فاز» به شدت افزایش مییابد؛ پدیدهای که میتواند کیفیت انتقال داده را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.
تیم ژاپنی برای رسیدن به رکورد جدید سرعت انتقال داده بی سیم به جای مدارهای الکترونیکی سنتی از فناوری فوتونیک و نور استفاده کرد. آنها با ترکیب فوتونیک پیشرفته و روشهای مدرن مدولاسیون داده توانستند نخستین انتقال بی سیم کلاس 100 گیگابیتبرثانیه را در فرکانسهای بالاتر از 420 گیگاهرتز ثبت کنند.
در این آزمایش، دادهها با سرعت 112 گیگابیتبرثانیه روی یک موج حامل 560 گیگاهرتزی منتقل شدند. این سرعت به اندازهای بالا است که چندین فیلم 4K را میتوان تقریبا در یک لحظه دانلود کرد. این در حالی است که بسیاری از سامانههای آزمایشی فعلی در این فرکانسها تنها چند گیگابیتبرثانیه سرعت دارند.
فناوری کلیدی این پروژه، قطعهای کوچک به نام «میکروکامب نوری» است. این ابزار، مجموعهای از خطوط لیزری فوقپایدار و کاملا منظم تولید میکند که نویز فاز بسیار کمی دارند و برای ایجاد سیگنالهای تراهرتز ایدئال هستند.
پژوهشگران برای استفاده عملی از این فناوری باید یک چالش مهم سختافزاری را نیز حل میکردند. در سامانههای نوری معمولی، تنظیم دقیق لیزرها روی تراشههای میکروسکوپی بسیار حساس است و حتی لرزشهای کوچک میتواند ارتباط را مختل کند.
تیم دانشگاه توکوشیما این مشکل را با اتصال مستقیم یک فیبر نوری به ریزتشدیدگر نیترید سیلیکون حل کرد. این روش سه مزیت اصلی داشت. نخست اینکه ابعاد سامانه را به شکل قابل توجهی کاهش داد و تجهیزات بزرگ آزمایشگاهی را به یک ماژول کوچک تبدیل کرد. دوم اینکه امکان تزریق توان نوری بالا را بدون از دست رفتن تنظیمات فراهم کرد. سوم اینکه سامانه را در برابر تغییرات دمای محیط مقاومتر ساخت.
پژوهشگران اعلام کردند که سیستم کنترل دمای یکپارچه در این تراشه، پایداری ویژگیهای نوری را افزایش و مقاومت سامانه را در برابر نوسانات محیطی بهبود میدهد.
پژوهشگران برای ارسال دادهها، دو سیگنال نوری بسیار پایدار را از میکروکامب استخراج کردند و سپس با استفاده از روشهای مدولاسیون QPSK و 16QAM دادهها را روی این سیگنالها رمزگذاری کردند. این فناوریها اجازه میدهند حجم بیشتری از اطلاعات در هر موج منتقل شود.
نتایج نشان داد که سامانه در حالت QPSK به سرعت 84 گیگابیتبرثانیه و در حالت 16QAM به سرعت 112 گیگابیتبرثانیه دست پیدا کرده است.
اگرچه گوشیهای هوشمند فعلی هنوز قادر به استفاده مستقیم از فرکانس 560 گیگاهرتز نیستند، اما این فناوری میتواند نقش مهمی در زیرساختهای مخابراتی آینده داشته باشد. یکی از کاربردهای مهم آن، لینکهای انتقال داده میان دکلهای مخابراتی است که به «بکهاول» معروف هستند.
در چنین ساختاری، شرکتهای مخابراتی میتوانند به جای حفاری گسترده و نصب کابلهای فیبر نوری گرانقیمت، دادههای حجیم را از طریق پرتوهای تراهرتزی میان دکلها منتقل کنند.
پژوهشگران اکنون قصد دارند با کاهش بیشتر نویز فاز و طراحی آنتنهای پیشرفتهتر، توان خروجی سامانه را افزایش دهند تا انتقال این سرعتهای رکوردشکن در فاصلههای طولانیتر نیز امکانپذیر شود.
