Новий терагерцовий канал може подолати «цифровий розрив»

Протягом багатьох років ідея 6G вважалася науковою фантастикою. Зараз це ближче, ніж будь-коли раніше, але Джозеп Жорнет, доцент кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії в Північно-східному університеті, каже, що ще є можливості для вдосконалення. Разом з NASA, ВПС США та Amazon Jornet вперше довів, що високошвидкісний і широкосмуговий бездротовий зв’язок на частоті терагерц можливий на великих відстанях. Дослідження, нещодавно опубліковане в Nature Electronics, показує, що існує шлях для масового бездротового зв’язку, який міг би зменшити цифровий розрив, який відчувають сільські громади за межами високошвидкісних оптоволоконних мереж.

«Вам потрібно знайти технологію, яка забезпечить вам з’єднання, схоже на оптичне, без оптичних проблем, і ми вважаємо, що технологія терагерцового діапазону є саме такою», — каже Джорнет.

Терагерцовий діапазон – це набір частот понад 100 гігагерців, що перевищує межу 5G у 71 гігагерц. Розгортання бездротового зв’язку 6G надасть цей рівень послуг населенню, але хоча надсилання сигналів у терагерцовому діапазоні було доведено, зробити це на великій відстані було майже неможливо. Чим вища частота, тим меншу відстань може пройти інформація. Для терагерцового зв’язку це було б рівно одному футу зв’язку, каже Джорнет.

Але Жорнет має звичку робити неможливе можливим.

«Мої дослідження спрямовані на те, щоб показати людям, що те, що, на їхню думку, не спрацює, може спрацювати», — каже він.

Джорнет і його команда змогли сформувати 2-кілометрове з’єднання, найдовше терагерцеве з’єднання, яке коли-небудь було встановлено на Землі. Однак не обійшлося без проблем. Для початку, радіо з частотою терагерців — це не те, що Джорнет міг просто знайти на Amazon, тому він звернувся до NASA. Протягом багатьох років NASA бавилося з терагерцевими бездротовими системами для сприйняття сигналів у космосі, але зусилля організації були зосереджені виключно на прийняття сигналів. Коли справа доходить до надсилання сигналу, все стає складніше.

Традиційно комунікаційне радіо має генератор сигналів, змішувач, який додає інформацію до сигналу, і антену, яка перетворює сигнал у щось, що можна надіслати по радіохвилях. Проблема полягає в тому, що терагерцові частоти настільки високі, що потребують такої потужності, що будь-який мікшер, розміщений у радіоприймачі, зламається. Отже, Жорнет знайшов елегантне рішення.

«У нас немає міксера, який може витримати таку потужність. Добре, не будемо мати міксер», — каже він.

Замість того, щоб поставити мікшер після джерела сигналу, Джорнет і його команда подавали інформацію прямо в саме джерело. Однак це спотворювало інформацію до точки, коли вона була спотвореним безладдям. Інша проблема вимагала іншого творчого вирішення.

«Замість того, щоб намагатися виправити інформацію в приймачі, дозвольте мені попередньо спотворити свій сигнал», — каже він. «Я збираюся зробити сигнал потворним, щоб коли він проходив через джерело, він ставав красивим».

На диво навіть для Джорнета та його команди, це спрацювало. У них було чотири дні на базі ВПС США в Римі, штат Нью-Йорк, щоб встановити міжміський терагерцевий зв’язок, і на другий день вони змогли надіслати та відновити інформацію без будь-яких помилок.

«Теоретично ви складаєте рівняння, і здається, що це спрацює, але щоб створити цю теорію, ви робите багато припущень щодо внутрішньої роботи пристрою», — каже Джорнет. «Багато разів, коли ви проходите через це, ви очікуєте, що це не спрацює, тому ми були дуже здивовані, що це насправді спрацювало».

Система, яку розробили Джорнет і його співробітники, досягала таких частот і пропускної здатності, які затьмарювали мережі 5G більш ніж на «два порядки».

«У 6G, я думаю, ми будемо задоволені ще одним порядком величини», — каже він.

Вплив такого високошвидкісного з’єднання з високою пропускною спроможністю був би величезним, забезпечуючи вищу швидкість передачі даних і більше зв’язку навіть для сільських громад. До недавнього часу з розгортанням 5G сільські громади потрапляли між щілинами цифрового розриву, оскільки волоконно-оптичні кабелі, які утворюють основу передових комунікаційних мереж, дорогі для впровадження на великі відстані. Але коли мова заходить про бездротову терагерцеву технологію, сільські громади можуть мати перевагу.

«Однією з вимог до цього сигналу є відсутність перешкод», — каже Джорнет. «У вас повинна бути лінія прямої видимості. Ось чому ми кажемо, що це чудово, якщо ви хочете з’єднати вежі через ферми, через землі, які інакше довелося б бурити та встановлювати оптоволокно».

Джорнет прогнозує, що ще до того, як 6G стане доступним для мобільних телефонів, терагерці почнуть робити великі зміни в комунікаційній інфраструктурі.

«Першим варіантом використання станете ви, оскільки користувач все ще буде використовувати ваш телефон, але раптом ви помітите, що ваша мережа швидша, тому що часто вузьким місцем є не ваш телефон, а інфраструктура», — каже Джорнет. «Ми прискорюємо інфраструктуру».

У довгостроковій перспективі розрізання оптоволоконного кабелю та перехід на терагерцевий бездротовий зв’язок стане благом не лише для сільських громад, каже Джорнет. І це лише початок. Як завжди, він уже дивиться на горизонт — буквально.

«Як науковець, я маю на меті показати, що 2 кілометри були лише першою зупинкою. Ми хочемо піти в космос, тому що це також забезпечить зв’язок для всіх», — говорить він, згадуючи супутникову технологію Starlink, яку розробляє SpaceX. «Ви матимете зв’язок, як ваш Verizon Fios, незалежно від того, де ви перебуваєте, лише тому, що у вас є купа супутників, які обертаються навколо Землі з правильною технологією». «Це звучить божевільно», — додає він. «Але це не божевільніше, ніж 10 років тому, коли ви сказали, що можете [досягнути] двох кілометрів».