Framtida trådlösa nätverk av sjätte generationen (6G) kommer att bestå av en mängd små radioceller som måste anslutas via bredbands -kommunikationslänkar. I detta sammanhang, trådlös överföring vid THz -frekvenser representerar en särskilt attraktiv och flexibel lösning. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu utvecklat ett nytt koncept för billiga terahertzmottagare som består av en enda diod i kombination med en dedikerad signalbehandlingsteknik. I ett proof-of-concept-experiment, laget visade överföring med en datahastighet på 115 Gbit/s och en bärfrekvens på 0,3 THz över ett avstånd på 110 meter. Resultaten redovisas i Nature Photonics .

5G kommer att följas av 6G:Sjätte generationen mobilkommunikation lovar ännu högre datahastigheter, kortare latens, och starkt ökade densiteter hos terminalanordningar, samtidigt som man utnyttjar artificiell intelligens (AI) för att styra enheter eller autonoma fordon i Internet-of-Things-eran. "För att samtidigt betjäna så många användare som möjligt och att överföra data med största hastighet, framtida trådlösa nätverk kommer att bestå av ett stort antal små radioceller, "förklarar professor Christian Koos, som arbetar med 6G -tekniker på KIT tillsammans med sin kollega professor Sebastian Randel. I dessa radioceller, avstånden är korta så att höga datahastigheter kan överföras med minimal energiförbrukning och låg elektromagnetisk immission. De tillhörande basstationerna kommer att vara kompakta och kan enkelt monteras på byggnadsfasader eller gatubelysning.

För att bilda ett kraftfullt och flexibelt nätverk, dessa basstationer måste anslutas med höghastighets trådlösa länkar som erbjuder datahastigheter på tiotals eller till och med hundratals gigabit per sekund (Gbit/s). Detta kan åstadkommas med terahertz bärvågor, som upptar frekvensområdet mellan mikrovågor och infraröda ljusvågor. Dock, terahertz -mottagare är fortfarande ganska komplexa och dyra och representerar ofta flaskhalsen för hela länken. I samarbete med Virginia Diodes (VDI) i Charlottesville, USA, forskare vid KIT:s Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ), Institute of Microstructure Technology (IMT), och Institute for Beam Physics and Technology (IBPT) har nu visat en särskilt enkel billig mottagare för terahertz -signaler. Konceptet presenteras i Nature Photonics .

Högsta datahastighet har visats hittills för trådlös THz -kommunikation över mer än 100 meter

"I grunden mottagaren består av en enda diod, som rättar terahertz -signalen, säger doktor Tobias Harter, som genomförde demonstrationen tillsammans med sin kollega Christoph Füllner inom ramen för sin doktorsavhandling. Dioden är en så kallad Schottky-barriärdiod, som erbjuder stor bandbredd och som används som en kuvertdetektor för att återställa amplituden för terahertz -signalen. Korrekt avkodning av data, dock, kräver dessutom den tidsberoende fasen av terahertz-vågen som vanligtvis går förlorad under rättelse.

För att övervinna detta problem, forskare använder digital signalbehandlingsteknik i kombination med en särskild klass av datasignaler, för vilken fasen kan rekonstrueras från amplituden via de så kallade Kramers-Kronig-relationerna. Kramers-Kronig-förhållandet beskriver ett matematiskt förhållande mellan den verkliga delen och den imaginära delen av en analytisk signal. Med hjälp av deras mottagarkoncept, forskarna uppnådde en överföringshastighet på 115 Gbit/s vid en bärfrekvens på 0,3 THz över ett avstånd av 110 m.

"Detta är den högsta datahastighet som hittills visats för trådlös terahertz -överföring över mer än 100 m, "Säger Füllner. Terahertz-mottagaren som utvecklats av KIT sticker ut på grund av dess tekniska enkelhet och lämpar sig för kostnadseffektiv massproduktion.