Toekomstige draadloze netwerken van de 6e generatie (6G) zullen bestaan ​​uit een groot aantal kleine radiocellen die moeten worden verbonden via breedbandcommunicatieverbindingen. In deze context, draadloze transmissie op THz-frequenties is een bijzonder aantrekkelijke en flexibele oplossing. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nu een nieuw concept ontwikkeld voor goedkope terahertz-ontvangers die bestaan ​​uit een enkele diode in combinatie met een speciale signaalverwerkingstechniek. In een proof-of-concept-experiment het team demonstreerde transmissie met een datasnelheid van 115 Gbit/s en een draaggolffrequentie van 0,3 THz over een afstand van 110 meter. De resultaten worden gerapporteerd in Natuurfotonica .

5G wordt gevolgd door 6G:de zesde generatie mobiele communicatie belooft nog hogere datasnelheden, kortere latentie, en sterk verhoogde dichtheden van eindapparatuur, terwijl kunstmatige intelligentie (AI) wordt gebruikt om apparaten of autonome voertuigen te besturen in het Internet-of-Things-tijdperk. "Om zoveel mogelijk gebruikers tegelijkertijd te bedienen en gegevens met de grootst mogelijke snelheid te verzenden, toekomstige draadloze netwerken zullen bestaan ​​uit een groot aantal kleine radiocellen, " legt professor Christian Koos uit, die samen met zijn collega professor Sebastian Randel bij het KIT werkt aan 6G-technologieën. In deze radiocellen afstanden zijn kort, zodat hoge datasnelheden kunnen worden verzonden met een minimaal energieverbruik en een lage elektromagnetische immissie. De bijbehorende basisstations zijn compact en kunnen eenvoudig aan gevels of straatverlichting worden gemonteerd.

Om een ​​krachtig en flexibel netwerk te vormen, deze basisstations moeten worden aangesloten via draadloze verbindingen met hoge snelheid die datasnelheden van tientallen of zelfs honderden gigabits per seconde (Gbit/s) bieden. Dit kan worden bereikt door terahertz draaggolven, die het frequentiebereik bezetten tussen microgolven en infrarode lichtgolven. Echter, terahertz-ontvangers zijn nog steeds vrij complex en duur en vormen vaak het bandbreedte-bottleneck van de hele link. In samenwerking met Virginia Diodes (VDI) in Charlottesville, ONS., onderzoekers van KIT's Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ), Instituut voor Microstructuurtechnologie (IMT), en Institute for Beam Physics and Technology (IBPT) hebben nu een bijzonder eenvoudige goedkope ontvanger voor terahertz-signalen gedemonstreerd. Het concept wordt gepresenteerd in Natuurfotonica .

Hoogste datasnelheid tot nu toe aangetoond voor draadloze THz-communicatie over meer dan 100 meter

"In de kern de ontvanger bestaat uit een enkele diode, die het terahertz-signaal corrigeert, " zegt dr. Tobias Harter, die de demonstratie samen met zijn collega Christoph Füllner uitvoerde in het kader van zijn proefschrift. De diode is een zogenaamde Schottky-barrièrediode, die een grote bandbreedte biedt en die wordt gebruikt als een envelopdetector om de amplitude van het terahertz-signaal te herstellen. Correcte decodering van de gegevens, echter, vereist bovendien de tijdsafhankelijke fase van de terahertz-golf die gewoonlijk verloren gaat tijdens rectificatie.

Om dit probleem op te lossen, onderzoekers gebruiken digitale signaalverwerkingstechnieken in combinatie met een speciale klasse datasignalen, waarvoor de fase kan worden gereconstrueerd uit de amplitude via de zogenaamde Kramers-Kronig-relaties. De Kramers-Kronig-relatie beschrijft een wiskundige relatie tussen het reële deel en het imaginaire deel van een analytisch signaal. Met behulp van hun ontvangerconcept, de wetenschappers bereikten een transmissiesnelheid van 115 Gbit/s bij een draaggolffrequentie van 0,3 THz over een afstand van 110 m.

"Dit is de hoogste datasnelheid die tot nu toe is aangetoond voor draadloze terahertz-transmissie over meer dan 100 m, ", zegt Füllner. De door KIT ontwikkelde terahertz-ontvanger onderscheidt zich door zijn technische eenvoud en leent zich voor kostenefficiënte massaproductie.