Современные беспроводные технологии сталкиваются с серьезными вызовами в области скорости передачи данных. С увеличением количества пользователей интернета, распространением технологий виртуальной и дополненной реальности, ростом числа устройств Интернета вещей (IoT) появился колоссальный объем передаваемой информации. Однако существующие технологии, такие как 5G и Wi-Fi, уже сейчас приближаются к пределу своей пропускной способности из-за загруженности радиочастотного спектра.

Исследователи предложили революционное решение, объединив два различных подхода – высокоскоростную электронику и фотонные технологии. Это позволило им установить новый рекорд по скорости беспроводной передачи данных – 938 Гбит/с в диапазоне 5-150 ГГц. Для сравнения, эта скорость более чем в 9 000 раз превышает среднюю скорость загрузки в сетях 5G (около 100 Мбит/с).

Почему существующие сети не справляются?

На сегодняшний день большинство беспроводных сетей, включая Wi-Fi и 5G, работают на частотах ниже 6 ГГц. Однако этот диапазон уже сильно перегружен: здесь работают мобильные сети, спутниковые системы связи, Wi-Fi и другие технологии.

Использование более высоких частот, например, миллиметрового диапазона (от 30 до 300 ГГц), могло бы решить эту проблему, однако до сих пор его освоение сдерживалось техническими трудностями:

- Традиционные электронные методы неэффективны при создании сигналов в миллиметровом диапазоне из-за значительных потерь и сложностей в генерации стабильных частот.
- Фотонные технологии, использующие оптические методы для генерации радиосигналов, хотя и обеспечивают работу в высокочастотных диапазонах, ранее использовались отдельно от электронных методов.

В результате не существовало технологии, способной эффективно покрывать широкий диапазон частот – от нескольких гигагерц до сотен гигагерц.

Прорывное решение: объединение электроники и фотоники

Группа исследователей предложила инновационный подход, который объединяет два метода:

1. Электронные цифровые сигнальные процессоры (работают в диапазоне 5-50 ГГц)
2. Фотонные генераторы радиосигналов (позволяют передавать данные в диапазоне 50-150 ГГц)

Этот гибридный подход обеспечил стабильную передачу данных в сверхшироком диапазоне частот.

Главная инновация заключается в синхронизации сигналов: две технологии объединены так, что обеспечивают единый частотный стандарт, устраняя разрывы между диапазонами. В результате удалось создать сплошной канал шириной 145 ГГц, что более чем в пять раз превышает предыдущий рекорд.

Как работает технология?

Основной принцип технологии – использование частотно-закрепленных лазеров, которые позволяют стабильно передавать сигнал в широком диапазоне частот без потерь качества.

Процесс выглядит так:

1. Генерация низкочастотного сигнала с помощью цифровых преобразователей (DAC), которые создают сигнал в диапазоне 5-75 ГГц.
2. Генерация высокочастотного сигнала (75-150 ГГц) с использованием фотонных технологий: лазеры генерируют радиосигналы на нужных частотах с высокой стабильностью.
3. Частотная синхронизация между двумя методами, что позволяет создать единый широкий канал без разрывов.

Применение ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и битовой загрузки позволило достичь высокой спектральной эффективности и уменьшить потери.

Как эта технология изменит беспроводные сети?

Результаты исследования могут стать основой для нового поколения беспроводных систем, включая 6G, Wi-Fi будущего и IoT. Потенциальные применения:

1. Сверхбыстрый Wi-Fi
Технология позволит загружать файлы и стримить контент с беспрецедентной скоростью. Например, скачивание 4K-фильма (14 ГБ) займет всего 0,12 секунды (против 19 минут в сетях 5G).

2. Развитие мобильных сетей 6G
Ожидается, что 6G будет использовать миллиметровый и терагерцовый диапазоны. Новая технология обеспечит более стабильное соединение в многолюдных местах – например, на стадионах и концертах.

3. Подключение "умных городов"
Возможность работы с широким спектром частот позволит создать эффективную инфраструктуру для датчиков IoT, беспилотных автомобилей и автоматизированных производств.

4. Высокоскоростные беспроводные каналы связи между базовыми станциями
Сегодня операторам связи приходится использовать оптоволокно или дорогие спутниковые каналы. Новый метод позволит передавать данные между базовыми станциями без кабелей, упрощая развертывание сетей.

5. Промышленные и военные приложения
Передача данных на сверхвысоких частотах может быть использована в системах связи для заводов, складов и военных объектов, где прокладка кабелей невозможна.

Когда ждать внедрения?

Хотя технология пока протестирована только в лабораторных условиях, уже разрабатываются прототипы для коммерческих испытаний. По оценкам исследователей, первые коммерческие устройства с использованием этой технологии появятся в течение 3-5 лет.

Новое исследование показывает, что будущее беспроводных технологий – за интеграцией электроники и фотоники. Этот подход позволяет создать ультраширокополосные беспроводные сети, способные передавать данные на скорости почти 1 Тбит/с.

Эта разработка откроет двери к созданию сверхбыстрого Wi-Fi, мобильных сетей 6G и беспроводных городских инфраструктур будущего. Мир стремительно движется к новой эре связи – и этот прорывной проект делает ее реальностью.

#Технологии #6G #ИнтернетБудущего #БеспроводнаяСвязь