Le future reti wireless di sesta generazione (6G) saranno costituite da una moltitudine di piccole celle radio che devono essere collegate tramite collegamenti di comunicazione a banda larga. In tale contesto, la trasmissione wireless alle frequenze THz rappresenta una soluzione particolarmente interessante e flessibile. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno ora sviluppato un nuovo concetto per ricevitori terahertz a basso costo che consistono in un singolo diodo in combinazione con una tecnica di elaborazione del segnale dedicata. In un esperimento di proof-of-concept, il team ha dimostrato la trasmissione a una velocità dati di 115 Gbit/se una frequenza portante di 0,3 THz su una distanza di 110 metri. I risultati sono riportati in Fotonica della natura .

Il 5G sarà seguito dal 6G:la sesta generazione di comunicazioni mobili promette velocità di trasmissione dati ancora più elevate, latenza più breve, e densità fortemente aumentate di dispositivi terminali, sfruttando l'intelligenza artificiale (AI) per controllare dispositivi o veicoli autonomi nell'era dell'Internet delle cose. "Per servire contemporaneamente il maggior numero possibile di utenti e trasmettere i dati alla massima velocità, le future reti wireless saranno costituite da un gran numero di piccole celle radio, " spiega il professor Christian Koos, che lavora sulle tecnologie 6G al KIT insieme al suo collega professor Sebastian Randel. In queste cellule radio, le distanze sono brevi in ​​modo tale da poter trasmettere elevate velocità di trasmissione dati con un consumo energetico minimo e una bassa emissione elettromagnetica. Le stazioni base associate saranno compatte e possono essere facilmente montate sulle facciate degli edifici o sui lampioni.

Per formare una rete potente e flessibile, queste stazioni base devono essere collegate tramite collegamenti wireless ad alta velocità che offrono velocità di trasmissione dati di decine o addirittura centinaia di gigabit al secondo (Gbit/s). Ciò può essere ottenuto da onde portanti terahertz, che occupano la gamma di frequenza tra le microonde e le onde luminose infrarosse. Però, i ricevitori terahertz sono ancora piuttosto complessi e costosi e spesso rappresentano il collo di bottiglia della larghezza di banda dell'intero collegamento. In collaborazione con Virginia Diodes (VDI) a Charlottesville, NOI., ricercatori dell'Istituto di fotonica ed elettronica quantistica (IPQ) del KIT, Istituto di tecnologia delle microstrutture (IMT), e l'Institute for Beam Physics and Technology (IBPT) hanno ora dimostrato un ricevitore particolarmente semplice ed economico per segnali terahertz. Il concetto è presentato in Fotonica della natura .

La più alta velocità di trasmissione dei dati dimostrata finora per le comunicazioni wireless THz oltre i 100 metri

"Al suo centro, il ricevitore è costituito da un singolo diodo, che rettifica il segnale terahertz, "dice il dottor Tobias Harter, che ha svolto la dimostrazione insieme al collega Christoph Füllner nell'ambito della sua tesi di dottorato. Il diodo è un cosiddetto diodo a barriera Schottky, che offre un'ampia larghezza di banda e che viene utilizzato come rivelatore di inviluppo per recuperare l'ampiezza del segnale terahertz. corretta decodifica dei dati, però, richiede inoltre la fase dipendente dal tempo dell'onda terahertz che di solito viene persa durante la rettifica.

Per superare questo problema, i ricercatori utilizzano tecniche di elaborazione del segnale digitale in combinazione con una classe speciale di segnali di dati, per cui la fase può essere ricostruita dall'ampiezza tramite le cosiddette relazioni di Kramers-Kronig. La relazione Kramers-Kronig descrive una relazione matematica tra la parte reale e la parte immaginaria di un segnale analitico. Usando il loro concetto di ricevitore, gli scienziati hanno raggiunto una velocità di trasmissione di 115 Gbit/s a una frequenza portante di 0,3 THz su una distanza di 110 m.

"Questa è la velocità di trasmissione dati più elevata finora dimostrata per la trasmissione wireless in terahertz su oltre 100 m, " Dice Füllner. Il ricevitore terahertz sviluppato da KIT si distingue per la sua semplicità tecnica e si presta a una produzione di massa efficiente in termini di costi.