multiplexing, la capacità di inviare più segnali attraverso un singolo canale, è una caratteristica fondamentale di qualsiasi sistema di comunicazione vocale o dati. Un team di ricerca internazionale ha dimostrato per la prima volta un metodo per il multiplexing dei dati trasportati su onde terahertz, radiazioni ad alta frequenza che potrebbero consentire la prossima generazione di reti wireless a banda ultralarga.

Nel diario Comunicazioni sulla natura , i ricercatori riportano la trasmissione di due segnali video in tempo reale attraverso un multiplexer terahertz a una velocità dati aggregata di 50 gigabit al secondo, circa 100 volte la velocità dati ottimale della rete cellulare più veloce di oggi.

"Abbiamo dimostrato che possiamo trasmettere flussi di dati separati su onde terahertz a velocità molto elevate e con tassi di errore molto bassi, " ha detto Daniel Mittleman, un professore della Brown's School of Engineering e l'autore corrispondente dell'articolo. "Questa è la prima volta che qualcuno ha caratterizzato un sistema di multiplexing terahertz utilizzando dati reali, e i nostri risultati mostrano che il nostro approccio potrebbe essere praticabile nelle future reti wireless terahertz".

Le attuali reti voce e dati utilizzano le microonde per trasportare i segnali in modalità wireless. Ma la richiesta di trasmissione dati sta rapidamente diventando più di quanto le reti a microonde possano gestire. Le onde terahertz hanno frequenze più alte delle microonde e quindi una capacità molto maggiore di trasportare dati. Però, gli scienziati hanno appena iniziato a sperimentare con frequenze terahertz, e molti dei componenti di base necessari per la comunicazione terahertz non esistono ancora.

Un sistema per multiplexing e demultiplexing (noto anche come mux/demux) è uno di quei componenti di base. È la tecnologia che consente a un cavo di trasportare più canali TV o a centinaia di utenti di accedere a una rete Wi-Fi wireless.

L'approccio mux/demux sviluppato da Mittleman e dai suoi colleghi utilizza due piastre metalliche poste parallelamente l'una all'altra per formare una guida d'onda. Uno dei piatti ha un taglio in esso. Quando le onde terahertz viaggiano attraverso la guida d'onda, alcune delle radiazioni fuoriescono dalla fessura. L'angolo con cui i raggi di radiazione fuoriescono dipende dalla frequenza dell'onda.

"Possiamo inserire diverse onde a diverse frequenze, ognuna delle quali trasporta un flusso di dati, nella guida d'onda, e non interferiranno tra loro perché sono frequenze diverse; questo è il multiplexing, " disse Mittleman. " Ognuna di quelle frequenze fuoriesce dalla fessura con un'angolazione diversa, separare i flussi di dati; questo è demultiplexing."

A causa della natura delle onde terahertz, i segnali nelle reti di comunicazione terahertz si propagheranno come fasci direzionali, trasmissioni non omnidirezionali come nei sistemi wireless esistenti. Questa relazione direzionale tra l'angolo di propagazione e la frequenza è la chiave per abilitare il mux/demux nei sistemi terahertz. Un utente in una particolare posizione (e quindi ad una particolare angolazione dal sistema multiplexing) comunicherà su una particolare frequenza.

Nel 2015, Il laboratorio di Mittleman ha pubblicato per la prima volta un articolo che descrive il loro concetto di guida d'onda. Per quel lavoro iniziale, il team ha utilizzato una sorgente luminosa terahertz a banda larga per confermare che frequenze diverse sono effettivamente emerse dal dispositivo ad angoli diversi.

Mentre quella era una prova efficace del concetto, Mittleman ha detto, quest'ultimo lavoro ha portato alla fase critica di testare il dispositivo con dati reali.

Lavorando con Guillaume Ducournau all'Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS/Università di Lilla, in Francia, i ricercatori hanno codificato due trasmissioni televisive ad alta definizione su onde terahertz di due diverse frequenze:264,7 GHz e 322,5 GHz. Hanno quindi trasmesso entrambe le frequenze insieme al sistema multiplexer, con un ricevitore televisivo predisposto per rilevare i segnali man mano che emergevano dal dispositivo. Quando i ricercatori hanno allineato il ricevitore all'angolo da cui sono state emesse onde a 264,7 GHz, hanno visto il primo canale. Quando si sono allineati con 322,5 GHz, hanno visto il secondo.

Ulteriori esperimenti hanno mostrato che le trasmissioni erano prive di errori fino a 10 gigabit al secondo, che è molto più veloce delle velocità Wi-Fi standard di oggi. I tassi di errore sono leggermente aumentati quando la velocità è stata aumentata a 50 gigabit al secondo (25 gigabit per canale), ma erano ancora ben all'interno dell'intervallo che può essere risolto utilizzando la correzione degli errori in avanti, che è comunemente usato nelle reti di comunicazione di oggi.

Oltre a dimostrare che il dispositivo ha funzionato, Mittleman afferma che la ricerca ha rivelato alcuni dettagli sorprendenti sulla trasmissione di dati su onde terahertz. Quando un'onda terahertz viene modulata per codificare i dati, ovvero attivata e disattivata per fare zero e uno, l'onda principale è accompagnata da frequenze in banda laterale che devono essere rilevate da un ricevitore per trasmettere tutti i dati. La ricerca ha mostrato che l'angolo del rivelatore rispetto alle bande laterali è importante per mantenere basso il tasso di errore.

"Se l'angolo è un po' fuori, potremmo rilevare la piena potenza del segnale, ma stiamo ricevendo una banda laterale un po' meglio dell'altra, che aumenta il tasso di errore." Mittleman ha spiegato. "Quindi è importante avere l'angolo giusto."

Dettagli fondamentali come questo saranno fondamentali, Mittleman ha detto, quando arriva il momento di iniziare a progettare l'architettura per sistemi di dati terahertz completi. "È qualcosa che non ci aspettavamo, e mostra quanto sia importante caratterizzare questi sistemi utilizzando i dati piuttosto che solo una sorgente di radiazioni non modulata".

I ricercatori hanno in programma di continuare a sviluppare questo e altri componenti terahertz. Mittleman ha recentemente ricevuto una licenza dalla FCC per eseguire test all'aperto a frequenze terahertz nel campus della Brown University.

"Pensiamo di avere la licenza a più alta frequenza attualmente rilasciata dalla FCC, e speriamo sia un segno che l'agenzia sta iniziando a pensare seriamente alla comunicazione terahertz, " Ha detto Mittleman. "Le aziende saranno riluttanti a sviluppare tecnologie terahertz fino a quando non ci sarà un serio sforzo da parte delle autorità di regolamentazione per allocare le bande di frequenza per usi specifici, quindi questo è un passo nella giusta direzione".