Após a introdução do padrão de tecnologia de quinta geração para redes celulares de banda larga (5G), engenheiros de todo o mundo estão trabalhando em sistemas que podem acelerar ainda mais as comunicações. As redes de comunicação sem fio de próxima geração, de 6G em diante, exigirão tecnologias que permitam comunicações em bandas de frequência subterahertz e terahertz (ou seja, de 100GHz a 10THz).
Embora vários sistemas tenham sido propostos para permitir a comunicação nessas bandas de frequência especificamente para uso pessoal e redes locais, algumas aplicações se beneficiariam de distâncias de comunicação mais longas. Até agora, tem sido um desafio gerar sinais de banda ultralarga de alta potência que contenham informações e possam percorrer longas distâncias.
Pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL), da Northeastern University e do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL) desenvolveram recentemente um sistema que pode permitir comunicações multigigabit por segundo (Gbps) na banda de frequência subterahertz em vários quilômetros. Este sistema, apresentado em um artigo na Nature Electronics, utiliza projetos de multiplicadores de frequência de combinação de energia no chip baseados em diodos Schottky, diodos semicondutores formados pela junção de um semicondutor e um metal, desenvolvidos na NASA JPL.
“Frequências acima de 100 GHz tradicionalmente não são consideradas para aplicações de comunicação devido às propriedades desfavoráveis do canal e à falta de dispositivos de alta potência”, disse o Dr. Ngwe Thawdar, pesquisador da AFRL que realizou o estudo, ao Tech Xplore.
“Construímos uma equipe única aqui, onde a NASA JPL trouxe a experiência exclusiva do dispositivo, a Northeastern trouxe o processamento de sinal e as comunicações e a AFRL trouxe testes rigorosos e avaliação em escala em ambientes relevantes. Neste artigo, provamos a viabilidade dessas frequências para aplicações de comunicações de próxima geração e trouxe a tecnologia de comunicações terahertz da visão para a realidade.”
O principal objetivo do trabalho recente da Dra. Thawdar e seus colegas foi demonstrar a viabilidade de links de comunicação em frequências acima de 100 GHz, para alcances acima de 1 km rand em taxas de dados superiores a 1 Gbps. O sistema proposto por eles superou suas expectativas, permitindo comunicações em um alcance superior a 2 km e com uma taxa de dados superior a 1 Gbps.
“A principal novidade do nosso sistema é a maneira como modulamos o sinal da portadora de terahertz com a informação que queremos transmitir”, disse o Dr. Josep Jornet, da Northeastern University, ao Tech Xplore. “Nos sistemas tradicionais, um mixer (aparelho que usamos para adicionar as informações ao sinal) está presente no transmissor logo após os multiplicadores de frequência que convertem um sinal de frequência mais baixa para a banda terahertz e antes da antena. No nosso caso, temos tanta potência após os multiplicadores de frequência que o mixer simplesmente explodiria.”
Para superar os desafios relacionados ao poder associados ao problema que estavam enfrentando, Dr. Thawdar, Dr. Jornet e seus colegas testaram duas soluções plausíveis. O primeiro envolvia modular o oscilador local em seu sistema e, em seguida, convertê-lo para frequências terahertz, enquanto o segundo envolvia a modulação enquanto os sinais estavam no meio do caminho, por meio de um chamado processo de multiplicação de frequência.
Ambas as estratégias permitiram adicionar informações e reter a potência de saída máxima desejada. Seu único requisito adicional era realizar processamento de sinal adicional para pré-compensar a distorção introduzida pelos multiplicadores de frequência.
“Por muitos anos, acreditava-se que as comunicações terahertz só eram viáveis em distâncias de comunicação curtas (dezenas de metros no máximo)”, disse o Dr. Priyangshu Sen, da Northeastern University, ao Tech Xplore.
“Aqui, mostramos que com tecnologias inovadoras que estão atualmente disponíveis para nós, uma combinação inteligente dos diferentes blocos de construção de hardware e processamento de sinal personalizado, podemos nos comunicar em frequências de terahertz por vários quilômetros. e, às vezes, implementações de fibra óptica tecnicamente desafiadoras, facilitando o acesso à conectividade de internet de banda ultralarga para comunidades que hoje não a possuem.”
Os resultados altamente promissores alcançados por esta equipe de pesquisadores podem abrir novas e empolgantes possibilidades para comunicações em bandas de frequência extremamente altas. No futuro, esse trabalho pode inspirar o estudo de aplicações ainda mais desafiadoras, como o uso de comunicações terahertz para satélites e links espaciais.
“Agora que mostramos a arte do possível em frequências de terahertz, nosso próximo passo é ampliar nossas parcerias em toda a base industrial para permitir sistemas de comunicação de próxima geração para aplicações de defesa e comerciais”, acrescentou o Dr. Thawdar.
Publicado em 22/01/2023 22h38
Artigo original:
Estudo original: