面向未來(lái)6G通信的太赫茲技術(shù)取得新突破。日本德島大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng),在560吉赫茲(GHz)頻段實(shí)現(xiàn)每秒112吉比特(Gb)的無(wú)線傳輸速率,首次在420GHz以上實(shí)現(xiàn)每秒100G級(jí)無(wú)線通信。這一成果是邁向?qū)嵱没?G無(wú)線系統(tǒng)和超高速移動(dòng)回傳的重要一步。
當(dāng)前,傳統(tǒng)電子技術(shù)在生成超過(guò)350GHz的穩(wěn)定高頻信號(hào)時(shí),面臨輸出功率下降、相位噪聲增加等瓶頸,這些挑戰(zhàn)阻礙了太赫茲頻段超高速無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn),而該頻段被認(rèn)為在未來(lái)6G系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
為克服挑戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)引入了微梳技術(shù)。微梳是一種基于微型光學(xué)諧振器產(chǎn)生的芯片級(jí)光頻梳器件,就像一個(gè)同時(shí)發(fā)出一整排非常整齊“音調(diào)”的光學(xué)信號(hào)源。借助其高頻率穩(wěn)定性和低相位噪聲特性,團(tuán)隊(duì)將微梳與高階調(diào)制技術(shù)結(jié)合,成功生成低噪聲太赫茲載波,使系統(tǒng)在560GHz頻段實(shí)現(xiàn)了每秒112Gb的無(wú)線傳輸,遠(yuǎn)高于現(xiàn)有同頻段系統(tǒng)通常只有數(shù)吉至數(shù)十吉比特的水平。
這一系統(tǒng)省去了復(fù)雜的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程,不僅實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化,還提升了長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。團(tuán)隊(duì)還為微諧振器集成了溫控功能,可提高光學(xué)共振特性的重復(fù)性,增強(qiáng)設(shè)備在環(huán)境溫度變化下的穩(wěn)定性。
在無(wú)線傳輸實(shí)驗(yàn)中,團(tuán)隊(duì)通過(guò)“光注入鎖定”技術(shù),讓微梳產(chǎn)生的兩個(gè)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻率同步,從而獲得高穩(wěn)定性的光載波。他們接著將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分別采用QPSK和16QAM兩種調(diào)制方式加載到光載波上,使光信號(hào)攜帶數(shù)字信息。
之后,這兩束光信號(hào)通過(guò)光混頻過(guò)程轉(zhuǎn)換為560GHz的太赫茲波,并用于無(wú)線傳輸。在接收端,研究人員采用次諧波混頻器進(jìn)行外差檢測(cè),將太赫茲信號(hào)還原為可處理的電信號(hào),最終實(shí)現(xiàn)每秒84Gb(QPSK)和112Gb(16QAM)的數(shù)據(jù)傳輸速率。
這項(xiàng)研究為6G系統(tǒng)中的超高速移動(dòng)回傳鏈路以及光子—無(wú)線融合網(wǎng)絡(luò)奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
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