La multiplexación, la capacidad de enviar múltiples señales a través de un solo canal, es una característica fundamental de cualquier sistema de comunicación de voz o datos. Un equipo de investigación internacional ha demostrado por primera vez un método para multiplexar datos transportados en ondas de terahercios, de alta frecuenciaradiación que puede permitir la próxima generación de redes inalámbricas de ancho de banda ultra alto.
en el diario Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informan la transmisión de dos señales de video en tiempo real a través de un multiplexor de terahercios a una velocidad de datos agregada de 50 gigabits por segundo, aproximadamente 100 veces la velocidad de datos óptima de la red celular más rápida de la actualidad.
"Mostramos que podemos transmitir flujos de datos separados en ondas de terahercios a velocidades muy altas y con tasas de error muy bajas", dijo Daniel Mittleman, profesor de la Facultad de Ingeniería de Brown y autor correspondiente del artículo. "Esta es la primera vezcualquiera ha caracterizado un sistema de multiplexación de terahercios utilizando datos reales, y nuestros resultados muestran que nuestro enfoque podría ser viable en futuras redes inalámbricas de terahercios ".
Las redes de voz y datos actuales usan microondas para transportar señales de forma inalámbrica. Pero la demanda de transmisión de datos se está convirtiendo rápidamente en más de lo que las redes de microondas pueden manejar. Las ondas Terahercios tienen frecuencias más altas que las microondas y, por lo tanto, una capacidad mucho mayor para transportar datos. Sin embargo, los científicosrecién comencé a experimentar con frecuencias de terahercios y muchos de los componentes básicos necesarios para la comunicación de terahercios aún no existen.
Uno de esos componentes básicos es un sistema de multiplexación y demultiplexación también conocido como mux / demux. Es la tecnología que permite que un cable transporte múltiples canales de TV o cientos de usuarios accedan a una red inalámbrica Wi-Fi.
El enfoque de mux / demux desarrollado por Mittleman y sus colegas utiliza dos placas metálicas colocadas paralelas entre sí para formar una guía de ondas. Una de las placas tiene una hendidura cortada. Cuando las ondas de terahercios viajan a través de la guía de ondas, algunas de las fugas de radiaciónfuera de la ranura.El ángulo en el que escapan los rayos de radiación depende de la frecuencia de la onda.
"Podemos poner varias ondas en varias frecuencias diferentes, cada una de ellas con un flujo de datos, en la guía de ondas, y no interferirán entre sí porque son frecuencias diferentes; eso es multiplexación", dijo Mittleman."Cada una de esas frecuencias se escapa de la ranura en un ángulo diferente, separando los flujos de datos; eso es demultiplexar".
Debido a la naturaleza de las ondas de terahercios, las señales en las redes de comunicaciones de terahercios se propagarán como haces direccionales, no como transmisiones omnidireccionales como en los sistemas inalámbricos existentes. Esta relación direccional entre el ángulo de propagación y la frecuencia es la clave para habilitar mux / demux en sistemas de terahercios.Un usuario en una ubicación particular y, por lo tanto, en un ángulo particular del sistema de multiplexación se comunicará en una frecuencia particular.
En 2015, el laboratorio de Mittleman publicó por primera vez un documento que describe su concepto de guía de ondas. Para ese trabajo inicial, el equipo utilizó una fuente de luz de terahercios de banda ancha para confirmar que efectivamente surgieron diferentes frecuencias del dispositivo en diferentes ángulos.
Si bien esa fue una prueba efectiva de concepto, dijo Mittleman, este último trabajo dio el paso crítico de probar el dispositivo con datos reales.
Trabajando con Guillaume Ducournau en el Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS / University of Lille, en Francia, los investigadores codificaron dos transmisiones de televisión de alta definición en ondas terahercios de dos frecuencias diferentes: 264.7 GHz y 322.5 GHz.luego transmitió ambas frecuencias juntas al sistema multiplexor, con un receptor de televisión configurado para detectar las señales a medida que emergían del dispositivo. Cuando los investigadores alinearon su receptor al ángulo desde el cual se emitieron las ondas de 264.7 GHz, vieron el primer canal.se alinearon con 322.5 GHz, vieron el segundo.
Otros experimentos mostraron que las transmisiones estaban libres de errores hasta 10 gigabits por segundo, que es mucho más rápido que las velocidades estándar de Wi-Fi de hoy en día. Las tasas de error aumentaron un poco cuando la velocidad se incrementó a 50 gigabits por segundo 25 gigabits por canal, pero todavía estaban dentro del rango que se puede solucionar mediante la corrección de errores hacia adelante, que se usa comúnmente en las redes de comunicaciones actuales.
Además de demostrar que el dispositivo funcionó, Mittleman dice que la investigación reveló algunos detalles sorprendentes sobre la transmisión de datos en ondas de terahercios. Cuando una onda de terahercios se modula para codificar datos, es decir, se enciende y apaga para hacer ceros y unosla onda principal está acompañada por frecuencias de banda lateral que también deben ser detectadas por un receptor para transmitir todos los datos. La investigación mostró que el ángulo del detector con respecto a las bandas laterales es importante para mantener baja la tasa de error.
"Si el ángulo está un poco apagado, podríamos estar detectando la potencia total de la señal, pero estamos recibiendo una banda lateral un poco mejor que la otra, lo que aumenta la tasa de error", explicó Mittleman. "Entonces es importantetener el ángulo correcto "
Mittleman dijo que los detalles fundamentales como ese serán críticos cuando llegue el momento de comenzar a diseñar la arquitectura para sistemas de datos de terahercios completos. "Es algo que no esperábamos, y muestra lo importante que es caracterizar estos sistemas usando datosen lugar de solo una fuente de radiación no modulada "
Los investigadores planean continuar desarrollando este y otros componentes de terahercios. Mittleman recibió recientemente una licencia de la FCC para realizar pruebas al aire libre a frecuencias de terahercios en el campus de la Universidad de Brown.
"Creemos que tenemos la licencia de mayor frecuencia emitida actualmente por la FCC, y esperamos que sea una señal de que la agencia está comenzando a pensar seriamente en la comunicación de terahercios", dijo Mittleman. "Las empresas van a ser reacias a desarrollarsetecnologías de terahercios hasta que haya un esfuerzo serio por parte de los reguladores para asignar bandas de frecuencia para usos específicos, por lo que este es un paso en la dirección correcta "
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., La Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., La Fundación WM Keck y la Agencia Nacional de Investigación de Francia bajo las subvenciones de investigación COM'TONIQ y TERALINKS y en el marco del CPER "Photonics for Society"desarrollado dentro de la región de Hauts-de-France.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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