Receptor de terahercios para 6G

Las futuras redes inalámbricas de sexta generación (6G) consistirán en una multitud de pequeñas células de radio que deben conectarse mediante enlaces de comunicación de banda ancha. En este contexto, la transmisión inalámbrica en frecuencias THz representa una solución particularmente atractiva y flexible. Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un concepto novedoso para receptores de terahercios de bajo costo que consisten en un solo diodo en combinación con una técnica de procesamiento de señal dedicada. En un experimento de prueba de concepto, el equipo demostró la transmisión a una velocidad de datos de 115 Gbit / sy una frecuencia portadora de 0,3 THz a una distancia de 110 metros.

 

A la red 5G le seguirá la 6G: la sexta generación de comunicaciones móviles promete velocidades de datos aún más altas, una latencia más corta y densidades de dispositivos terminales fuertemente aumentadas, mientras se explota la Inteligencia Artificial (AI) para controlar dispositivos o Vehículos Autónomos en la Internet de las Cosas. 

«Para servir simultáneamente a tantos usuarios como sea posible y transmitir datos a la máxima velocidad, las futuras redes inalámbricas consistirán en una gran cantidad de pequeñas células de radio«, explica el profesor Christian Koos, que trabaja en tecnologías 6G en KIT junto con su colega, el profesor Sebastian Randel. En estas células de radio, las distancias son tan cortas que se pueden transmitir altas velocidades de datos con un consumo mínimo de energía y una baja inmisión electromagnética.

Para formar una red potente y flexible, estas estaciones base deben estar conectadas mediante enlaces inalámbricos de alta velocidad que ofrezcan velocidades de datos de decenas o incluso cientos de gigabits por segundo (Gbit / s). Esto se puede lograr mediante ondas portadoras de terahercios, que ocupan el rango de frecuencia entre las microondas y las ondas de luz infrarroja. Sin embargo, los receptores de terahercios siguen siendo bastante complejos y caros y, a menudo, representan el cuello de botella del ancho de banda de todo el enlace. En cooperación con Virginia Diodes (VDI) en Charlottesville, EE. UU., Los investigadores del Instituto de Fotónica y Electrónica Cuántica (IPQ) de KIT, el Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) y el Instituto de Física y Tecnología de Vigas (IBPT) han demostrado ahora un método particularmente simple para un receptor económico para señales de terahercios. El concepto se presenta en Nature Photonics.

“En esencia, el receptor consta de un solo diodo, que rectifica la señal de terahercios”, dice el Dr. Tobias Harter, quien llevó a cabo la demostración junto con su colega Christoph Füllner en el marco de su tesis doctoral. El diodo es un diodo de barrera de Schottky, que ofrece un gran ancho de banda y que se utiliza como detector de envolvente para recuperar la amplitud de la señal en terahercios. Sin embargo, la decodificación correcta de los datos requiere además la fase dependiente del tiempo de la onda de terahercios que generalmente se pierde durante la rectificación. Para superar este problema, los investigadores utilizan técnicas de procesamiento de señales digitales en combinación con una clase especial de señales de datos, para las cuales la fase se puede reconstruir a partir de la amplitud mediante las llamadas relaciones de Kramers-Kronig. La relación Kramers-Kronig describe una relación matemática entre la parte real y la parte imaginaria de una señal analítica. Utilizando su concepto de receptor, los científicos lograron una velocidad de transmisión de 115 Gbit / sa una frecuencia portadora de 0,3 THz en una distancia de 110 m.

Según Füllner, el receptor de terahercios desarrollado por KIT destaca por su simplicidad técnica y se presta a una producción en masa rentable. 

Publicación original:

T. Harter, C. Füllner, J. N. Kemal, S. Ummethala, J. L. Steinmann, M. Brosi, J. L. Hesler, E. Bründermann, A.-S. Müller, W. Freude, S. Randel, C. Koos: Generalized Kramers-Kronig Receiver for Coherent THz Communications. Nature Photonics, 2020. DOI: 10.1038/s41566-020-0675-0.

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Fuente: Karlsruhe Institute of Technology