Радиокоммуникации достигли «лазерных» скоростей

В Университете Райса (штат Техас) воспользовались идеей одного из первопроходцев радиотехнологий, Гульелмо Маркони (Guglielmo Marconi), чтобы создать первую в мире безлазерную беспроводную систему коммуникаций, способную обеспечить пропускную способность 1 Тб/с.

Такая производительность более, чем в 20 раз превосходит скорость самого быстродействующего домашнего подключения к Интернету и в 20 тыс. раз — возможности ведущих сотовых сетей 4G. Терабитовый канал можно использовать для одновременной потоковой передачи приблизительно 200 тыс. фильмов высокой четкости.

Необходимость такой скорости для индустрии подтверждается грантом (1,3 млн долл.) на продолжение разработок, который выделил Национальный научный фонд США (NSF). Глобальный мобильный трафик, по статистике Google, за прошлый год увеличился на 74%, достигнув 3,7 экзабайт в месяц (почти 30 млн терабит) в декабре 2015 г. За тот же период, потребление данных смартфонами выросло на 43%, а месячная норма на одного пользователя составила 929 МБ.

За последние пять лет, NSF инвестировала более 60 млн долл. в исследования по эффективному использованию радиочастотного спектра. Грант университету Райса это часть 11-миллионного раунда инвестиций, анонсированного Фондом вчера.

Авторы разработки использовали в ней импульсную радиотехнологию, которая сегодня, по-видимому, единственная может составить конкуренцию лазерным решениям на терабитном уровне быстродействия отдельного беспроводного канала.

«Импульсная технология не нова, — сообщил один из соавторов работы, Айдин Бабахани (Aydin Babakhani). — Маркони впервые продемонстрировал её в начале 1900-х. Он использовал антенну, соединённую с большим конденсатором. Он увеличивал заряд конденсатора до тех пор, пока разность потенциалов не приводила к ионизации воздушного зазора, после чего вся энергия сразу посылалась в антенну. Это была первая коммуникационная сеть на импульсной основе».

Новая система, разработанная Бабахани вместе с Эдвардом Найтли (Edward Knightly), повторяет конструкцию Маркони, однако энергия идёт не через воздушный зазор конденсатора на большую антенну, а направляется на встроенную в чип антенну быстродействующим биполярным транзистором.

«Мы запасаем магнитную энергию на чипе, а затем используем простой цифровой триггер для её высвобождения. Выпущенная, она излучается в пикосекундном импульсе. Здесь нет колебательного контура, это непосредственное излучение цифрового импульса, — объяснил Бабахани. — В отличие от лазерных систем, способных выдавать более короткие импульсы, наша может генерировать их очень быстро, что транслируется в высокую импульсную частоту, необходимую для достижения намеченной пропускной способности».

Опытный передатчик размером с тарелку выдавал импульсы с частотой от 100 ГГц до нескольких терагерц. Он содержал около 10 тыс. индивидуальных антенн, каждая из которых представляла отдельный микрочип-излучатель пикосекундных радиоимпульсов. Такое количество антенн было необходимо, чтобы обеспечить достаточную мощность сигнала для передачи на расстояния до 400 метров, а также для точного управления диаграммой направленности передатчика.

«Мы устремляем всю пропускную способность и всю информацию прямо в устройство с точностью лазерной фокусировки, и никто не сможет перехватить сигнал, потому что любой приёмник вне линии связи просто не обнаружит сигнал. Мы фокусируем его подобно лазеру, однако используем радио, — отметил Найтли. — Проблема в том, чтобы направить сигнал в нужное место в нужный момент времени и сопровождать пользователей в движении».