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Sep 23, 2023

Primera demostración del mundo de la señal de terahercios

Imagen del Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (NTIC):

Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (NTIC)

imagen: Figura 1 Concepto de relé transparente y conmutación de señales de ondas de terahercios mediante conversión óptica directa de terahercios y control de longitud de onda óptica.ver más

Crédito: Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., Instituto de Tecnología de Nagoya y Universidad de Waseda

- El primer sistema del mundo para la transmisión, el enrutamiento y la conmutación transparentes de señales de ondas de terahercios de alta capacidad a diferentes ubicaciones. –Se demostró tecnología inalámbrica, logrando una capacidad de 32 Gb/s.- El sistema allana el camino para el despliegue de comunicación de terahercios en redes más allá de 5G.

El Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT, Presidente: TOKUDA ​​Hideyuki, Ph.D.), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. (Presidente: MOROHASHI Hirotsune), Instituto de Tecnología de Nagoya (Presidente: Dr. KINOSHITA Takatoshi), y la Universidad de Waseda (presidente: TANAKA Aiji, Ph.D.) desarrollaron conjuntamente el primer sistema del mundo para la transmisión, el enrutamiento y la conmutación transparentes de señales de ondas de terahercios de alta velocidad a diferentes ubicaciones. Se demostró con éxito la conversión directa de una señal de onda de terahercios de 32 Gb/s en la banda de 285 GHz a una fibra óptica y su relé transparente y la conmutación a diferentes puntos de acceso en períodos de tiempo ultracortos.

Las tecnologías clave incluyen un modulador óptico de baja pérdida recientemente desarrollado para la conversión directa de señales de ondas de terahercios en señales ópticas y una tecnología inalámbrica de fibra adaptativa para la conmutación ultrarrápida de señales de terahercios. El sistema desarrollado supera las desventajas de las comunicaciones por radio en la banda de terahercios, como la alta pérdida de espacio libre, la penetración débil y la cobertura de comunicación limitada, allanando el camino para el despliegue de comunicaciones de terahercios en redes más allá de 5G y 6G.

Los resultados de esta demostración se publicaron como documento posterior a la fecha límite en la Conferencia internacional sobre comunicaciones de fibra óptica de 2023 (OFC 2023) y se presentaron el jueves 9 de marzo de 2023 (hora local).

Las frecuencias de radio en la banda de terahercios son candidatas prometedoras para comunicaciones de velocidad de datos ultraalta en redes más allá de 5G y 6G. Recientemente se abrió una ranura de 160 GHz en la banda de 275–450 GHz para servicios móviles y fijos. Sin embargo, la alta pérdida de espacio libre y la débil penetración siguen siendo cuellos de botella, lo que dificulta la transmisión de señales a largas distancias, como de exteriores a interiores o en entornos con obstáculos. La transmisión y el enrutamiento transparentes de señales de terahercios entre diferentes ubicaciones son cruciales para superar estas desventajas y expandir la cobertura de comunicación. Sin embargo, estas funciones no pueden realizarse utilizando las tecnologías electrónicas actuales. Además, el estrecho ancho de haz de las señales de terahercios dificulta lograr una comunicación ininterrumpida cuando los usuarios se están moviendo. El cambio de señal de terahercios entre diferentes direcciones y ubicaciones es crucial para mantener la comunicación con los usuarios finales. Sin embargo, este problema crítico aún no se ha abordado utilizando tecnologías electrónicas o fotónicas. También es importante encender y apagar la emisión de señales de terahercios a intervalos adecuados para ahorrar energía y reducir las interferencias.

En este estudio, demostramos el primer sistema para la retransmisión, el enrutamiento y la conmutación transparentes de señales de terahercios en la banda de 285 GHz (consulte la Figura 1) utilizando dos tecnologías clave: (i) un modulador óptico de baja pérdida recientemente desarrollado y ( ii) una tecnología inalámbrica de fibra adaptativa que utiliza un láser sintonizable de longitud de onda ultrarrápido. En el sistema, las señales de terahercios se reciben y se convierten directamente en señales ópticas utilizando dispositivos de conversión óptica de terahercios con moduladores ópticos de baja pérdida. Las señales de onda de luz de los láseres sintonizables se envían a los moduladores, y los enrutadores de longitud de onda se utilizan para enrutar las señales a diferentes puntos de acceso donde se asignan longitudes de onda específicas. En los puntos de acceso, las señales ópticas moduladas se vuelven a convertir en señales de terahercios mediante convertidores óptico-terahercios. Las señales de terahercios se pueden cambiar a diferentes puntos de acceso cambiando las longitudes de onda de los láseres sintonizables. Los láseres sintonizables se pueden controlar de forma independiente, y la cantidad de puntos de acceso que pueden generar simultáneamente señales de terahercios es igual a la cantidad de láseres sintonizables activos. Usando las tecnologías desarrolladas en este estudio, demostramos con éxito la transmisión transparente y la conmutación de señales de terahercios en la banda de 285 GHz por primera vez y logramos una capacidad de transmisión de 32 Gb/s usando una modulación de amplitud en cuadratura (QAM) de 4 cuadrantes ortogonales. señal de multiplexación por división de frecuencia (OFDM). Se evaluó la posibilidad de cambiar las señales de onda de terahercios en menos de 10 μs, lo que confirma que se puede lograr una comunicación ininterrumpida en la banda de terahercios.

El sistema consta de las siguientes tecnologías de elementos clave: - Conversión directa de señales de terahercios en señales ópticas utilizando un modulador óptico de baja pérdida recientemente desarrollado (consulte la Figura 2): esto se logró mediante la difusión de Ti en el niobato de litio de corte x (LiNbO3 espesor: ≤ 100 µm) en la capa de baja constante dieléctrica para operar hasta 330 GHz.- Conmutación ultrarrápida de señales de terahercios mediante el control de longitudes de onda de láseres sintonizables para enrutar y distribuir señales de terahercios a diferentes ubicaciones- Transmisión de señales OFDM 4-QAM

Mediante la retransmisión y distribución transparente de señales de terahercios a diferentes ubicaciones, se pueden superar las altas pérdidas de espacio libre y penetración de las señales de radio en la banda de terahercios, y la cobertura de comunicación se puede ampliar significativamente. Además, al enrutar y cambiar rápidamente las señales a diferentes direcciones/ubicaciones, se puede mantener la comunicación incluso cuando ocurren obstáculos y/o los usuarios se están moviendo. Además, al activar y desactivar la emisión de señales de ondas de terahercios desde los puntos de acceso a intervalos apropiados, se pueden lograr ahorros de energía y reducción de interferencias. Estas características hacen que el sistema propuesto sea una solución prometedora para superar los cuellos de botella de las comunicaciones de ondas de terahercios y allanar el camino para su implementación en redes más allá de 5G y 6G.

En el futuro, estudiaremos el dispositivo de conversión óptica de terahercios y la tecnología inalámbrica de fibra desarrollada en este estudio para aumentar aún más la frecuencia de radio y la capacidad de transmisión. Además, promoveremos la estandarización internacional y las actividades de implementación social relacionadas con los sistemas de comunicación de fibra inalámbrica y de ondas de terahercios.

Los resultados de esta demostración se publicaron en la Conferencia Internacional sobre Comunicación por Fibra Óptica 2023 (OFC 2023, del 5 de marzo (domingo) al 9 de marzo (jueves)), una de las conferencias internacionales más grandes en el campo de la comunicación por fibra óptica. Fue altamente evaluado y presentado el jueves 9 de marzo de 2023 (hora local) en la sesión posterior a la fecha límite, que se sabe que publica los últimos logros de investigación importantes.

- Conferencia internacional: Comunicaciones de fibra óptica de 2023 (OFC 2023), marzo de 2023, documento Th4A.6 (documento posterior a la fecha límite) - Título: Retransmisión transparente y conmutación de señales de onda THz en la banda de 285 GHz mediante tecnología fotónica - Autores: Pham Tien Dat , Yuya Yamaguchi, Keizo Inagaki, Shingo Takano, Shotaro Hirata, Junichiro Ichikawa, Ryo Shimizu, Isao Morohashi, Yuki Yoshida, Atsushi Kanno, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi, Kouichi Akahane

- "Hacia una comunicación ininterrumpida para usuarios que se mueven a 500 km por hora"https://www.nict.go.jp/en/press/2018/05/08-1.html

- "Primer sistema de fibra de ondas milimétricas de fibra transparente del mundo en la banda de 100 GHz que utiliza modulador óptico de baja pérdida y conversión fotónica directa"https://www.nict.go.jp/en/press/2021/08 /06-1.html

Estudio experimental

No aplica

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