Прорыв в связи: Терагерцовые технологии для 6G

Исследователи из Политехнического института SUNY совершают прорыв в области беспроводной связи следующего поколения, работая в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот. Этот диапазон рассматривается как основа для сетей 6G и последующих поколений. Команда состоит из преподавателей и исследователей Центра беспроводных и интеллектуальных систем нового поколения (WINGS), включая доктора Арджуна Сингха (директора) и доктора Прияншу Сена, а также студента-исследователя Джастина Осмонда.

Команда SUNY Poly сотрудничала с профессором Арджуной Мадананаке из Международного университета Флориды и представила свою новую экспериментальную установку для тестирования терагерцовых систем 28 октября на 59-й конференции IEEE Asilomar по сигналам, системам и компьютерам. В своей работе "Система связи J-диапазона с учетом переходов от ближнего к дальнему полю - экспериментальный подход" они представляют полностью функциональную аппаратную и программную основу, которую можно использовать для изучения поведения беспроводных сигналов на терагерцовых частотах (0,1–10 ТГц). Этот диапазон является критически важным для сверхскоростной передачи данных, безопасных коммуникаций и интеллектуальных систем зондирования.

Исследования в области 6G

Исследования сосредоточены на специализированной тестовой платформе J-диапазона (220–330 ГГц), расположенной в лаборатории передовой связи, электроники и зондирования (ACES) Политехнического института SUNY. Эта система позволяет проводить экспериментальные исследования каналов связи как в ближнем, так и в дальнем поле, предоставляя данные, необходимые для моделирования и улучшения будущих терагерцовых беспроводных каналов.

Доктор Сингх и доктор Сен объясняют, что терагерцовый диапазон обладает потенциалом для революционизации коммуникационных технологий, обеспечивая беспрецедентные скорости передачи данных, высокоточное зондирование и повышенную безопасность. Однако его уникальные характеристики распространения, включая значительные эффекты ближнего поля и асимметричное поведение восходящего/нисходящего каналов, представляют собой проблемы, требующие как теоретического моделирования, так и практических экспериментов.

"Терагерцовый диапазон представляет собой следующий великий скачок в коммуникационных технологиях", — сказал доктор Сингх. "Наша работа предоставляет экспериментальную установку для понимания того, как эти сигналы ведут себя при переходе между областями ближнего и дальнего поля. Это понимание необходимо для создания следующего поколения высокоскоростных, энергоэффективных и безопасных беспроводных систем".

Моделирование проблемы ближнего поля

В отличие от систем с более низкими частотами, терагерцовые антенны работают в режиме, когда их зоны ближнего поля могут простираться на десятки метров, что кардинально меняет способ распространения и взаимодействия сигналов с окружающей средой. Традиционные модели, такие как уравнение затухания Фрииса, в данном контексте не работают, что требует новых математических моделей и экспериментального подтверждения.

Исследовательская группа SUNY Poly и FIU разработала и проверила модель затухания, учитывающую механизмы распространения как в ближнем, так и в дальнем поле. Используя свою собственную тестовую платформу ACES, они провели эксперименты, демонстрирующие, как характеристики антенны напрямую влияют на производительность ТГц-канала.

Их результаты показывают, что каналы связи в терагерцовом диапазоне в ближнем поле по своей природе асимметричны, то есть пропускная способность восходящего и нисходящего каналов может различаться в зависимости от конфигурации антенны. Этот вывод может существенно повлиять на разработку и стандартизацию сетей 6G.

Сотрудничество и инновации

Эта работа отражает сильные стороны сотрудничества Политехнического института SUNY и Международного университета Флориды, объединяя опыт в области проектирования аппаратного обеспечения, обработки сигналов и моделирования каналов для решения одной из самых насущных проблем в развивающихся беспроводных системах.

Сотрудничество команды подчеркивает важность междисциплинарных исследований для развития коммуникационных технологий.

"Партнерства, подобные этому, позволяют нам сочетать экспериментальные данные с теоретическим моделированием", — заявили профессора Политехнического института SUNY. "Вместе мы разрабатываем инструменты, которые помогут определить, как системы 6G будут создаваться, тестироваться и развертываться".

Создание будущего беспроводных инноваций

Исследование напрямую способствует глобальным усилиям по разработке стандартов и приложений для терагерцовой связи — от сверхзащищенных каналов ближнего радиуса действия до радарной визуализации высокого разрешения и систем совмещенной связи и зондирования.

Благодаря работе преподавателей, коллег и студентов, Политехнический институт SUNY продолжает расширять свое лидерство в области передовых исследований связи. Следующие шаги команды включают усовершенствование их терагерцовой тестовой платформы, улучшение моделирования каналов и изучение новых архитектур антенн для дальнейшего развития отрасли.

"Это исследование представляет собой важнейший шаг на пути к реализации потенциала 6G", — сказал доктор Сингх. "Понимая физику терагерцового диапазона посредством экспериментов и сотрудничества, мы готовимся открыть новые возможности в области беспроводной связи и зондирования, которые изменят наш способ общения".