Las futuras redes inalámbricas de ta generación (6G) estarán basadas en una multitud de pequeñas células de radio que necesitan ser conectadas por enlaces de comunicación de banda ancha. En este contexto, la transmisión inalámbrica en frecuencias de Terahercios (THz) representa una solución particularmente atractiva y flexible. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un novedoso concepto de receptores de terahercios de bajo coste, consistente en un solo diodo en combinación con una técnica dedica de procesamiento de señales. En un experimento de prueba de concepto, el equipo demostró la transmisión a una velocidad de datos de 115 Gbit/s y una frecuencia portadora de 0,3 THz a una distancia de 110 metros. Los resultados han sido publicados recientemente en Nature Photonics.
Pese a que hoy estamos en el nacimiento de la nueva era de las comunicaciones a través del 5G, los científicos e investigadores de todo el mundo ya están desarrollando lo que será la futura generación de comunicaciones móviles, el 6G. La ta generación de comunicaciones móviles promete velocidades de datos aún más altas, una latencia más corta y un fuerte aumento de las densidades de los dispositivos terminales, al tiempo que explota la Inteligencia Artificial (IA) para controlar dispositivos o vehículos autónomos en la era de la Internet de las cosas.
“Para atender simultáneamente al mayor número posible de usuarios y transmitir datos a la máxima velocidad, las futuras redes inalámbricas estarán compuestas por un gran número de pequeñas células de radio. En estas células las distancias son cortas, de manera que se pueden transmitir altas velocidades de datos con un mínimo consumo de energía y una baja inmisión electromagnética. Las estaciones base asociadas serán compactas y pueden ser fácilmente montadas en las fachadas de los edificios o en las luces de las calles”, explica el profesor Christian Koos, que trabaja en las tecnologías 6G en KIT junto con su colega el profesor Sebastian Randel.
Para formar una red potente y flexible, estas estaciones base deben estar conectadas por enlaces inalámbricos de alta velocidad que ofrezcan velocidades de datos de decenas o incluso cientos de gigabits por segundo (Gbit/s). Esto puede lograrse 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 costosos y a menudo representan el cuello de botella de todo el enlace. Ahora, esta nueva investigación ha logrado desarrollar un receptor particularmente sencillo y económico para señales de terahercios.
“En su núcleo, el receptor consiste en un solo diodo, que rectifica la señal de terahercios. dice el Dr. Tobias Harter, que realizó la demostración junto con su colega Christoph Füllner en el marco de su tesis doctoral. El diodo es el llamado diodo de barrera Schottky, que ofrece un gran ancho de banda y que se utiliza como detector de envoltura para recuperar la amplitud de la señal de terahercios. Sin embargo, la decodificación correcta de los datos requiere además la fase dependiente del tiempo de la onda de terahercio que suele perderse 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, cuya fase puede reconstruirse a partir de la amplitud mediante las llamadas relaciones Kramers-Kronig. La relación Kramers-Kronig describe una relación matemática entre la parte real y la parte imaginaria de una señal analítica.
Usando su concepto de receptor, los científicos lograron una tasa de transmisión de 115 Gbit/s a una frecuencia portadora de 0,3 THz a una distancia de 110 m. «Esta es la mayor tasa de datos demostrada hasta ahora para la transmisión inalámbrica de terahercios a más de 100 m», dice Füllner. El receptor de terahercios desarrollado por KIT destaca por su simplicidad técnica y se presta a una producción en serie rentable.
Créditos de imágenes: IPQ, KIT / Nature Photonic
