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A Keysight ajuda a atingir uma taxa de transferência de 1 Tbps utilizando frequências na faixa dos terahertz
Paper presented at Asia-Pacific Microwave Conference with CNRS, Lille University, and Osaka University details accomplishment.
A demanda por mais dados móveis e maiores taxas de transferência é insaciável. O objetivo do 6G é atingir taxas de transferência de dados 10 vezes mais rápidas do que as do 5G, chegando, eventualmente, a uma taxa de até 1 terabit por segundo (Tbps). Essa velocidade possibilitará casos de uso como comunicações holográficas e experiências de realidade estendida que não são possíveis com as velocidades de dados atuais.
Para atingir velocidades de 1 Tbps, são necessárias várias dezenas ou centenas de gigahertz de largura de banda, o que torna atraentes as frequências mais altas, como as sub-terahertz (sub-THz). Atualmente, há uma extensa pesquisa voltada para a criação dos primeiros sistemas de comunicação sub-THz, mas os componentes para essas frequências ainda estão em desenvolvimento e são muito escassos.
Em dezembro, a Keysight e pesquisadores do Centre national de la recherche scientifique (CNRS) da França, da Universidade de Lille e da Universidade de Osaka anunciaram que haviam ultrapassado a barreira de 1 Tbps. Em um artigo apresentado na Conferência de Micro-ondas da Ásia-Pacífico, os professores Guillaume Ducournau e Tadao Nagatsuma detalharam essa conquista utilizando um sistema construído com uma combinação de fotodiodos de terahertz e um receptor eletrônico que cobre uma faixa de 500 a 724 GHz. Nessa banda de frequência, eles utilizaram a agregação de canais com 14 portadoras e uma variação de 16 a 64 de modulação de amplitude em quadratura (QAM) para atingir uma taxa de transferência total de dados de 1,04 Tbps.
“As comunicações em terahertz realmente avançaram nos últimos anos, com marcos interessantes alcançados por meio da fotônica ou da eletrônica”, afirmou o Prof. Ducournau, especialista na criação de fontes e receptores de terahertz e em sua aplicação em sistemas de comunicação utilizando fotônica e fotomistura. “Estou entusiasmado ao ver que a fotônica possibilitou o primeiro sistema sub-THz agregado com taxa superior a 1 Tbps, já que as tecnologias fotônicas avançaram rapidamente para impulsionar a pesquisa em comunicações na faixa de terahertz.”
“Também estou muito feliz por ter alcançado uma taxa de transmissão de dados de 1 Tbps em uma única faixa de frequência; esse é um sonho de longa data dos pesquisadores da área de comunicação em terahertz”, acrescenta o Prof. Nagatsuma.
Figura 1: Taxas de transmissão de dados alcançadas em frequências na faixa dos terahertz
Para medir o desempenho de seu sistema de última geração, eles utilizaram um osciloscópio Keysight Infiniium da série UXR de quatro canais, acoplado a um software de análise de sinal vetorial (VSA). A Figura 1 mostra o desempenho medido do sistema de agregação de portadoras, em amarelo, na faixa de 500 a 724 GHz, com um total de 14 portadoras. O desempenho medido de uma única portadora a 632 GHz é mostrado abaixo na Figura 2. O alto desempenho do UXR tornou essas medições possíveis. Os quatro canais de 70 GHz e a ampla faixa de tensão suportada permitiram a recepção de toda a largura de banda dos sinais. Além disso, a extensa biblioteca de formas de onda suportadas pelo VSA permitiu que os pesquisadores demodulassem seus sinais com facilidade para medir com sucesso a taxa de transferência do sistema.
“A combinação do fotodiodo terahertz de banda larga, do receptor e do desempenho exclusivo do UXR da Keysight foi realmente fundamental para o sucesso dessas experiências”, afirmou o Prof. Ducournau. “Seus instrumentos avançados estão realmente impulsionando nossa pesquisa na área de terahertz.”
Figura 2: Taxa de transferência medida do sinal portador a 632 GHz com diferentes modulações. 32-QAM / 40 GBaud (0,2 Tbps, à esquerda) e 16-QAM / 40 GBaud (160 Gbps, à direita).
A fotônica é uma das novas tecnologias que está sendo estudada para possibilitar comunicações nas bandas sub-THz. Ainda não se sabe se a fotônica será amplamente adotada no futuro, mas a Keysight continua comprometida em fornecer as ferramentas de que os pesquisadores precisam para desenvolver a próxima geração de dispositivos de comunicação sem fio.
A pesquisa sobre 6G conta com o apoio dos programas França 2030, PEPR (Programas e Equipamentos Prioritários para a Pesquisa), CPER Wavetech, TERAOPTICS da União Europeia e do Programa de Promoção de P&D Beyond 5G do Japão (00901), do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicações (NICT). O PEPR é administrado pela Agência Nacional de Pesquisa (ANR), por meio das subvenções ANR-22-PEEL-0006 (FUNTERA, PEPR “Eletrônica”) e ANR-22-PEFT-0006 (NF-SYSTERA, PEPR 5G e além – Redes do Futuro). O Contrato de Plano Estado-Região (CPER) WaveTech conta com o apoio do Ministério do Ensino Superior e da Pesquisa, do Conselho Regional de Hauts-de-France, da Metrópole Europeia de Lille (MEL), do Instituto de Física do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) e do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER). O projeto TERAOPTICS recebeu financiamento do programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da União Europeia, no âmbito do acordo de subvenção Marie Skłodowska-Curie nº 956857.
Figura 3: Pesquisadores no laboratório de comunicações em terahertz durante os experimentos no IEMN, na França. Da esquerda para a direita: Yuma Kawamoto, Prof. Tadao Nagatsuma e Prof. Guillaume Ducournau.