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Keysight contribuisce al raggiungimento di una velocità di trasmissione di 1 Tbps utilizzando frequenze terahertz
Paper presented at Asia-Pacific Microwave Conference with CNRS, Lille University, and Osaka University details accomplishment.
La domanda di maggiori quantità di dati cellulari e di velocità di trasmissione più elevate è insaziabile. L’obiettivo del 6G è raggiungere velocità di trasmissione 10 volte superiori a quelle del 5G, arrivando a raggiungere, a regime, una velocità fino a 1 terabit al secondo (Tbps). Questa velocità consentirà casi d’uso quali le comunicazioni olografiche e le esperienze di realtà estesa, che non sono possibili con le velocità di trasmissione attuali.
Per raggiungere velocità di 1 Tbps sono necessarie diverse decine o centinaia di gigahertz di larghezza di banda, il che rende interessanti le frequenze più elevate come quelle sub-terahertz (sub-THz). Attualmente sono in corso ricerche approfondite per la realizzazione dei primi sistemi di comunicazione sub-THz, ma i componenti per queste frequenze sono ancora in fase di sviluppo e molto rari.
A dicembre, Keysight e i ricercatori del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) francese, dell’Università di Lille e dell’Università di Osaka hanno annunciato di aver superato la barriera di 1 Tbps. In un articolo presentato alla Asia-Pacific Microwave Conference, i professori Guillaume Ducournau e Tadao Nagatsuma hanno illustrato in dettaglio questo risultato, ottenuto utilizzando un sistema costituito da una combinazione di fotodiodi terahertz e un ricevitore elettronico con una copertura di frequenza compresa tra 500 e 724 GHz. In questa banda di frequenza, hanno utilizzato l’aggregazione di canali con 14 portanti e una gamma di modulazione di ampiezza in quadratura (QAM) compresa tra 16 e 64 per raggiungere una velocità di trasmissione dati totale di 1,04 Tbps.
"Le comunicazioni terahertz hanno fatto passi da gigante negli ultimi anni, con il raggiungimento di traguardi interessanti grazie alla fotonica e all’elettronica", ha affermato il prof. Ducournau, specializzato nella creazione di sorgenti e ricevitori terahertz e nella loro applicazione a sistemi di comunicazione tramite fotonica e fotomiscelazione. «Sono entusiasta di constatare che la fotonica abbia reso possibile il primo sistema sub-THz con velocità aggregata superiore a 1 Tbps, poiché le tecnologie fotoniche hanno dato un forte impulso alla ricerca nel campo delle comunicazioni terahertz».
"Sono inoltre molto felice di aver raggiunto una velocità di trasmissione dati di 1 Tbps su una singola corsia: è un sogno che i ricercatori nel campo delle comunicazioni a terahertz coltivano da tempo", aggiunge il prof. Nagatsuma.
Figura 1: Velocità di trasmissione dati raggiunte nelle frequenze terahertz
Per misurare le prestazioni del loro sistema all’avanguardia, hanno utilizzato un oscilloscopio Keysight Infiniium serie UXR a quattro canali abbinato a un software di analisi vettoriale del segnale (VSA). La Figura 1 mostra in giallo le prestazioni misurate del sistema con aggregazione di portanti nella banda compresa tra 500 e 724 GHz, con un totale di 14 portanti. Le prestazioni misurate di una singola portante a 632 GHz sono illustrate nella Figura 2 qui sotto. Le elevate prestazioni dell’UXR hanno reso possibili queste misurazioni. I quattro canali da 70 GHz e l’ampio intervallo di tensione supportato hanno permesso di ricevere l’intera larghezza di banda dei segnali. Inoltre, l’ampia libreria di forme d’onda supportate dal VSA ha consentito ai ricercatori di demodulare facilmente i segnali per misurare con successo la velocità effettiva del sistema.
"La combinazione tra il fotodiodo terahertz a banda larga, il ricevitore e le prestazioni uniche dell'UXR di Keysight ha davvero permesso di portare a termine con successo questi esperimenti", ha affermato il prof. Ducournau. "I loro strumenti all'avanguardia stanno davvero dando un forte impulso alla nostra ricerca nel campo dei terahertz."
Figura 2: Throughput misurato del segnale portante a 632 GHz con diverse modulazioni. 32-QAM / 40 GBaud (0,2 Tbps, a sinistra) e 16-QAM / 40 GBaud (160 Gbps, a destra).
La fotonica è una delle nuove tecnologie attualmente oggetto di studio per consentire le comunicazioni nelle bande sub-THz. Resta da vedere se in futuro la fotonica verrà ampiamente adottata, ma Keysight continua a impegnarsi per fornire ai ricercatori gli strumenti necessari per sviluppare la prossima generazione di dispositivi di comunicazione wireless .
La ricerca sul 6G è sostenuta dai programmi “France 2030”, dal PEPR (Programmes et Equipements Prioritaires pour la Recherche), dal CPER Wavetech, dal progetto TERAOPTICS dell’Unione Europea e dal programma giapponese di promozione della ricerca e sviluppo “Beyond 5G” (00901) dell’Istituto Nazionale delle Tecnologie dell’Informazione e delle Comunicazioni (NICT). Il PEPR è gestito dall’Agence Nationale de la Recherche (ANR), nell’ambito delle sovvenzioni ANR-22-PEEL-0006 (FUNTERA, PEPR «Elettronica») e ANR-22-PEFT-0006 (NF-SYSTERA, PEPR 5G e oltre – Reti del futuro). Il Contrat de Plan État-Région (CPER) WaveTech è sostenuto dal Ministero dell’Istruzione Superiore e della Ricerca, dal Consiglio regionale degli Hauts-de-France, dalla Metropoli Europea di Lille (MEL), dall’Istituto di Fisica del Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica (CNRS) e dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR). Il progetto TERAOPTICS ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione «Orizzonte 2020» dell’Unione Europea nell’ambito della convenzione di sovvenzione Marie Skłodowska-Curie n. 956857.
Figura 3: Ricercatori nel laboratorio di comunicazioni terahertz durante gli esperimenti presso l’IEMN, in Francia. Da sinistra a destra: Yuma Kawamoto, il prof. Tadao Nagatsuma e il prof. Guillaume Ducournau.