俄羅斯科學家提出6G標準的數據編碼方法

世界各地的研究人員正在研究在太赫茲(THz)范圍內傳輸數據的方法，這將使發送和接收信息的速度比今天的技術更快。但與目前5G技術使用的吉赫(GHz)范圍相比，在太赫茲(THz)范圍內對數據進行編碼要困難得多。

太赫茲波是介于微波波段的終點與紅外線波段的起點之間

太赫茲是頻率為0.3到3 THz的電磁波，是一種新的、有很多獨特優點的波段。它是電磁輻射的毫米波波段的高頻邊緣(300 GHz)和低頻率的遠紅外光譜帶邊緣(3000 GHz)之間的頻率，對應的波長的輻射在該頻帶范圍從1mm到0.1mm(或100μm)，所以也叫作“亞毫米波段”

俄羅斯圣彼得堡國立信息技術機械與光學大學的科學家已經證明了修改太赫茲脈沖以用于數據傳輸的可能性。

發達經濟體的電信公司正開始采用新的5G標準，這將提供更快無線數據傳輸速度。與此同時，科學家們已經在研究它的繼任者。

俄羅斯圣彼得堡國立信息技術機械與光學大學飛秒光學和飛秒技術實驗室的工作人員伊戈爾·歐帕林說：“我們正在研究6G技術，它將使數據傳輸速度提高100到1000倍不等，但實現6G需要我們切換到太赫茲范圍。”

現在，一種在單一物理通道上同時傳輸多個數據通道的技術已經在紅外(IR)范圍內成功實現。這項技術基于兩個寬帶紅外脈沖之間的相互作用，帶寬以數十納米計。在太赫茲范圍內，這種脈沖的帶寬會大得多。

但是，科學家和工程師將需要找到許多關鍵問題的解決方案。其中一個問題是確保兩個脈沖產生干擾。

歐帕林說：“在太赫茲范圍內，脈沖往往包含少量的場振蕩。從字面上看，每個脈沖有一個或兩個，它們非常短，看起來像圖上的薄峰。要實現這種脈沖之間的干擾是相當有挑戰性的，因為它們很難重疊。”

(a)頻譜，(b)模擬線性頻率調制THz脈沖的時間結構和線性頻率調制。(c)準離散頻譜和(d)由兩個線性頻率調制

圣彼得堡國立信息技術機械與光學大學的一個科學家團隊建議延長脈沖的時間，使其持續時間延長數倍，但仍以皮秒為單位進行測量。在這種情況下，一個脈沖內的頻率將不會同時出現，而是相繼跟隨。在科學術語中，這被稱為線性頻率調制。然而，這又帶來了另一個挑戰，雖然線性頻率調制技術在紅外范圍內已經相當發達，但這種技術在太赫茲范圍內的應用還缺乏研究。

歐帕林說：“我們已經轉向微波范圍內使用的技術。采用金屬波導技術，這些波導往往具有高分散性，這意味著不同的發射頻率在那里以不同的速度傳播。但在微波范圍內，這些波導是以單模使用的。換個說法，場是分布在一個配置的，一個特定的、狹窄的頻段，而且通常是一個波長。我們采用了一個尺寸適合太赫茲范圍的類似波導，并將一個寬帶信號通過它，使其以不同的配置傳播。因此，脈沖的持續時間變長了，從2皮秒變為7皮秒左右，是原來的3.5倍。這是我們的解決方案。”

通過使用波導，研究人員已經能夠將脈沖的長度增加到理論上的必要持續時間。這使得實現兩個線性頻率調制之間的干擾成為可能。

(a)THz脈沖的線性頻率調制及其近似指數，(b)準離散譜(c)和脈沖序列的時間結構

歐帕林說：“這種線性頻率調制的偉大之處在于，它表現出脈沖在時間上的結構和頻譜之間的依賴性。因此，我們有時間形式，或者簡單地說，在時間上的場振蕩，以及光譜形式，它代表了這些振蕩在頻域上。比方說，我們在時間形式上有三個峰、三個子結構，在頻譜形式上有三個相應的子結構。通過使用一個特殊的濾波器去除部分頻譜形式，我們可以在時間形式中閃爍，反之亦然。這可以成為太赫茲波段數據編碼的基礎。”

《科學報告》期刊上發表了這項研究成果。