Исследователи из Университетского колледжа Лондона установили новый мировой рекорд в области беспроводной передачи данных, более быструю и надёжную беспроводную связь. Команда успешно передала данные по воздуху со скоростью 938 гигабит в секунду (Гбит/с) в рекордном диапазоне частот от 5 до 150 гигагерц (ГГц).
Эта скорость в 9380 раз выше, чем средняя скорость загрузки 5G, которая в настоящее время составляет 100 мегабит в секунду (Мб/с) или выше. Общая пропускная способность 145 ГГц более чем в пять раз выше предыдущего мирового рекорда по беспроводной передаче данных.
Как правило, беспроводные сети передают информацию с помощью радиоволн в узком диапазоне частот. Современные методы беспроводной передачи, такие как Wi-Fi и 5G, преимущественно работают на низких частотах ниже 6 ГГц.
Но перегрузка в этом диапазоне частот ограничивает скорость беспроводной связи. Исследователи из UCL Electronic & Electrical Engineering преодолели это препятствие, передавая информацию в гораздо более широком диапазоне радиочастот, впервые объединив радио- и оптические технологии. Результаты описаны в исследовании, опубликованном в Journal of Lightwave Technology.
Ожидается, что более эффективное использование беспроводного спектра поможет удовлетворить растущий спрос на пропускную способность и скорость беспроводной передачи данных в течение следующих трёх-пяти лет.
Доктор Чжисинь Лю, старший автор исследования из UCL Electronic & Electrical Engineering, сказал:
«Современные системы беспроводной связи с трудом справляются с растущим спросом на высокоскоростной доступ к данным, а пропускная способность на последних нескольких метрах между пользователем и оптоволоконной сетью сдерживает нас».
«Наше решение заключается в том, чтобы использовать больше доступных частот для увеличения пропускной способности, сохраняя при этом высокое качество сигнала и обеспечивая гибкость при доступе к различным частотным ресурсам. Это позволяет создавать сверхбыстрые и надёжные беспроводные сети, устраняя ограничения скорости между пользовательскими терминалами и Интернетом».
«Наш новый подход впервые объединяет две существующие беспроводные технологии — высокоскоростную электронику и фотонику миллиметровых волн — для преодоления этих барьеров. Эта новая система позволяет передавать большие объёмы данных на беспрецедентных скоростях, что будет иметь решающее значение для будущего беспроводной связи».
Чтобы устранить текущие ограничения беспроводных технологий, исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали новый подход, сочетающий передовую электронику, которая хорошо работает в диапазоне 5-50 ГГц, и технологию под названием фотоника, которая использует свет для генерации радиоинформации, которая хорошо работает в диапазоне 50-150 ГГц.
Команда исследователей генерировала высококачественные сигналы, комбинируя электронные цифро-аналоговые генераторы сигналов с генераторами радиосигналов на основе света, что позволило передавать данные в широком диапазоне частот от 5 до 150 ГГц.
Современные сети связи используют несколько технологий для своей работы. Оптоволоконные системы связи передают данные на большие расстояния, между континентами и от центров обработки данных до домов людей. Беспроводные технологии часто используются на заключительном этапе, когда данные передаются на короткие расстояния, например, от домашнего интернет-роутера к устройствам, подключённым к нему по Wi-Fi.
Несмотря на то, что в последние годы оптоволоконные кабели, которые составляют основу современных сетей связи, значительно увеличили пропускную способность и скорость передачи данных, эти достижения были бы невозможны без аналогичных достижений в области беспроводных технологий, которые передают информацию на последние несколько метров в домах, на рабочих местах и в общественных местах по всему миру.
Новая технология, разработанная в UCL, может произвести революцию в различных отраслях, в том числе в сфере Wi-Fi, на которую люди полагаются дома и в других общественных местах.
Пользователи мобильных телефонов могут рассчитывать на более высокую скорость мобильного интернета и более стабильное соединение в сетях 5G и более поздних сетях 6G, работающих на основе этого типа системы. Это позволит большему количеству людей пользоваться сетью в густонаселённых городских районах или на крупных мероприятиях, таких как концерты, без замедления работы сети или обеспечит гораздо более высокую скорость для того же количества пользователей.
Например, для загрузки двухчасового фильма в формате 4k Ultra HD (около 14 ГБ данных) по сети 5G со скоростью 100 Мбит/с потребуется 19 минут. С помощью новой технологии его можно будет загрузить всего за 0,12 секунды.
Профессор Иззат Дарвазе, автор исследования и директор Института коммуникаций и связанных систем (ICCS) при факультете электроники и электротехники Лондонского университета, сказал: «Прелесть беспроводной технологии в том, что она не привязана к пространству и местоположению. Её можно использовать в сценариях, где прокладка оптических кабелей была бы затруднительна, например, на заводе со сложным расположением оборудования.
«Эта работа позволяет беспроводным технологиям соответствовать возросшим пропускным способностям и скоростям, которые были достигнуты с помощью радиочастотных и оптических систем связи в рамках инфраструктуры цифровой связи нового поколения».
Хотя в настоящее время технология была продемонстрирована только в лабораторных условиях, ведётся работа по созданию прототипа системы, которую можно будет использовать для коммерческих испытаний. Если всё пройдёт успешно, технология будет готова для внедрения в коммерческое оборудование в течение трёх-пяти лет.
Профессор Полина Байвел, автор исследования, содиректор ICCS и руководитель группы оптических сетей UCL, сказала:
«Мы благодарны UKRI и EPSRC за поддержку этой работы, которая позволила нам создать ведущий в мире испытательный стенд и экспериментальные возможности в этих областях. Они необходимы для будущего национальной инфраструктуры связи Великобритании, которая является критически важным ресурсом».
