俄罗斯科学家提出6G标准的数据编码方法

俄罗斯科学家提出6G标准的数据编码方法

世界各地的研究人员正在研究在太赫兹（THz）范围内传输数据的方法，这将使发送和接收信息的速度比今天的技术更快。但与目前5G技术使用的吉赫（GHz）范围相比，在太赫兹（THz）范围内对数据进行编码要困难得多。

太赫兹波是介于微波波段的终点与红外线波段的起点之间

太赫兹是频率为0.3到3 THz的电磁波，是一种新的、有很多独特优点的波段。它是电磁辐射的毫米波波段的高频边缘（300 GHz）和低频率的远红外光谱带边缘（3000 GHz）之间的频率，对应的波长的辐射在该频带范围从1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亚毫米波段”

俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学的科学家已经证明了修改太赫兹脉冲以用于数据传输的可能性。

发达经济体的电信公司正开始采用新的5G标准，这将提供更快无线数据传输速度。与此同时，科学家们已经在研究它的继任者。

俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学飞秒光学和飞秒技术实验室的工作人员伊戈尔·欧帕林说：“我们正在研究6G技术，它将使数据传输速度提高100到1000倍不等，但实现6G需要我们切换到太赫兹范围。”

现在，一种在单一物理通道上同时传输多个数据通道的技术已经在红外（IR）范围内成功实现。这项技术基于两个宽带红外脉冲之间的相互作用，带宽以数十纳米计。在太赫兹范围内，这种脉冲的带宽会大得多。

但是，科学家和工程师将需要找到许多关键问题的解决方案。其中一个问题是确保两个脉冲产生干扰。

欧帕林说：“在太赫兹范围内，脉冲往往包含少量的场振荡。从字面上看，每个脉冲有一个或两个，它们非常短，看起来像图上的薄峰。要实现这种脉冲之间的干扰是相当有挑战性的，因为它们很难重叠。”

(a)频谱，(b)模拟线性频率调制THz脉冲的时间结构和线性频率调制。(c)准离散频谱和(d)由两个线性频率调制

圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学的一个科学家团队建议延长脉冲的时间，使其持续时间延长数倍，但仍以皮秒为单位进行测量。在这种情况下，一个脉冲内的频率将不会同时出现，而是相继跟随。在科学术语中，这被称为线性频率调制。然而，这又带来了另一个挑战，虽然线性频率调制技术在红外范围内已经相当发达，但这种技术在太赫兹范围内的应用还缺乏研究。

圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学飞秒光学和飞秒技术实验室的工作人员伊戈尔·欧帕林

欧帕林说：“我们已经转向微波范围内使用的技术。采用金属波导技术，这些波导往往具有高分散性，这意味着不同的发射频率在那里以不同的速度传播。但在微波范围内，这些波导是以单模使用的。换个说法，场是分布在一个配置的，一个特定的、狭窄的频段，而且通常是一个波长。我们采用了一个尺寸适合太赫兹范围的类似波导，并将一个宽带信号通过它，使其以不同的配置传播。因此，脉冲的持续时间变长了，从2皮秒变为7皮秒左右，是原来的3.5倍。这是我们的解决方案。”

通过使用波导，研究人员已经能够将脉冲的长度增加到理论上的必要持续时间。这使得实现两个线性频率调制之间的干扰成为可能。

(a)THz脉冲的线性频率调制及其近似指数，(b)准离散谱(c)和脉冲序列的时间结构

欧帕林说：“这种线性频率调制的伟大之处在于，它表现出脉冲在时间上的结构和频谱之间的依赖性。因此，我们有时间形式，或者简单地说，在时间上的场振荡，以及光谱形式，它代表了这些振荡在频域上。比方说，我们在时间形式上有三个峰、三个子结构，在频谱形式上有三个相应的子结构。通过使用一个特殊的滤波器去除部分频谱形式，我们可以在时间形式中闪烁，反之亦然。这可以成为太赫兹波段数据编码的基础。”

《科学报告》期刊上发表了这项研究成果。