Badacze z UCL ustanowili nowy rekord świata w transmisji bezprzewodowej, obiecujący szybszą i bardziej niezawodną komunikację bezprzewodową.
Zespołowi udało się przesłać dane drogą bezprzewodową z szybkością 938 gigabitów na sekundę (Gb/s) w rekordowym zakresie częstotliwości 5–150 gigaherców (GHz).
Prędkość ta jest nawet 9380 razy większa niż najlepsza średnia prędkość pobierania 5G w Wielkiej Brytanii, która obecnie wynosi 100 megabitów na sekundę (Mb/s) lub więcej1. Całkowita szerokość pasma 145 GHz jest ponad pięciokrotnie większa niż poprzedni rekord świata w transmisji bezprzewodowej.
Zazwyczaj sieci bezprzewodowe przesyłają informacje za pomocą fal radiowych w wąskim zakresie częstotliwości. Obecne metody transmisji bezprzewodowej, takie jak Wi-Fi i sieć komórkowa 5G, działają głównie na niskich częstotliwościach poniżej 6 GHz.
Jednak przeciążenie w tym zakresie częstotliwości ograniczyło prędkość komunikacji bezprzewodowej.
Naukowcy z UCL Electronic & Electrical Engineering pokonali to wąskie gardło, przesyłając informacje w znacznie szerszym zakresie częstotliwości radiowych, łącząc po raz pierwszy technologię radiową i optyczną. Wyniki opisano w nowym badaniu opublikowanym w The Dziennik technologii fal świetlnych.
Oczekuje się, że bardziej efektywne wykorzystanie widma bezprzewodowego pomoże zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na przepustowość i prędkość bezprzewodowego przesyłu danych w ciągu najbliższych trzech do pięciu lat.
Dr Zhixin Liu, starszy autor badania na UCL Electronic & Electrical Engineering, powiedział: „Obecne systemy komunikacji bezprzewodowej z trudem nadążają za rosnącym zapotrzebowaniem na szybki dostęp do danych, z przepustowością rzędu kilku ostatnich metrów między użytkownikiem a użytkownikiem. powstrzymująca nas sieć światłowodowa.
„Nasze rozwiązanie polega na wykorzystaniu większej ilości dostępnych częstotliwości w celu zwiększenia przepustowości, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości sygnału i zapewnieniu elastyczności w dostępie do różnych zasobów częstotliwości. W rezultacie powstają superszybkie i niezawodne sieci bezprzewodowe, eliminujące wąskie gardło prędkości pomiędzy terminalami użytkowników a Internetem .
„Nasze nowe podejście po raz pierwszy łączy dwie istniejące technologie bezprzewodowe, szybką elektronikę i fotonikę fal milimetrowych, aby pokonać te bariery. Ten nowy system pozwala na przesyłanie dużych ilości danych z niespotykaną dotąd szybkością, co będzie kluczowe dla przyszłość komunikacji bezprzewodowej.”
Aby stawić czoła obecnym ograniczeniom technologii bezprzewodowej, naukowcy z UCL opracowali nowatorskie podejście, które łączy zaawansowaną elektronikę, która dobrze sprawdza się w zakresie 5–50 GHz, z technologią zwaną fotoniką, która wykorzystuje światło do generowania informacji radiowych, która dobrze sprawdza się w Zakres 50-150 GHz.
Zespół wygenerował wysokiej jakości sygnały, łącząc elektroniczne generatory sygnału cyfrowo-analogowego z generatorami sygnału radiowego wykorzystującymi światło, umożliwiając transmisję danych w szerokim zakresie częstotliwości od 5 do 150 GHz.
Wpływ na technologie bezprzewodowe
Funkcjonowanie najnowocześniejszych sieci komunikacyjnych opiera się na kilku technologiach. Systemy komunikacji światłowodowej przesyłają dane na duże odległości, między kontynentami oraz z centrów danych do domów ludzi. Technologia bezprzewodowa często pojawia się na ostatnim etapie, gdy dane przesyłane są na niewielką odległość, na przykład z domowego routera internetowego do podłączonych do niego urządzeń za pośrednictwem sieci Wi-Fi.
Chociaż światłowód, który stanowi szkielet nowoczesnych sieci komunikacyjnych, poczynił w ostatnich latach duże postępy w zakresie przepustowości i szybkości, korzyści te są ograniczone bez podobnego postępu w technologii bezprzewodowej, która przesyła informacje na ostatnich kilka metrów w domach, miejscach pracy i przestrzeniach publicznych na całym świecie.
Nowa technologia opracowana przez UCL może zrewolucjonizować różne sektory, zwłaszcza łączność Wi-Fi, z której ludzie korzystają w domu i innych miejscach publicznych.
Użytkownicy telefonów komórkowych mogą spodziewać się szybszego mobilnego Internetu i stabilniejszych połączeń, dzięki sieciom 5G, a później 6G, obsługiwanym przez tego typu systemy. Umożliwiłoby to większej liczbie osób korzystanie z sieci w gęsto zaludnionych środowiskach miejskich lub podczas dużych wydarzeń, takich jak koncerty, bez odczuwania spowolnień, lub zapewniłoby tej samej liczbie użytkowników znacznie większe prędkości.
Na przykład pobranie dwugodzinnego filmu w rozdzielczości 4K Ultra HD (około 14 GB danych) w sieci 5G z szybkością 100 Mb/s zajmie 19 minut. Dzięki nowej technologii można go było pobrać w zaledwie 0,12 sekundy.
Profesor Izzat Darwazeh, autor badania i dyrektor Instytutu Komunikacji i Systemów Połączonych (ICCS) na Uniwersytecie Inżynierii Elektronicznej i Elektronicznej UCL, powiedział: „Piękno technologii bezprzewodowej polega na jej elastyczności pod względem przestrzeni i lokalizacji. Można ją zastosować stosowane w scenariuszach, w których okablowanie optyczne stanowiłoby wyzwanie, na przykład w fabryce zawierającej złożone układy sprzętu.
„Dzięki tym pracom technologia bezprzewodowa przyspiesza dzięki zwiększonym szerokościom pasma i prędkościom, jakie udało się osiągnąć dzięki systemom komunikacji radiowej i optycznej w ramach infrastruktury komunikacji cyfrowej nowej generacji”.
Chociaż technologię zademonstrowano obecnie dopiero w laboratorium, trwają prace nad stworzeniem prototypowego systemu, który będzie można wykorzystać do testów komercyjnych. Jeśli to się powiedzie, technologia będzie gotowa do zastosowania w sprzęcie komercyjnym w ciągu trzech do pięciu lat.
Profesor Polina Bayvel, autorka badania, współdyrektor ICCS i szefowa Grupy ds. Sieci Optycznych UCL, powiedziała: „Jesteśmy wdzięczni UKRI i EPSRC za wsparcie tych prac, które umożliwiły nam utworzenie wiodącego na świecie stanowiska testowego i eksperymentalnego możliwości w tych obszarach są one niezbędne dla przyszłości krajowej infrastruktury komunikacyjnej Wielkiej Brytanii, która jest zasobem o znaczeniu krytycznym”.
Prace te wspierane są przez Radę ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi (EPSRC).
Notatka:
1 Szczegółowe zestawienie prędkości mobilnego Internetu w Wielkiej Brytanii jest dostępne w raporcie Ofcom Sprawy mobilne 2024.W raporcie podkreślono, że w 2024 r. 47% połączeń 5G miało średnią prędkość pobierania wynoszącą 100 Mbit/s lub wyższą. Średnie prędkości różnią się w zależności od operatora sieci i lokalizacji.
