Группа исследователей из университета Райс (Rice University) разработала новую радиоимпульсную технологию, в которой не используются лазеры, на базе которой в будущем могут быть созданы беспроводные сети, обеспечивающие скорость передачи данных не менее 1 терабита (1 триллиона бит) в секунду. Это в 20 тысяч раз больше скорости нынешних беспроводных сетей 4G и в 20 раз быстрей, нежели скорость наилучших оптических каналов, через которые предоставляется доступ в Интернет конечным потребителям.

Потребность в столь высоких скоростях передачи данных была обозначена исследованиями, проведенными компанией Cisco в 2016 году. Согласно результатам этих исследований только в течение 2015 года глобальный мобильный трафик вырос на 74 процента по сравнению с предыдущим годом, достигнув значения 3.7 экзабита (около 30 миллионов терабит) в декабре 2015 года. Количество трафика, сгенерированного смартфонами, выросло в 2015 году на 43 процента, достигнув среднего показателя в 929 мегабайт в месяц на одного пользователя.

«Преодоление терабитного порога позволит решить проблему обеспечения качественным трафиком конечных пользователей, это позволит реализовать целый набор новых мобильных сервисов и изменит некоторые из существующих коммуникационных парадигм» – рассказывает Эдвард Найтли (Edward Knightly), профессор из университета Райс.

Использованная исследователями радиоимпульсная технология в корне отличается от технологий модуляции несущей частоты, которые в течение многих десятилетий используются в области беспроводных коммуникаций. И, с большим процентом вероятности, радиоимпульсная технология является единственной, которая позволит «перепрыгнуть» через терабитный барьер, используя для этого единственный канал передачи данных. Но для практической реализации разработанной технологии ученым предстоит преодолеть еще ряд сложных технических проблем.

Напомним нашим читателям, что первую импульсную радио-технологию для передачи данных использовал Гульельмо Маркони (Guglielmo Marconi) в начале 1900-х годов. Он использовал антенну, соединенную с большим конденсатором. При заряде конденсатора и достижении определенного электрического потенциала происходил пробой воздушного промежутка и вся энергия конденсатора устремлялась в антенну в виде короткого импульса.

«Наша импульсная система также построена на принципах, которые использовал Маркони. Но вместо конденсатора и воздушного промежутка в ней используется высокоскоростной биполярный транзистор, подающий энергию на антенну, находящуюся прямо на кристалле чипа» – рассказывает Эдвард Найтли, – «Мы накапливаем энергию внутри чипа в магнитном виде и используем простой цифровой "спусковой механизм», который позволяет получить радиоимпульсы с пикосекундной длительностью. В нашей системе нет никакого генератора, на ее выходе мы получаем чистые цифровые радиоимпульсы".

Лаборатория, в которой работает данная группа исследователей, установила в этом году своего рода рекорд, получив самый короткий радиоимпульс, длительность которого составляла 1.9 пикосекунды. А сейчас исследователи работают над созданием передатчика, который сможет посылать еще более короткие радиоимпульсы с частотой от 100 гигагерц до нескольких терагерц. Этот передатчик будет содержать около 10 тысяч отдельных антенн, каждая из которых будет связана с собственным управляющим чипом. Такое количество антенн позволит получить высокую мощность выходного сигнала, которой будет достаточно для организации связи на удалении до 300 метров сначала. Кроме этого, такое количество антенн позволит с высокой точностью управлять формой и другими параметрами вырабатываемого радиосигнала.

«Коммуникационные технологии, основанные на модуляции сигнала несущей частоты, используемые в последние несколько десятков лет, прекрасно подходят для работы на относительно низких частотах. Но все это в корне изменяется при переходе на более высокие частоты, в диапазон, лежащий выше отметки в 100 гигагерц» – рассказывает Эдвард Найтли, – «В этом случае мы должны использовать только узконаправленную передачу в пределах прямой видимости. Это позволит нам избежать нежелательных отражений сигналов и это максимально затруднит перехват передаваемой информации. Наша технология использует радиосигналы, но эти радиосигналы сфокусированы подобно лучу лазерного света».