日本研究人員開發微梳驅動的太赫茲無線通訊系統 實現 112 Gbps 數據傳輸速率

在 6G 無線數據競賽中，研究人員剛剛達成了一個重大的速度里程碑。日本研究人員開發出一種全新的微梳驅動太赫茲（THz）無線通信系統，能在 560 GHz 頻段達到高達 112 吉比特每秒（Gbps）的數據傳輸速度。這項技術克服了傳統電子設備在超過 350 吉赫茲（GHz）時的功率和噪聲限制，為未來的 6G 網絡及超高速移動回程奠定了基礎。德島大學的安井嶽志教授表示：「這一成果代表著實用 6G 無線系統及超高速移動回程的重要進展。」

日本研究人員在 6G 無線通信領域取得突破性進展

克服電子限制，工程師們一直在積極努力建設下一代超快速無線網絡，但面臨重大挑戰。為了實現 6G 所承諾的高數據速度，數據必須在超高頻率的太赫茲波上傳輸。然而，傳統電子設備在這種極端情況下無法繼續運作。當頻率超過 350 GHz 時，電子信號會失去功率，並充斥著「相位噪聲」——數字世界中的暴風雪。通過整合先進的光子技術和高階數據調製，該團隊達成了一個歷史性里程碑：首次實現超過 420 GHz 的 100 Gbps 級無線傳輸。

具體而言，他們在 560 GHz 的載波波上以 112 Gbps 的速度傳輸數據，這足以瞬間下載多部 4K 電影，遠超過當前實驗系統在這些極端頻率下所能達到的幾吉比特的輸出。

該團隊是如何做到的呢？他們將標準電子電路替換為光技術。這項技術的核心是一種名為光學微梳的小型設備。微梳的作用如同高科技的光學標尺，能生成一系列間隔完美、超穩定的激光光線。由於這些光學光線極為穩定，微梳表現出極低的相位噪聲，使其成為清晰太赫茲信號的理想基礎。為了使這項技術能夠在現實世界中運作，研究人員必須解決一個主要的硬件難題：光學對準。

微梳技術為未來無線通信鋪平道路

通常，將激光照射到微小的晶片上需要極其精確、脆弱的對準設置，最輕微的震動都可能損壞連接。德島團隊通過將光纖永久性地粘接到氮化硅微諧振器上來解決這一問題。這一直接粘接技術實現了三項重大成就。它通過將繁瑣的實驗室設置縮小為一個緊湊的設備而達成極小型化，並通過高功率光學泵浦的無對準漂移來提升功率。此外，該設備還通過集成的温度控制功能提供了氣候防護，能夠保護晶片免受環境波動的影響。

研究人員指出：「此外，對微諧振器集成温度控制功能提高了光學共振特性的可重複性，並增強了對環境温度波動的穩健性。」

為了實際發送數據，團隊從微梳中隔離出兩個高穩定性的光載波信號，並使用高級調製格式（QPSK 和 16QAM）對這些光信號進行編碼，以便在每個波傳輸中包裝更多數據。結果顯示，該系統在 QPSK 調製下達到 84 Gbps 的數據速率，而在 16QAM 調製下則達到 112 Gbps。儘管您的智能手機不會很快接入 560 GHz 頻率，但這項技術對於保持互聯網運行的隱性基礎設施而言，無疑是一個重大的勝利。

它非常適合用於移動回程——即將蜂窩基站連接到主要互聯網骨幹的重型無線鏈接。

相較於在街道上鋪設數英里的昂貴光纖電纜，電信公司最終可以利用這些微梳太赫茲光束在塔與塔之間通過空氣傳輸大量類似光纖的數據負載。接下來，團隊計劃進一步壓制相位噪聲，以從波中擠出更多數據。同時，他們還計劃設計先進的天線，以提高輸出功率，旨在將這些創紀錄的速度推廣至更長距離。