- Vědci v Číně dosáhli rekordní rychlosti 938 Gbps v bezdrátovém přenosu dat
- Tato rychlost umožňuje stahovat téměř 20 filmů za sekundu
- Navíc překonává rychlost současných 5G sítí více než 9000krát
Výzkumný tým vedený Zhixinem Liu na University College London dosáhl neuvěřitelné rychlosti přenosu dat, která byla 938 gigabitů za sekundu (Gbps). Tato rychlost překonává současné průměrné rychlosti 5G více než 9000krát. Pro představu, pří takové rychlosti si stihnete stáhnout více než 20 filmů během jedné sekundy. Tento nový standard pro multiplexní data, tedy kombinaci několika signálů do jednoho kanálu, znamená zásadní krok směrem k budoucnosti bezdrátové komunikace.
Jak je takto rychlý přenos možný?
Klíčem k dosažení této mimořádné rychlosti bylo použití širšího spektra frekvencí, než jaké kdy bylo využito. Liu a jeho tým použili frekvenční pásmo od 5 gigahertzů (GHz) až po 150 GHz a zkombinovali rádiové vlny s optickými signály. Tento experiment, který měl za cíl stanovit potenciální rychlost pro budoucí sítě 6G, dokázal využít celý frekvenční rozsah od sub-6 GHz pásma až po milimetrové vlnové pásmo D-band (do 170 GHz), které je pro běžné elektronické technologie dosud náročné na zvládnutí.
Jaké uplatnění bude mít 6G síť, když máme 5G?
Nová 6G síť, jak již vyplynulo z výše uvedeného textu, bude výrazně rychlejší než 5G síť, ale to není všechno. Zatímco 5G snižuje latenci na cca 1 ms, 6G má cíl snížit latenci na úroveň mikrosekund. To je klíčové pro aplikace, kde je kritické reálné časové zpracování, jako tomu je například u autonomních vozidel. Navíc nesmíme opomenout, že 6G bude podporovat podstatně větší počet zařízení na jednotku ploch,y a to až 10 milionů na km2, zatím co 5G zvládá pouze 1 milion zařízení na km2.
Nová generace rádiových přístupových sítí (RAN) vyžaduje rychlosti přenosu dat vyšší než 100 Gbps pro propojení přístupových bodů a uzlů. To motivuje výzkum k plnému využití bezdrátového spektra, včetně sub-6 GHz až po milimetrové vlnové pásmo (například D-band až 170 GHz), a to za použití elektronických i optoelektronických přístupů. Současně však zůstává výzvou synchronizace širokopásmových signálů na různých nosných frekvencích. V tomto ohledu se Liuův tým zaměřil na propojení vysokorychlostních elektronických technologií s mikrovlnnou fotonikou, což jim umožnilo dosáhnout bezdrátového přenosu OFDM signálů s šířkou pásma 145 GHz v rozmezí od 5 do 150 GHz.
Rekordní rychlost 938 Gbps, 9000krát rychlejší než 5G
V rámci experimentu byly signály v rozmezí 5–75 GHz generovány pomocí vysokorychlostních digitálně-analogových převodníků. Tyto převodníky, označované také jako DAC (digital to analog converter), jsou zařízení, která převádějí digitální data do analogové podoby, což je forma vhodná pro bezdrátový přenos. Digitální signály jsou obvykle binární, tedy reprezentované sekvencemi nul a jedniček, zatímco analogové signály mohou mít nekonečně mnoho hodnot. Tento převod je nezbytný, protože vysílaný signál musí být přenositelný ve formě vln, například rádiových, a nikoliv jako čistě digitální data.
Pro generování signálů v rozsahu nad 75 GHz, tedy v takzvaném milimetrovém pásmu, tým využil odlišnou metodu zahrnující použití W-band (75–110 GHz) a D-band (110–150 GHz). Milimetrové pásmo (mmWave) je charakterizováno krátkou vlnovou délkou (od několika milimetrů až po méně než jeden milimetr) a vysokou frekvencí, což umožňuje přenos extrémně velkého množství dat na krátké vzdálenosti. V pásmech W a D je signál schopen přenášet data mnohem rychleji, než je možné u nižších frekvencí, ale má zároveň vyšší citlivost na překážky, jako jsou budovy, nebo dokonce vlhkost ve vzduchu.
V tomto experimentu byly vysokofrekvenční signály v milimetrovém pásmu generovány kombinací optických a elektronických technologií. Konkrétně byl použit proces spojení opticky modulovaných signálů s frekvenčně synchronizovanými lasery na fotodiodách. Fotodiody jsou polovodičová zařízení, která konvertují světlo (fotony) na elektrický proud a při dostatečně vysoké rychlosti mohou produkovat signály na frekvencích až do terahertzového spektra. Laserový paprsek je při tomto procesu modulován, tedy obohacen o informace nesené daty, a tyto informace jsou následně převedeny do elektromagnetického signálu fotodiodou. Výhodou této kombinace je schopnost generovat vysokofrekvenční signály, které by samotné elektronické komponenty nebyly schopny dosáhnout.
Dalším klíčovým aspektem tohoto experimentu byla frekvenční synchronizace laserů, která byla zajištěna použitím dvou párů laserů s úzkou šířkou spektra a referenčního křemenného oscilátoru. K přenosu dat použili vědci formát OFDM. OFDM je technologie, která umožňuje přenos dat rozdělením signálu na několik frekvenčně oddělených kanálů. Tímto způsobem je přenos dat rozložen na více menších signálů, které jsou pak přenášeny souběžně. Přesně tímto postupem se vědcům podařilo dosáhnout rekordní přenosové rychlosti 938 Gbps.
Nutno zmínit, že tato rychlost 938 Gbps představuje nejvyšší dosaženou hodnotu pro multiplexní data, což znamená, že data byla rozdělena do více proudů (signálů) a přenášena paralelně. Výzkum ale ukázal, že pro jednotlivé signály může být dosaženo ještě vyšších rychlostí, konkrétně přes 1 terabit za sekundu (Tbps). Jak uvedl Liu, rozdělení signálů přes široké frekvenční spektrum lze přirovnat k přeměně „úzké, přeplněné cesty“ v sítích 5G na „desetiproudé dálnice“. Stejně jako je v dopravě třeba širších silnic k pojmutí více aut, je v bezdrátové komunikaci potřeba širší spektrum pro více signálů.
Liuův tým již jedná s výrobci smartphonů a poskytovateli sítí, přičemž je přesvědčen, že jejich práce položí základ pro budoucí 6G technologie, ačkoli se současně vyvíjí i další konkurenční přístupy. Nedávno například skupina japonských telekomunikačních společností vyvinula vysokorychlostní bezdrátové 6G zařízení, které je schopné přenášet data rychlostí až 20krát vyšší než 5G. Toto zařízení umožňuje přenos dat rychlostí 100 Gbps na vzdálenost až 100 metrů.
