к списку новостей

Новости

18 июня 2020 года, 17:06

В ИТМО предложили метод кодирования информации для сетей 6G

Сегодня ученые во всем мире работают над тем, чтобы передавать данные в терагерцовом диапазоне. Это позволит отправлять и получать информацию намного быстрее. Однако кодировать информацию на такой длине волны куда сложнее, нежели в гигагерцовом диапазоне, используемом в технологии 5G. Группе ученых из Университета ИТМО удалось продемонстрировать способ модификации терагерцового импульса, который позволит передавать с его помощью информацию. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.


Телекоммуникационные компании наиболее развитых стран постепенно начинают переходить на новый стандарт обмена данными 5G, который сулит пользователям невиданную ранее скорость беспроводной передачи информации. Между тем уже сегодня ученые работают над заменой этих сетей. «Речь идет о технологиях 6G, – рассказывает сотрудник факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Егор Опарин, – они позволят увеличить скорость передачи информации в 100 – 1 000 раз, но это потребует перехода на новый, терагерцовый, диапазон».

 

Сегодня на примере инфракрасного диапазона отработана технология одновременной передачи множества каналов информации всего по одному физическому каналу. Эта технология строится на взаимодействии двух широкополосных инфракрасных импульсов с шириной спектра в десятки нанометров. В терагерцовом диапазоне ширина спектра таких импульсов гораздо больше – следовательно и возможностей для передачи данных больше.

Однако прежде чем говорить о создании технологии 6G, ученым и инженерам предстоит решить много сложных задач. Одна из них – обеспечить интерференцию двух импульсов и получить так называемую “гребенку” или последовательность импульсов, с помощью которой и кодируется информация. 

 

«В терагерцовом диапазоне в импульсах, как правило, содержится малое число колебаний поля, – рассказывает Опарин, – буквально одно-два колебания в импульсе. Он очень короткий и выглядит на графике как такой узкий пик. Интерферировать импульсы с подобными характеристиками колебания поля достаточно сложно, так как тяжело добиться их перекрытия».

 

Группа ученых из ИТМО предложила растянуть импульс во времени таким образом, чтобы его протяженность все еще измерялась пикосекундами, но длился бы он в несколько раз дольше. В таком случае разные частоты будут присутствовать в импульсе не сразу, а последовательно сменять друг друга. На языке науки это называется чирпирование. Однако и здесь существует сложность: если в инфракрасном диапазоне технологии чирпирования отработаны хорошо, то для терагерцового отсутствует развитая материальная база.

 

«Мы взяли волновод, сходный с теми, что используются в СВЧ-диапазоне, созданный в размерах, подходящих для терагерцового диапазона, стрельнули в него широкополосным излучением так, чтобы оно распространялось в разных конфигурациях, и за счет этого импульс сильно растянулся во времени, с двух до порядка семи пикосекунд, то есть в три с половиной раза. Это и стало для нас решением», – рассказывает Опарин, соавтор исследования.  

 

Используя волновод, ученые смогли растянуть импульсы до необходимых с точки зрения теории значений. Это позволило добиться взаимодействия двух таких чирпированных импульсов, что создало эффект «гребенки». «В нашей гребенке наблюдается зависимость структуры импульса во времени и в спектре, – объясняет Опарин, – то есть у нас есть временная форма импульса, проще говоря, колебание поля во времени, и спектральная, то есть колебание в спектре терагерцовых частот. Допустим, у нас есть три пика, три субструктуры во временной форме, и, соответственно, три субструктуры в спектральной форме. Вырезая специальным фильтром части спектральной формы, мы можем “мигать” во временной форме и наоборот. Таким образом можно построить кодирование информации в терагерцовом импульсе».

 

Статья:  

Xinrui Liu, Maksim Melnik, Maria Zhukova, Egor Oparin, Joel J. P. C. Rodrigues, Anton Tcypkin, Sergei Kozlov,

Formation of gigahertz pulse train by chirped terahertz pulses interference.

Scientific Reports, 2020/10.1038/s41598-020-664374

https://www.nature.com/articles/s41598-020-66437-4

 

Подписи к иллюстрациям

Picture1: Команда лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий. Источник: факультет фотоники и оптоинформатикиУниверситета ИТМО

Picture2: Иллюстрация из статьи. Схема экспериментальной установки для создания ТГц “гребенок”. Источник: Scientific Reports

Picture3: Егор Опарин, студент 3-го курса факультета фотоники и оптоинформатики. Источник: личный архив

 

###

 

Университет ИТМО(Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, лидер Проекта 5-100. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др.

Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.

С 2013 года — участник Проекта 5-100.

С 2016 г. Университет ИТМО входит в ТОП-100 лучших вузов мирав области компьютерных наук по версии предметного рейтинга Times Higher Education. В 2019 г. вуз дебютировал в ТОП-100 по направлению  «Автоматизация и управление», укрепил свои позиции по направлениям «Нанотехнологии» (ТОП-300) и «Науки о материалах» (ТОП-400) Шанхайского предметного рейтинга (ARWU).

В предметных рейтингах QS за 2019 г. Университет ИТМО представлен в ТОП-300 лучших вузов мира по инженерным наукам(Engineering and Technology) и физическим наукам (Physics & Astronomy), а также стал единственным российским вузом в рейтинге QS по искусству и дизайну (Art & Design), войдя в ТОП-200 лучших вузов мира.

В целом, на 2019 год Университет ИТМО входит в ТОП-500 институциональных рейтингов THEи QS  и представлен в 13 предметных рейтингах THE, QS и ARWU.

 

IT's MOre than a UNIVERSITY! Большечемуниверситет!


 

 


Источник:

Пресс-служба | PressOffice
Университет ИТМО | ITMOUniversity

 

Фотографии

Поиск по дате: