Multiplexación la capacidad de enviar múltiples señales a través de un solo canal, es una característica fundamental de cualquier sistema de comunicación de voz o datos. Un equipo de investigación internacional ha demostrado por primera vez un método para multiplexar datos transportados en ondas de terahercios, Radiación de alta frecuencia que puede permitir la próxima generación de redes inalámbricas de ancho de banda ultra alto.

En el diario Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informan de la transmisión de dos señales de video en tiempo real a través de un multiplexor de terahercios a una velocidad de datos agregada de 50 gigabits por segundo, aproximadamente 100 veces la velocidad de datos óptima de la red celular más rápida de la actualidad.

"Demostramos que podemos transmitir flujos de datos separados en ondas de terahercios a velocidades muy altas y con tasas de error muy bajas, "dijo Daniel Mittleman, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor correspondiente del artículo. "Esta es la primera vez que alguien ha caracterizado un sistema de multiplexación de terahercios utilizando datos reales, y nuestros resultados muestran que nuestro enfoque podría ser viable en futuras redes inalámbricas de terahercios ".

Las redes actuales de voz y datos utilizan microondas para transportar señales de forma inalámbrica. Pero la demanda de transmisión de datos se está convirtiendo rápidamente en más de lo que las redes de microondas pueden manejar. Las ondas de terahercios tienen frecuencias más altas que las microondas y, por lo tanto, tienen una capacidad mucho mayor para transportar datos. Sin embargo, Los científicos apenas han comenzado a experimentar con frecuencias de terahercios, y muchos de los componentes básicos necesarios para la comunicación de terahercios aún no existen.

Un sistema de multiplexación y demultiplexación (también conocido como mux / demux) es uno de esos componentes básicos. Es la tecnología que permite que un cable lleve varios canales de televisión o que cientos de usuarios accedan a una red inalámbrica Wi-Fi.

El enfoque de mux / demux que Mittleman y sus colegas desarrollaron utiliza dos placas de metal colocadas paralelas entre sí para formar una guía de ondas. Una de las placas tiene una hendidura. Cuando las ondas de terahercios viajan a través de la guía de ondas, parte de la radiación se escapa por la hendidura. El ángulo en el que escapan los haces de radiación depende de la frecuencia de la onda.

"Podemos poner varias ondas en varias frecuencias diferentes, cada una de las cuales lleva un flujo de datos, en la guía de ondas, y no interferirán entre sí porque son frecuencias diferentes; eso es multiplexar, "Dijo Mittleman." Cada una de esas frecuencias se filtra fuera de la rendija en un ángulo diferente, separar los flujos de datos; eso es demultiplexar ".

Debido a la naturaleza de las ondas de terahercios, las señales en las redes de comunicaciones de terahercios se propagarán como haces direccionales, no transmisiones omnidireccionales como en los sistemas inalámbricos existentes. Esta relación direccional entre el ángulo de propagación y la frecuencia es la clave para habilitar mux / demux en sistemas de terahercios. Un usuario en una ubicación particular (y por lo tanto en un ángulo particular del sistema de multiplexación) se comunicará en una frecuencia particular.

En 2015, El laboratorio de Mittleman publicó por primera vez un artículo que describe su concepto de guía de ondas. Para ese trabajo inicial, El equipo utilizó una fuente de luz de banda ancha de terahercios para confirmar que, de hecho, surgían diferentes frecuencias del dispositivo en diferentes ángulos.

Si bien esa fue una prueba de concepto efectiva, Mittleman dijo:este último trabajo dio el paso crítico de probar el dispositivo con datos reales.

Trabajando con Guillaume Ducournau en Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS / Universidad de Lille, en Francia, los investigadores codificaron dos transmisiones de televisión de alta definición en ondas de terahercios de dos frecuencias diferentes:264,7 GHz y 322,5 GHz. Luego transmitieron ambas frecuencias juntas al sistema multiplexor, con un receptor de televisión para detectar las señales a medida que emergen del dispositivo. Cuando los investigadores alinearon su receptor con el ángulo desde el que se emitían ondas de 264,7 GHz, vieron el primer canal. Cuando se alinearon con 322,5 GHz, vieron el segundo.

Otros experimentos demostraron que las transmisiones estaban libres de errores hasta 10 gigabits por segundo, que es mucho más rápido que las velocidades Wi-Fi estándar de hoy. Las tasas de error aumentaron un poco cuando se aumentó la velocidad a 50 gigabits por segundo (25 gigabits por canal), pero todavía estaban dentro del rango que se puede corregir mediante la corrección de errores hacia adelante, que se usa comúnmente en las redes de comunicaciones actuales.

Además de demostrar que el dispositivo funcionó, Mittleman dice que la investigación reveló algunos detalles sorprendentes sobre la transmisión de datos en ondas de terahercios. Cuando se modula una onda de terahercios para codificar datos, es decir, se enciende y apaga para hacer ceros y unos, la onda principal está acompañada de frecuencias de banda lateral que también deben ser detectadas por un receptor para transmitir todos los datos. La investigación mostró que el ángulo del detector con respecto a las bandas laterales es importante para mantener baja la tasa de error.

"Si el ángulo está un poco desviado, podríamos estar detectando toda la potencia de la señal, pero recibimos una banda lateral un poco mejor que la otra, lo que aumenta la tasa de error ", explicó Mittleman." Así que es importante tener el ángulo correcto ".

Detalles fundamentales como ese serán fundamentales, Mittleman dijo:cuando llega el momento de comenzar a diseñar la arquitectura para sistemas de datos completos en terahercios. "Es algo que no esperábamos, y muestra lo importante que es caracterizar estos sistemas utilizando datos en lugar de solo una fuente de radiación no modulada ".

Los investigadores planean continuar desarrollando este y otros componentes de terahercios. Mittleman recibió recientemente una licencia de la FCC para realizar pruebas al aire libre a frecuencias de terahercios en el campus de la Universidad de Brown.

"Creemos que tenemos la licencia de mayor frecuencia emitida actualmente por la FCC, y esperamos que sea una señal de que la agencia está empezando a pensar seriamente en la comunicación de terahercios, ", Dijo Mittleman." Las empresas se mostrarán reacias a desarrollar tecnologías de terahercios hasta que los reguladores realicen un esfuerzo serio para asignar bandas de frecuencia para usos específicos, así que este es un paso en la dirección correcta ".