Multiplexação, a capacidade de enviar vários sinais por meio de um único canal, é uma característica fundamental de qualquer sistema de comunicação de voz ou dados. Uma equipe de pesquisa internacional demonstrou pela primeira vez um método para multiplexar dados transportados em ondas terahertz, radiação de alta frequência que pode permitir a próxima geração de redes sem fio de largura de banda ultra-alta.

No jornal Nature Communications , os pesquisadores relatam a transmissão de dois sinais de vídeo em tempo real através de um multiplexador terahertz a uma taxa de dados agregada de 50 gigabits por segundo, aproximadamente 100 vezes a taxa de dados ideal da rede celular mais rápida de hoje.

"Mostramos que podemos transmitir fluxos de dados separados em ondas terahertz em velocidades muito altas e com taxas de erro muito baixas, "disse Daniel Mittleman, professor na Escola de Engenharia de Brown e autor correspondente do artigo. "Esta é a primeira vez que alguém caracteriza um sistema de multiplexação terahertz usando dados reais, e nossos resultados mostram que nossa abordagem pode ser viável em futuras redes sem fio terahertz. "

As redes atuais de voz e dados usam microondas para transportar sinais sem fio. Mas a demanda por transmissão de dados está rapidamente se tornando mais do que as redes de microondas podem suportar. As ondas Terahertz têm frequências mais altas do que as microondas e, portanto, uma capacidade muito maior de transportar dados. Contudo, os cientistas apenas começaram a experimentar frequências terahertz, e muitos dos componentes básicos necessários para a comunicação terahertz ainda não existem.

Um sistema de multiplexação e demultiplexação (também conhecido como mux / demux) é um desses componentes básicos. É a tecnologia que permite que um cabo transporte vários canais de TV ou centenas de usuários acessem uma rede Wi-Fi sem fio.

A abordagem mux / demux desenvolvida por Mittleman e seus colegas usa duas placas de metal colocadas paralelas uma à outra para formar um guia de ondas. Uma das placas tem uma fenda. Quando as ondas terahertz viajam através do guia de ondas, parte da radiação vaza pela fenda. O ângulo em que os feixes de radiação escapam depende da frequência da onda.

"Podemos colocar várias ondas em várias frequências diferentes - cada uma delas carregando um fluxo de dados - no guia de ondas, e eles não interferirão uns com os outros porque são frequências diferentes; isso é multiplexação, "Mittleman disse." Cada uma dessas frequências vaza pela fenda em um ângulo diferente, separar os fluxos de dados; isso é demultiplexação. "

Devido à natureza das ondas terahertz, sinais em redes de comunicação terahertz irão se propagar como feixes direcionais, não transmissões omnidirecionais como nos sistemas sem fio existentes. Essa relação direcional entre o ângulo de propagação e a frequência é a chave para habilitar mux / demux em sistemas terahertz. Um usuário em um local específico (e, portanto, em um ângulo específico do sistema de multiplexação) irá se comunicar em uma frequência específica.

Em 2015, O laboratório de Mittleman publicou pela primeira vez um artigo descrevendo seu conceito de guia de ondas. Para esse trabalho inicial, a equipe usou uma fonte de luz terahertz de banda larga para confirmar que frequências diferentes realmente emergiram do dispositivo em ângulos diferentes.

Embora tenha sido uma prova de conceito eficaz, Mittleman disse, este último trabalho deu a etapa crítica de testar o dispositivo com dados reais.

Trabalhando com Guillaume Ducournau no Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS / Universidade de Lille, na França, os pesquisadores codificaram duas transmissões de televisão de alta definição em ondas terahertz de duas frequências diferentes:264,7 GHz e 322,5 GHz. Eles então transmitiram ambas as frequências juntas para o sistema multiplexador, com um receptor de televisão configurado para detectar os sinais conforme eles emergiam do dispositivo. Quando os pesquisadores alinharam seu receptor com o ângulo a partir do qual as ondas de 264,7 GHz foram emitidas, eles viram o primeiro canal. Quando eles se alinham com 322,5 GHz, eles viram o segundo.

Outros experimentos mostraram que as transmissões eram livres de erros de até 10 gigabits por segundo, que é muito mais rápido do que as velocidades Wi-Fi padrão de hoje. As taxas de erro aumentaram um pouco quando a velocidade foi aumentada para 50 gigabits por segundo (25 gigabits por canal), mas ainda estavam dentro do intervalo que pode ser corrigido usando a correção de erros direta, que é comumente usado nas redes de comunicação de hoje.

Além de demonstrar que o dispositivo funcionava, Mittleman diz que a pesquisa revelou alguns detalhes surpreendentes sobre a transmissão de dados em ondas terahertz. Quando uma onda terahertz é modulada para codificar dados - ou seja, ligada e desligada para fazer zeros e uns - a onda principal é acompanhada por frequências de banda lateral que também devem ser detectadas por um receptor para transmitir todos os dados. A pesquisa mostrou que o ângulo do detector em relação às bandas laterais é importante para manter a taxa de erro baixa.

"Se o ângulo estiver um pouco errado, podemos estar detectando toda a potência do sinal, mas estamos recebendo uma banda lateral um pouco melhor do que a outra, o que aumenta a taxa de erro. "Mittleman explicou." Portanto, é importante ter o ângulo correto.

Detalhes fundamentais como esse serão críticos, Mittleman disse, quando chega a hora de começar a projetar a arquitetura para sistemas de dados terahertz completos. "É algo que não esperávamos, e mostra como é importante caracterizar esses sistemas usando dados em vez de apenas uma fonte de radiação não modulada. "

Os pesquisadores planejam continuar desenvolvendo este e outros componentes terahertz. Mittleman recentemente recebeu uma licença da FCC para realizar testes externos em frequências terahertz no campus da Brown University.

"Achamos que temos a licença de frequência mais alta emitida atualmente pela FCC, e esperamos que seja um sinal de que a agência está começando a pensar seriamente sobre a comunicação terahertz, "Mittleman disse." As empresas ficarão relutantes em desenvolver tecnologias de terahertz até que haja um grande esforço dos reguladores para alocar bandas de frequência para usos específicos, portanto, este é um passo na direção certa. "