Dabartinės duomenų perdavimo tendencijos rodo neįtikėtiną augimą. Prie interneto prijungtų įrenginių ir didesnio pralaidumo reikalaujanti duomenų struktūra kelia pavojų infrastruktūros darniai veiklai. Telekomunikacijos įmonės visame pasaulyje daug investuoja į tokias technologijas kaip optinės fiksuotosios linijos, 5G tinklai, o kai kurie mokslininkai jau pradėjo kurti 6G. Didesnis greitis, mažesnis vėlavimas ir padidėjęs pajėgumas yra visų tyrėjų ir tinklo tipų mantros.

Nors mūsų tinklo galimybės kasdien auga, vis dar susiduriame su technologinių duomenų perdavimo ribomis. Žurnale „Nature Physics“ paskelbtame naujame tyrime aprašomas naujas būdas, kuris leis perduoti multipleksuotus duomenis šviesos šaltiniu. Mokslininkai iš Kalifornijos universiteto Berklyje sukūrė optinę anteną, kuri galėtų užtikrinti beveik neribotą pralaidumą.

Technologija, kuri slepiasi už inovacijos

Berklio mokslininkai sukėlė proveržį optinių duomenų našume. Naujas metodas naudoja unikalią šviesos šaltinio savybę, vadinamą orbitos kampiniu impulsu. Ši savybė leidžia multipleksuoti arba perduoti duomenis vienu metu. Ir nors dabartinės komercinės technologijos pasižymi ribotu duomenų pralaidumu, naujoms optinėms antenoms tai nebūtų kliūtis dėl beveik neriboto duomenų pralaidumo.

Duomenų perdavimas elektromagnetinėmis bangomis, kurių pajėgumas yra beveik išnaudotas, šiuo metu yra pagrindinis mums plačiai žinomas ir naudojamas būdas. Dažniai yra jau seniai persismelkę gaunamais informacijos srautais, todėl naujos optinės antenos gali atnešti itin teigiamų pokyčių spartaus ryšio gerbėjams.

Tyrėjai iš Berklio (Kalifornija) paskelbė, kad pirmą kartą lazeriai išleido suktą šviesą, kuri buvo tiesiogiai multipleksuota. Šis atradimas gali turėti įtakos biologiniam vaizdavimui, kvantinei kriptografijai ir didelio pajėgumo tinklams.

OAM potencialas

Skirtingai nuo elektromagnetinių dažnių ir šviesos bangų poliarizacijos, naudojamos kuriant 3D filmus, naujas orbitinis kampinis momentas sudomino tyrėjus dėl didesnio duomenų perdavimo pajėgumo. OAM gali perduoti beveik neribotą duomenų kiekį, tačiau iki šiol didžiausią klausimą kėlė šios inovacijos vykdymas. Kompaktiškuose įtaisuose nebuvo įmanoma pagaminti orbitinių kampinių impulsų pluoštų, kurie palaikytų tokį didelį krūvį.

Inovatyvios antenos

Atliekant Berklio tyrimus antena buvo topologinė, o tai reiškia, kad jos savybės nesikeičia net ir ekstremaliomis sąlygomis: prietaisą galima susukti ar net sulenkti. Komanda sukūrė topologinę anteną su elektronų pluošto litografija. Jie sukūrė tinklelį ant puslaidininkinės medžiagos, o inžinieriai naudojo indio galio arsenido fosfidą.

Inžinieriai pritvirtino konstrukciją ant itrio geležinio granato paviršiaus. Tinklelio dizainas yra sukurtas iš trijų koncentrinių apskritimų, o didžiausias yra apie 50 mikronų skersmens. Šio kvantinio šulinio tikslas yra sulaikyti fotonus ir sukurti kvantinio Hall efekto reiškinį.

Hall efektas apibūdina kaip fotonai juda magnetiniu lauku, priverčiant šviesą žiedais judėti tik viena kryptimi. Tai yra pirmas kartas, kai kvantinis Hall efektas buvo sėkmingai pritaikytas optinėje srityje.

Magnetinio lauko taikymas sukūrė tris OAM lazerio spindulius su žiedinėmis orbitomis virš antenų paviršiaus. Po išsamios eksperimento duomenų analizės, Berklio komanda nustatė, kad lazerio pluoštas kvantinį skaičių spinduliuoja iki 276. Šis skaičius nurodo, kiek kartų šviesa apsisuka aplink savo ašį viename bangos ilgyje.

Tyrėjų komanda Kalifornijoje sukūrė tris spindulius. Tačiau spindulių kūrime ribų tikrai nėra: kiekvieno pluošto galia gali būti padauginama, todėl visa tai atveria duris į neprilygstamą duomenų perdavimo pajėgumą. Kitas tyrimo žingsnis yra kvantinių Hall žiedų, kurie naudoja elektrą kaip energijos šaltinį, kūrimas. Matydami kokius puikius rezultatus pasiekė komanda, tikimės, kad ji gaus lėšų savo tyrimams.

Dabartinis greičiausias duomenų perdavimas

Šiuo metu pasaulyje yra keletas plačiajuosčių tinklų galimybių. Absoliutus komercinis greičio ir mažiausio vėlavimo čempionas, be abejonės, yra šviesolaidinis internetas. Buvo kalbėta, kad 5G tinklas pakeis optinį fiksuotą internetą, tačiau tai jokiu būdu nėra tiesa. Optinis pluoštas bus 5G tinklo pagrindas, kuris atves signalą į 5G antenas.

Su teoriniu maksimaliu 1 petabito per sekundę greičiu, mes vis dar laukiame, kol kita technologija pakeis optinį pluoštą. Komerciniai, priimtini greičiai siekia maždaug 100 Gbps, o tai vis tiek yra penkis kartus greičiau nei 5G. Pluoštinė optika taip pat gali keliauti daugiau nei 70 km spinduliu neprarasdama galios.

Būtent dėl šių priežasčių telekomunikacijų įmonės visoje Europoje keičia senesnius, nuo vario labai priklausančius tinklus. Tokių tinklų naudojimas vartotojus tam tikra prasme pririšdavo prie stočių: vartotojai privalėjo būti netoli stoties, nes priešingu atveju, signalas jų nepasiektų.

Belaidžiai mobilieji tinklai yra pranašesni dėl mobilumo ir prieinamumo. 4G šiuo metu yra vyraujantis tinklas visoje Europoje ir daugumai vartotojų jis suteikia pakankamą 40–130 Mb/s greitį.

Būsimas 5G tinklas bus bent dešimt kartų greitesnis bei pasižymės kitais privalumais. 5G vėlavimas bus labai mažas, o tai reiškia, kad atsakymo laikas bus pakankamai greitas, kad šis ryšys galėtų būti naudojamas aukščiausios klasės žaidimų varžybose. Tikimasi, kad 2022 m. rimtesnės naudojimo paskirtys, pvz., autonominis vairavimas ir daiktų interneto įrenginiai, viršys 50 mlrd. Mažas vėlavimas yra ypač svarbus išmaniesiems automobiliams. Žinoma, kad žmogaus akių ir smegenų reakcija eismo metu yra dešimt milisekundžių. O tai reiškia, kad 1 ms vėlavimo trukmė 5G tinkluose užtikrintų patikimą ryšio platformą autonominiuose automobiliuose.

Priešingai nei 4G, kurio ryšio bokštai gali būti santykinai didesniu atstumu, 5G tinkle bus naudojamos aukštesnio dažnio milimetrinės bangos, kurios gali keliauti apie 76 metrus. O tai reiškia, kad 5G infrastruktūrai išvystyti prireiks arčiau vienas kito esančių ryšio bokštų, todėl ji bus brangesnė.

Tuo pat metu kai kurios kaimo vietovės gali pasinaudoti 5G tinklu. Vietoj brangaus fiksuoto ryšio, visa apylinkė galėtų gauti patikimą, greitą 5G tinklą, pasižymintį mažu vėlavimu.

O kur tos optinės antenos?

Dabartinis Berklio atradimas yra pradinių tyrimų ir plėtros etape, tačiau panaudojimai ateityje gali būti labai platūs. 5G tinklo pralaidumas yra didesnis nei 4G, o tai reiškia, kad būtų galima prijungti daugiau įrenginių nei anksčiau, taip išvengiant prastesnės paslaugų kokybės dėl didelio vartotojų skaičiaus.

Sužinojus orbitos kampinio momento savybes ir sukūrus beveik neriboto greičio ir pralaidumo šviesos lazerio spindulius, galime tikėtis dar vieno tinklo galimybių šuolio.

Jei 5G gali pagreitėti iki 10 Gbps (o tai yra 20 kartų greičiau nei 4G), įdomu, kaip toli mus nuves šio atradimo pritaikymas. Ar jis bus pritaikytas mobiliuosiuose tinkluose, o gal padidins šviesolaidinio ryšio greitį? Tyrėjai pirmiausia sutelkė dėmesį į antenas, kurios yra svarbiausios nuolatiniam 5G diegimui ir būsimoms 6G technologijoms.

Kalbant apie 6G, kelios užsienio komandos dirbančios su naujos kartos tinklais sulaukė didelių investicijų. Ši technologija vis dar nežinoma ir galbūt Suomijos, Kinijos, JAV ir kitų 6G tiriančių šalių komandos galėtų naudoti naujas ir novatoriškas antenas. 6G diegimo laikas yra dešimt metų, o tai reiškia, kad daugelis technologijų bus naujo ir, tikimasi, dar geresnio tinklo, kuris šiuo metu vis dar yra pradžios ar kūrimo etape, pamatas.

Komentarai ()