新的太赫兹无线链路可以弥合数字鸿沟

多年来，6G的想法被认为是科幻小说。现在，它比以往任何时候都更接近，但东北大学电气和计算机工程副教授Josep Jornet表示，仍有改进的余地。

JJornet与美国宇航局、美国空军和亚马逊公司一起，首次证明了太赫兹频率下的高速、高带宽无线通信是长距离的可能。最近发表在《自然电子》（Nature Electronics）上的研究表明，大规模无线通信有一条前进的道路，可以缩小高速光纤网络之外农村社区所感受到的数字鸿沟。

“你需要找到一种技术，可以为你提供类似光学的连接而没有光学问题，我们认为太赫兹技术就是这样，”Jornet说。

太赫兹频段是一组高于100千兆赫兹的频率，超过了5G的71千兆赫兹限制。6G无线技术的推出将为公众带来这种级别的服务，但是尽管在太赫兹波段发送信号已经得到了证实，但在很远的距离上发送信号几乎是不可能的。频率越高，信息可以传播的距离就越短。对于太赫兹通信，这相当于单脚通信，Jornet说。

“我的研究是为了让人们知道，他们认为行不通的东西其实是可行的。”他说。

Jornet和他的团队能够形成一条2公里的连接，这是地球上有史以来最长的太赫兹连接。不过，这并非没有挑战。首先，太赫兹频率收音机不是Jornet可以在亚马逊上找到的东西，这就是为什么他首先转向NASA。

多年来，美国宇航局一直在玩弄太赫兹无线系统来感知太空中的信号，但该组织的努力一直只集中在接收信号上。在发送信号时，事情变得棘手。

传统上，通信无线电具有信号发生器，混频器，将信息添加到信号中，以及将信号转换为可以通过电波发送的天线。问题在于太赫兹频率如此之高，需要如此大的功率才能达到，以至于放置在无线电中的任何混频器都会损坏。因此，Jornet想出了一个优雅的解决方案。

Jornet和他的团队没有将混音器放在信号源之后，而是将信息直接输入信号源本身。然而，这样做扭曲了信息，以至于它变得一团糟。另一个问题需要另一个创造性的解决方案。

“与其试图修复接收器上的信息，不如让我预先扭曲我的信号，”他说。“我要让信号变得丑陋，这样当它通过源头时，它就会变得美丽。

令人惊讶的是，即使是Jornet和他的团队，它也奏效了。他们在纽约罗马的美国空军基地有四天的时间进行长途太赫兹连接，到第二天，他们能够发送和恢复信息，没有任何错误。

“从理论上讲，你做方程，听起来它会起作用，但要使这个理论，你对设备内部如何工作做出了许多假设，”Jornet说。“很多时候，当你经历这个时，你预计它不起作用，所以我们很惊讶它居然有效。

Jornet和他的合作者设计的系统的频率和带宽超过了5G网络“两个数量级”。

“在6G中，我认为我们会对多一个数量级感到满意，”他说。

这种高速、高带宽连接的影响将是巨大的，即使为农村社区也能提供更高的数据速率和更多的连接。直到最近随着5G的推出，农村社区已经陷入了数字鸿沟的裂缝之间，因为构成尖端通信网络骨干的光纤电缆在长距离实施方面成本很高。但是，当涉及到无线太赫兹技术时，农村社区可能具有优势。

“这个信号传播的要求之一是不应该有障碍物，”Jornet说。“你需要有视线。这就是为什么我们说，如果你想跨农场、跨土地连接塔，这很好，否则这些塔将不得不钻孔和放置光纤。

Jornet预测，甚至在手机使用6G之前，太赫兹将开始在通信基础设施方面产生重大影响。

Jornet说:“第一个用例将是你作为用户仍然使用你的手机，但突然你会注意到你的网络更快了，因为很多时候瓶颈不是你的手机，而是基础设施。”“我们正在加快基础设施建设。”

Jornet说，从长远来看，切断光纤线并过渡到太赫兹无线将不仅仅是农村社区的福音。而这仅仅是个开始。像往常一样，他已经把目光投向了地平线。

“作为一名科学家，我的目标是证明2公里只是第一站。我们想去太空，因为这也将为每个人提供连接，“他说，他指的是SpaceX正在追求的Starlink卫星技术。“你将拥有像Verizon Fios这样的连接，无论你在世界的哪个地方，只是因为你有一堆卫星用正确的技术绕地球运行。