Conception de banc d’essai adaptable à faible coût pour la technologie térahertz

La communication térahertz façonnera l’avenir des réseaux sans fil. Des débits de données élevés et étendus avec des réseaux sécurisés sont possibles grâce à la technologie térahertz. Cependant, une fréquence aussi élevée présente également des défis bien connus, tels qu’une portée limitée et une sensibilité à l’absorption atmosphérique.

Les défis et les opportunités ne peuvent être perçus qu’avec des bancs d’essai réalisables et polyvalents. Notre étude, actuellement disponible sur le arXiv serveur de prépublication, s’inspire de la question « Que savons-nous réellement de la communication térahertz ?

Radios définies par logiciel

Au cours de la dernière décennie, les radios définies par logiciel (SDR) sont devenues une technologie radio essentielle, utilisée pour explorer les contraintes de la technologie sans fil dans des environnements réels. Ces radios valident des concepts théoriques et identifient les goulots d’étranglement de conception qui peuvent rester insaisissables dans les études purement théoriques. Les SDR sont désormais très populaires, même dans la vie quotidienne, servant d’outils accessibles allant de l’analyse spectrale aux talkies-walkies peer-to-peer. Les capacités de ces radios sont immenses, ce qui en fait un outil multitâche idéal pour les conceptions sans fil térahertz.

La polyvalence remarquable de ces radios a conduit à l’évolution de nouvelles conceptions de CubeSat et d’émetteurs-récepteurs discrets au sein des réseaux satellite, qui évoluent vers les SDR. De cette manière, des satellites contrôlables à distance et durables peuvent être exploités sans avoir à construire à partir de zéro. Cette conception sert également à éclairer l’avant des satellites térahertz.

Jusqu’à présent, les expériences térahertz nécessitaient l’utilisation d’équipements coûteux pour mettre en œuvre et analyser la communication térahertz. Nous introduisons une conception de banc d’essai peu coûteuse, réalisable et adaptable qui dévoile les véritables capacités de la technologie térahertz.

Les bancs d’essai térahertz pris en charge par le SDR sont la pièce manquante dans ce domaine d’étude, et ils peuvent valider de nombreux types de recherche avec simplicité et rentabilité. L’un des avantages les plus prometteurs de cette conception est la base de données de conception numérique entièrement open source, ouvrant ainsi un vaste domaine à la recherche expérimentale. Nous pensons qu’il s’agit de la première étape d’un voyage de mille kilomètres dans ce domaine.

Défis et opportunités cachés

La résolution angulaire et la bande passante du signal deviennent très élevées et peuvent être manipulées à notre avantage via la technologie térahertz. En revanche, le traitement du signal à très haut débit représente une demande majeure. Les SDR peuvent facilement séparer le processus en temps réel et transférer la charge de traitement en dehors du temps réel vers des ordinateurs puissants.

L’échantillonnage d’informations est un défi critique et bien connu dans la communication térahertz. Les SDR actuels prennent en charge jusqu’à 6,4 Gbits par seconde, mais il en faut davantage. Notre conception met en lumière un problème jusqu’alors négligé : la rareté des fréquences. L’extension de fréquence perd la résolution fréquentielle, ce qui laisse des fenêtres de bandes non opérationnelles. Ce problème soulève des inquiétudes concernant les conceptions térahertz multibandes en cours.

Sur la 6G, diverses structures de réflecteurs électromagnétiques feront partie de la vie quotidienne. Un réflecteur est capable de contrôler les caractéristiques des vagues, y compris leur direction. Une utilisation des réflecteurs est la connectivité physiquement sécurisée entre pairs. Dans la nature du térahertz, un réseau peut être sécurisé par une simple structure de réflecteur. Un résultat intéressant est que la diffusion sur un réflecteur peut être à la fois destructrice et constructive. De même, notre étude aborde de nombreuses opportunités cachées passionnantes qui pourraient conduire à la recherche de nouveaux modèles auto-descriptifs.

Que ce passe t-il après?

Nous avons une longue histoire de conception et de prototypage de bancs d’essai sans fil qui révèle le véritable potentiel des solutions proposées partout dans le monde. Les techniques multi-antennes, la gestion des faisceaux, les surfaces intelligentes et la détection active et passive ne sont que quelques-unes des applications qui peuvent être construites sur ce banc d’essai sans nécessiter d’investissements majeurs.

Ces études empiriques feront progresser la normalisation de la communication térahertz dans la prochaine étape. Une ère est imminente où la transmission du Big Data dans la vie quotidienne se fera en un clin d’œil.

Cette histoire fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rapporter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour plus d’informations sur ScienceX Dialog et comment participer.

Eray Guven est titulaire d’une licence en ingénierie électronique et des communications de l’Université technique d’Istanbul, Istanbul, Turquie, et il a été chercheur invité à l’Institut AA Kharkevich, Russie en 2018. Il est actuellement titulaire d’un doctorat. candidat en génie électrique à Polytechnique Montréal, Montréal, QC, Canada.

Gunes Karabulut Kurt est actuellement professeur agrégé de génie électrique à Polytechnique Montréal, Montréal, QC, Canada. Elle est boursière Marie Curie et a reçu le prix du jeune scientifique exceptionnel de l’Académie turque des sciences (TUBA-GEBIP) en 2019. Elle a obtenu son doctorat. diplôme en génie électrique de l’Université d’Ottawa, ON, Canada.