محققان دانشگاه اوساكا كه با شركت نيمهرساناي راهم[ROHM]همكاري ميكنند، توانستند دستگاهي ايجاد كنند كه در طيف تراهرتز فعاليت ميكند؛ اين دستگاه ميتواند ويدئوهاي فشرده نشده را با كيفيت 8k، بدون اختلال و با پهناي باند 300 گيگاهرتزي ارسال كند.
در حالي كه غالب توسعهدهندگان نيمهرسانا در تلاش هستند كه فناوري5G را با استفاده از دستگاههاي قدرتمند صنعتي، توسعه دهند؛ اما برخي از توليدكنندگان ديدي فراتر از فناوري 5جي دارند و به شبكههاي 6G توجه كردهاند. برخي توسعهدهندگان سيستمهاي نيمهرسانا، براي اينكه به فناوري 6G نزديكتر شوند، تمركز خود را بر روي ايجاد طراحيهاي استاندارد كردهاند كه اين طراحيها ميتواند دادههاي بزرگتري را از طريق ارتباطات بيسيم، انتقال دهند.
تحقيقات تراهرتز در دانشگاه اوساكا
گروه تحقيقاتي اين دانشگاه توسط دكتر ماسايوكي فوجيتا رهبري ميشود كه از دانشكده مهندسي اوساكا مدرك خود را دريافت كردهاست؛ اين گروه تلاشهاي خود را با مطالعه بر روي فركانسهاي تراهرتز آغاز كرده است.
فركانسهاي تراهرتز ميتوانند قابليت نفوذ امواج راديويي را با پهناي بزرگ ساختار نور سفيد، تركيب كنند؛ بنابراين اين طيف فركانسي به عنوان يكي از نامزدهاي نسل بعدي ارتباطات بيسيم محسوب ميشود.
با اين حال چالشهايي براي كار كردن در طيف تراهرتز وجود دارد. به عنوان مثال يكي از اين چالشها، اين مسئله است: دستگاههاي الكترونيكي كنوني، براي كار كردن در طيف تراهرتز، مناسب نيستند؛ به علاوه ما با چالشهايي در حوزههاي تاخير در انتقال و مصرف بالاي انرژي، روبرو هستيم. با توجه به اينكه دستگاههاي تراهرتز كنوني تنها ميتوانند به ميزان ديگر دستگاههاي رايج، انتقال داده را انجام دهند، بنابراين براي انتقال دادههاي كلان همانند ويدئوهاي 8k نياز به فشردهسازي ويدئو خواهيم داشت.
فشردهسازي ويدئو شامل اطلاعات رمزنگاري است كه ميتواند حجم ويدئو را به ميزان چند بيت كمتر از ويدئوي اصلي كند. با اين حال معمولا اين روش منجر به كاهش شفافيت و كيفيت خواهد شد. اين گروه براي اينكه از اين مسئله جلوگيري كند، از امواج تراهرتز استفاده ميكند تا بتواند حجم زيادي از داده را از طريق شبكه بيسيم و با كمترين اختلال ارسال كند.
بهكارگيري روش مدولاسيون روشن-خاموش
محققان با بهرهگيري از روش مدولاسيون روشن-خاموش ميتوانند به عملياتها با فركانس بالا دست يابند. اين روش به عنوان سادهترين روش مدولاسيون تغيير دامنه محسوب ميشود: اگر در وضعيت روشن قرار داشته باشد، در اين صورت اگر حضور متغيري تشخيص داده شود، يك سيگنال دودويي با مقدار يك ارسال ميشود؛ اگر در وضعيت خاموش قرار داشته باشد، در اين صورت اگر حضور متغيري تشخيص داده نشود، يك سيگنال دودويي با مقدار صفر ارسال ميشود.
اين روش در ادامه با دو جزء اصلي تركيب ميشود تا بتواند يك آيسي انتقال، ديودهاي تونلزني تشديدي[resonant tunneling diodes (RTD)] و بلورهاي فتونيكي[photonic crystals] را ايجاد كند.
ديودهاي تونلزني تشديدي
ديودهاي تونلزني تشديدي يكي از سادهترين و در عين حال كممصرف ترين اجزايي هستند كه در فركانس تراهرتز، نوسان ميكنند. اين ديود ميتواند به عنوان گيرنده و فرستنده عمل كند و براي يكپارچهسازي در مقياس كوچك، مناسب خواهد بود. ديودهاي تونلزني تشديدي بسيار فشرده هستند و توانايي انجام عملياتهاي داراي سرعت مافوق زياد را دارا هستند؛ دليل اين امر اين است كه آنها توانايي ايجاد اثرات تونلزني كوانتومي را دارند. هنگامي كه ولتاژ به دو سر اين ديود وارد شود، يك سيگنال منتشر خواهد شد. با اين حال اگر ولتاژ بيشتر از آستانه مشخص شده باشد، موج تراهرتز از بين ميرود. اين موضوع به عنوان تنها محدوديت اين ديودها محسوب ميشود، زيرا غالب دستگاههاي ارتباطي مورد نظر، در ولتاژهاي پايين و فركانسهاي بالا فعاليت ميكنند.
بلورهاي فتونيكي
اين بلورها بر اساس ساختار ديالكتريكي و دورهاي آنها شناخته شده هستند؛ ما ميتوانيم بلورهاي فتونيكي را تغيير دهيم تا آنها بتوانند طولموجهاي مختلفي از نور را كنترل كنند. اين قابليت به گروه اوساكا اجازه داد تا سيستمهاي ارتباطي چندگانه، حسگرها و يك نوسانگر تراهرتز قابل كنترل را طراحي كند.
انتقال داده بيسيم در تصوير بلوكي زير نمايش داده شده است كه توسط دو ديود تونلزني تشديدي مشخص شدهاند؛ دادهها به سمت فرآيند رمزنگاري، هدايت خواهند شد. سپس يك مبدل HDMIميتواند دادهها را بخواند.
ويدئويي توسط دانشگاه اوساكا منتشر شد كه نحوi ارسال سيگنال را از يك فرستنده به يك گيرنده (و بلعكس) نشان ميداد؛ اين فرآيند در راستاي نمايش يك ويدوئو با كيفيت فوقالعاده بالاي 8k بوده است. اين دستگاه با استفاده از ديودهاي تونلزني تشديدي در فركانس تراهرتز، ميتواند ويدئو را به صورت بيسيم و بدون اختلال ارسال كند.
تنها زماني سيگنال از دست ميرود و دادهها غير قابل انتقال هستند كه يك صفحة فلزي در مقابل گيرنده/فرستنده قرار بگيرد.
يك همكاري تحقيقاتي قدرتمند با راهم
شركت ROHM از سال 2011 اقدام به ايجاد تجهيزات مختلف براي دستيابي به فناوري تراهرتز كرده است؛ اين شركت توانسته است كه ديودهاي تونلزني تشديدي، ماژولهاي تراهرتز براي ليدار[LiDAR]و حسگرهاي كم مصرف را ايجاد كند. اين دستگاهها به اين شركت اجازه ميدهند تا بتواند دستگاهي توليد كند كه از سرعت 5/1 گيگابايت بر ثانيه پشتيباني ميكند؛ آنها ادعا ميكنند كه در آينده سرعت اين دستگاه به 30 گيگابايت بر ثانيه خواهد رسيد.
گروه تحقيقاتي اوساكا از تحقيقات داخلي خود و زمينهسازيهاي شركت راهم استفاده كرد و توانست كه يك انتقال بيسيم را مهيا كند. آيسي نتيجه شده ميتواند به صورت بيسيم يك ويدئوي فشرده نشده 8k را با وضوح كامل و با سرعت 48 گيگابايت بر ثانيه، منتقل كند.
دكتر ماسايوكي فوجيتا در مورد اهميت كار تيم تحقيقاتي خود ميگويد: اين انتقال بيسيم و فشرده نشده كه براي فرستادن ويدئوي با كيفيت بالا استفاده شده است، ميتواند كيفيت حوزههاي پزشكي از راه دور و كار كردن از راه دور را افزايش دهد؛ اين حوزهها به صورت مستقيم با مسائل اجتماعي در ارتباط هستند. اين فناوري با انتقال دادههاي بزرگ ويدئويي نشان داد كه ميتواند منجر به پيشرفت تركيب دنياي مجازي و واقعي شود.
دانشگاه اوسكا به تححقيقات خود در حوزه حسگرهاي تراهرتز ادامه ميدهد كه اين فناوري ميتواند ارتباط دادهها را به صورت بيسيم و سريع، براي ما مهيا كند. به علاوه اين فناوري ميتواند رادارهاي بسيار حساس را در اختيار ما بگذارد. ممكن است ادامه همكاري اين دانشگاه با شركت راهم منجر به توليد انبوه دستگاههاي ارتباطي بيسيم نسل بعد، شود.
برای خواندن مطالب بیشتر در این حوزه میتوانید مقالات تاثير فناوری های اينترنت اشيا و 5G بر روي بلاكچين و فناوری بلاكچين برای شبكی 5G و شبكههاي پيشرفته: پيشرفته ترين نظرسنجي در اين حوزه را مطالعه کنید.
